Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературы 24
1.1. Регуляторная роль цикла Кребса в организме животных 24
1.2. Ферменты окисления и карбоксилирования пировиноград-ной кислоты и регуляция их активности 37
1.3. Изоцитратдегидрогеназа и регуляция ее активности 49
1.4. Альфа-кетоглутаратдегидрогеназа и регуляция ее активности 56
1.5 Сукцинатдегидрогеназа и регуляция ее активности 60
1.6 Малатдегидрогеназа и регуляция ее активности 65
1.7. Углеводное питание животных 69
1.7.1 Углеводное питание моногастричных 69
1.7.2. Углеводное питание жвачных 78
1.8. Влияние труднорасщепляемого в рубце протеина на продуктивность бычков, выращиваемых на мясо 98
1.9 Влияние половых гормонов на продуктивность бычков, выращиваемых на мясо 112
1.10. Применение препаратов, снижающих возбудимость животных, повышающих стрессустойчивость и корригирующих негативные воздействия последствий стресса на процессы обмена веществ 131
2. Объекты и методы исследований 139
3. Результаты исследований и их обсуждение 148
3.1. Эндогенные факторы, обусловливающие мясную продуктивность бычков 148
3.1.1. Кленбутерол, как фактор, иллюстрирующий регуляторную функцию эндокринной системы на обмен веществ и мясную продуктивность бычков 148
2. Обусловленность продуктивности бычков, выращиваемых на мясо, генетическими факторами 152
3. Возрастные изменения показателей мясной продуктивности и влияние на эти показатели активности дегидрогеназ цикла Кребса и пируваткарбоксилазы в органах и тканях бычков, выращиваемых на мясо 156
Влияние факторе, снижающих возбудимость животных, на продуктивность, активность дегидрогеназ цикла Кребса и ферментов метаболизма пирувата 172
1. Взаимосвязь половых гормонов эндогенного и экзогенного происхождения с продуктивностью бычков, активностью дегидрогеназ цикла Кребса и ферментов метаболизма пирувата 172
2. Принципы биологических способов стерилизации животных 188
3. Влияние транквилизирующих веществ на возбудимость и агрессивность бычков, их продуктивность и активность ферментов метаболизма пирувата 197
4. Использование комплекса биологически активных веществ для повышения стрессустойчивости бычков и птицы и снятия постстрессовых явлений 204
Различные факторы кормления и продуктивность бычков 220
1. Влияние различных уровней кормления на активность фер ментов цикла Кребса и метаболизм пирувата в тканях и плазме крови и интенсивность роста 223
2. Интенсивность роста, компенсаторный рост, мясные качества и оплата корма бычков, выращиваемых на мясо, в зависимости от уровня кормления 235
3. Влияние разного уровня энергии в рационе на активность ферментов синтеза и утилизации глюкозы и на продуктивность откармливаемых бычков 254
4. Влияние легкогидролизуемых в рубце углеводов на энергетическую обеспеченность рациона и интенсивность роста бычков 261
5. Повышенное поступление глюкозы из кишечника в кровоток и продуктивность бычков 265
6. Влияние на продуктивность бычков дополнительного обеспечения рациона протеином, нерасщепляемым в рубце протеином и предшественниками глюкозы 271
7. Влияние на мясную продуктивность бычков дополнительного введения в рацион труднорасщепляемого в рубце протеина с одновременной активизацией ферментативных процессов в рубце 284 Заключение 304 Выводы 379 Рекомендации производству 382 Список использованной литературы 384
- Изоцитратдегидрогеназа и регуляция ее активности
- Кленбутерол, как фактор, иллюстрирующий регуляторную функцию эндокринной системы на обмен веществ и мясную продуктивность бычков
- Взаимосвязь половых гормонов эндогенного и экзогенного происхождения с продуктивностью бычков, активностью дегидрогеназ цикла Кребса и ферментов метаболизма пирувата
- Влияние разного уровня энергии в рационе на активность ферментов синтеза и утилизации глюкозы и на продуктивность откармливаемых бычков
Введение к работе
Во многих странах мира мясное скотоводство - главенствующая отрасль животноводства. Хорошо развито мясное скотоводство в США, Канаде, в странах западной Европы, где поголовье мясных коров равно, или в 2 - 3 раза превосходит поголовье молочных. Интенсивное производство говядины в мире уже много десятилетий базируется на специализированных породах мясного направления продуктивности (Амерханов Х.М., 2004; Калашников В.В. и др., 2004; Кусакин И.И., 2004). Можно с высокой долей уверенности прогнозировать, что в России, как и во всех развитых странах, также нет альтернативы мясному скотоводству. Разумеется, оно будет адаптировано к нашим конкретным условиям.
Производство говядины в России сейчас практически полностью убыточно, а производится ее всего около 13 кг на душу населения в год из 30-ти необходимых. Это в 10 с лишним раз ниже, чем в Новой Зеландии и Австралии и в 3 - 4 раза ниже, чем в Северной Америке и западной Европе. Вина в сложившейся ситуации не только в государственной политике, не обеспечивающей продовольственную безопасность страны. Следует признать также и недостаточно эффективным влияние сельскохозяйственной науки на животноводческую практику. При этом, говоря об общем очень низком уровне производства говядины в России, не следует забывать и о качестве российской говядины. До сих пор величину очень близкую к 100 % производимой в стране говядины получают от выбракованного молочного поголовья.
Известно, что уровень мясной продуктивности и качество говядины находятся в прямой зависимости от интенсивности выращивания молодняка. С увеличением живой массы повышается выход туши приблизительно с 45 - 49 % до 55 - 60 %. Мясность туши также существенно увеличивается с повышением массы туши. Выход мякоти при массе туши 140 - 160 кг составляет 77 - 80 %, а при массе 240 - 260 кг - 82 - 85 %.
Поскольку на качественно иную продукцию должны быть и иные цены, на смену действующему стандарту оценки крупного рогатого скота, сдаваемого на мясо, и оценки производимой говядины, в настоящее время в России подготовлен и находится в стадии принятия новый стандарт (Лисицин А.Б., Татулов Ю.В., 2003). В нем предусматривается дифференцированная оплата за молодняк в зависимости от породы, возраста, веса, упитанности.
В целях стимулирования интереса животноводов к интенсивному выращиванию молодняка, получения тяжелых туш и увеличения выхода мякоти, как источника полноценных белков, в новом российском стандарте признано целесообразным выделять молодняк в возрасте до двух лет в отдельную качественную группу.
В настоящее время у нас в стране принято считать, что у бычка, выращиваемого на мясо, привес 800 - 900 г/сутки от рождения до сдачи на мясокомбинат является умеренным. Интенсивным же выращивание считается при 1100 - 1300 граммах привеса. Следовательно, бычок, выращенный по умеренной схеме, должен иметь живую массу в возрасте 16-14 месяцев близкую к 400 кг. Интенсивная технология выращивания должна обеспечить достижение живой массы 400 кг в возрасте 10-11 месяцев.
Существует мнение, что выращивание молодняка крупного рогатого скота на мясо становится рентабельным при интенсивном доращивании и откорме с достижением живой массы не менее 530 кг в возрасте 21-24 месяца (Туракулов З.Т. и др., 2002). В связи с вышесказанным, по-видимому, именно живую массу в 400 кг и именно в возрасте 10-11 месяцев можно признать оптимальной, как по биологическим, так и по экономическим соображениям для завершения откорма и сдачи на мясо бычков молочных пород. Логика аргументации такова - при доведении массы тела от 400 до 500 кг процент выхода туши еще продолжает немного возрастать, достигая величины 53 - 56, процент костей в туше снижается, мясность туши повышается с 4.2 до 4.8 %, общее количество белка в туше также несколько растет, но значительно существенней увеличивается количество жира (достигая вели-
7 чины 6 - 7 % от массы туши; особенно возрастает фракция внутреннего жира, что никак нельзя расценивать как положительный факт). Следующий негативный момент - оплата корма продукцией в этот период начинает значительно снижаться. Вопрос этот спорный. Основанием для несогласия с этим мнением является общеизвестная биологическая аксиома, согласно которой самый экономически и биологически невыгодный способ выращивания и содержания животных - их недокорм. Экономически не выгоден не только недокорм по количеству кормов, но энергетически более затратный качественно неполноценный обильный рацион.
Выращивание бычков на мясо при любых технологических схемах связано с проблемой формирования половой функции и становления ранговых взаимоотношений между животными. Наиболее четко это влияние проявляется при беспривязном выращивании и откорме молодняка крупного рогатого скота в крупных промышленных комплексах. Актуальна эта проблема и при других технологических схемах интенсивного выращивания и откорма (групповом, пастбищном, выгульном и даже привязном). Животные, достигшие половозрелого возраста, постоянно проявляют половую активность, беспокойство, возбужденность и агрессивность, усиливающиеся с возрастом. Это затрудняет работу обслуживающего персонала, часто приводит к травматизму и несвоевременному снятию животных с откорма, а также к бесполезной трате значительных количеств биологической энергии. В итоге имеем недополучение продукции, повышение затрат корма, труда и финансовых средств на ее производство.
Кастрация бычков снимает часть проблем. Изменяется гормональный статус, угнетаются половые рефлексы, существенно снижается агрессивность и преждевременная выбраковка животных, упрощается уход за ними, но при этом возникают новые проблемы. Кастрация сдерживает интенсивность роста, увеличивает отложение жира.
Для мониторинга физиолого-биохимического статуса животных и успешного поиска возможностей активного воздействия на эффективность ис-
8 пользования пластических и энергетических компонентов в обменных реакциях, для разработки биохимических подходов к регуляции интенсивности и направленности метаболических потоков необходимы глубокие исследования взаимосвязи половых гормонов с основными ключевыми и регулятор-ными ферментами обмена веществ. Только постигнув тонкие механизмы мо-лекулярно-биохимических взаимодействий гормонов и ферментов и научившись направлять эти взаимодействия в требуемое нам русло, мы сможем приступить к активной регуляции обмена веществ а, следовательно, и количества и качества мясной продукции и затрат кормов на ее производство.
Цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса, цикл лимонной кислоты), несомненно, играет в организме центральную регуляторную роль. Он представляет собой сложную, многоступенчатую последовательность реакций, поставляющих энергетические и пластические эквиваленты, восстановленные и фосфорилированные кофакторы основных биосинтетических путей. Интенсивность практически всех процессов в организме регулируется соотношением восстановленных и окисленных, адениловых и флавиновых нук-леотидов, отношением АТФ к АДФ, АМФ и неорганическому фосфату..
В самом цикле Кребса основная метаболическая функция связана с последовательной серией молекулярных процессов депротонирования органических кислот, катализируемых дегидрогеназами. Все изученные нами де-гидрогеназы цикла - пируватдегидрогеназа, изоцитратдегидрогеназа, сукци-натдегидрогеназа, альфа-кетоглутаратдегидрогеназа, малатдегидрогеназа, относятся к регуляторным ферментам метаболических и энергиюпроизводя-щих процессов в любой клетке организма и являются сложными, многокомпонентными, полиферментными комплексами. Именно в силу специфики их локализации, необратимости катализируемых ими реакций, относительно малой величины константы Михаэлиса-Ментен, с активностью этих ферментов природа эволюционно связала не столько ключевую функцию, обусловливаемую лимитированием скорости потока метаболитов, сколько регуляторную функцию, направленности метаболических потоков. Это типичные
9 регуляторные ферменты, находясь на развилках метаболических путей, в каждом конкретном транспортном метаболическом узле выполняют миссию диспетчера-регулировщика.
Одну из немаловажных ролей в определении направленности обменных процессов в организме вообще и в цикле Кребса в частности играет метаболизм пировиноградной кислоты и, естественно, ферменты, ответственные за судьбу этого значимого метаболита - митохондриальная пируватде-гидрогеназа, которую мы уже называли и, также изучавшаяся нами, цито-плазматическая и митохондриальная пируваткарбоксилазы. От соотношения активностей этих двух ферментов зависит, пойдет ли пируват на глюконеогенез, либо на энергетические нужды.
Синтез всех стероидов в организме, в том числе и половых гормонов, зависит от наличия ацетилированной формы коэнзима А, который является конечным продуктом окисления жирных кислот, некоторых аминокислот и аэробного окисления пирувата. Он используется в цикле Кребса для выработки энергии. В свою очередь, Ацетил-КоА и Ко-А являются одними из главных звеньев регуляторного механизма активности пируват- и альфа-кетоглутарат дегидрогеназ. Для поддержания требуемой интенсивности синтеза стероидов необходима восстановленная форма НАДФ. Вследствие практически полного отсутствия у полигастричных животных НАДФ-зависимой малатдегдрогеназы этот фосфорилированный нуклеотид восстанавливается в основном в НАДФ-зависимой изоцитратдегидрогеназой реакции и в пентозо-фосфатном цикле окисления глюкозы. Становится полностью объяснимым, что соотношение в отдельных компартментах клетки восстановленных и окисленных форм фосфорилированных и нефосфорилированных адениловых ршуклеотидов (НАД и ЬіАДН, НАДФ и НАДФН) также рассматривается одним из основных механизмов регуляции активности НАД- и НАДФ-зависимых дегидрогеназ цикла Кребса.
Мужские половые гормоны ответственны не только за андрогенную функцию (развитие вторичных половых признаков и половых рефлексов), с
10 ними напрямую связана и интенсивность протекания комплекса анаболических реакций (увеличение ретенции азота, стимуляция синтеза белков в мышечной ткани, увеличение и мобилизация жирового депо и др.). Сказанного становится достаточным для понимания тесной взаимосвязи активности ферментов цикла Кребса с биосинтезом половых стероидных гормонов, интенсивностью обменных процессов, а, следовательно, и с продуктивностью животных.
Современная зоотехническая наука требует от практиков животноводства при конструировании рационов умения оперировать все большим числом факторов. Животноводу нужны более глубокие знания об оценке питательности кормов, о потребности животных не только в конкретном количестве питательных веществ, но и в их строго определенном качестве. Совсем недавно полноценный багаж знаний ограничивался понятиями о концентрации сухого вещества в единице веса корма, о количестве обменной энергии приходящейся на единицу прироста живой массы, о количестве протеина содержащегося на одну кормовую единицу, на один МДж обменной энергии, о дифференциации различных клетчаток и других легко- и труднодоступных полимерных и олигомерных углеводов, о сахаро-протеиновом и сахаро-крахмальном соотношениях.
Мы намеренно не упомянули количественное наличие в рационе жиров, витаминов, антиоксидантов, минеральных и других биологически активных веществ, а ведь у каждого из них тоже есть свои параметры качества, биологической доступности, биологической полноценности, биологической эффективности.
Сейчас даже информация об аминокислотном составе белков в рационах жвачных не может признаваться как истина в последней инстанции о протеиновом питании этого вида животных. В понятие качества протеина уже вошла неотъемлемой составной частью его характеристика по степени дегра-дируемости в преджелудках жвачных.
Рабочая гипотеза проста и логична - протеины в многокамерном желудке жвачных животных могут в разной степени подвергаться микробной деградации. Чем более резистентен белок к воздействию в рубце, тем более высокая доля нативного белка достигает кишечника, где он расщепляется, всасывается и используется в метаболических реакциях организма энергетически значительно более эффективно, чем при гидролизе в преджелудках. Происходит экономия всегда дефицитного белка, нормализуется в организме глю-козо-аминокислотное отношение. А оно, и это хорошо известно, позиционируется как один из критериев потенциальной способности рационов поставлять в метаболический пул организма требуемое ему соотношение энергетических и пластических эквивалентов. Следствием оптимизации попавших в кровяное русло субстратов явится нормализация обменных процессов, что по кибернетическим принципам обратной связи закрепит изменения в желудочно-кишечном тракте, в пищеварительном процессе, как первом этапе единого обмена веществ в организме животного. Только строго скоординированная совокупность процессов пищеварения и метаболизма способна повлечь за собой изменения степени трансформации питательных веществ корма в любые виды продукции. Иными словами, только на этом пути открываются реальные возможности активного вмешательства в экономию затрат кормов и снижение себестоимости производства животноводческой продукции.
Степень распадаемости протеина в рубце жвачных, в частности у коров, интенсивно исследуется во ВНИИ физиологии, биохимии и питания с.-х. животных последние двадцать лет. Естественно основной акцент ставится на выяснение взаимосвязи труднорасщепляемого в рубце протеина с молочной продуктивностью. Была проведена серия исследований, свидетельствующая о возможности изменением распадаемости протеина в рубце активно влиять на интенсивность биосинтеза отдельных компонентов молока молочной железой и, следовательно, на продуктивность молочных коров (Аитова М.Д. и др. 1984, Курилов П.Н. 1989, Рахимов И.Х., Вторых Э.А., 1989., Долгов И.А.,
12 Тараканов Б.В. 1989, Материкин A.M., 1991, Харитонов Е.Л. 2003. и др.), валухов и баранов (Барановская Т.Я, 1987, Кузнецова Е.И. 1997).
Повышение молочной продуктивности (в отдельных случаях до 13 %) обычно объясняют увеличением притока аминокислот из пищеварительного тракта в ткань молочной железы, при этом отмечается, что снижение распадаемости протеина отдельных компонентов рациона приводит к снижению распадаемости в рубце протеина всего рациона в целом. Помимо предложенных многочисленных физических и химических приемов обработки кормов, в качестве одного из наиболее приемлемых способов снижения распадаемости протеина в рационе указывают на достаточность введения в рацион определённых кормов (кукуруза, глютен кукурузный) и замены части рациона концентратно-травяными брикетами.
В отличие от молочных коров, влияние степени распадаемости протеина в преджелудках на продуктивность растущих и откармливаемых на мясо бычков исследовано в нашей стране недостаточно, хотя в мире эта проблема давно и обстоятельно изучается. К рассмотрению данного аспекта мы вернемся в соответствующем разделе диссертации. В работах, проведенных в нашем институте на оперированных бычках (Погосян Д. А. 1997), количественно оценено увеличение потока аминокислот из кишечника в кровь за счет введения в рацион кормов с пониженной распадаемостью в рубце протеина. В свою очередь, большее поступление аминокислот в кишечник и далее в кровь обеспечивает биосинтез мышечных белков на более высоком уровне, увеличивая и количество, и качество продукции. Взаимосвязь распадаемости протеина в преджелудках с продуктивностью и качеством получаемой продукции откармливаемых бычков в настоящее время в нашей стране нуждается в серьезном дополнительном изучении.
На протяжении ряда лет во ВНИИ физиологии, биохимии и питания с-х. животных проводится изучение механизмов, регулирующих обмен веществ и биосинтез основных компонентов мяса у интенсивно откармливаемых бычков (Кальницкий Б.Д. и др, 1993., Матвеев В.А. 1993.). Для достиже-
13 ния высокой продуктивности необходимо максимально учитывать специфику процессов, происходящих в желудочно-кишечном тракте при каждых конкретных условиях кормления. На настоящем уровне развития зоотехнической науки уже невозможно составлять рационы без точного знания химических свойств основных питательных веществ, без понимания процессов их расщепления, без точного знания скорости и места образования в разных отделах желудочно-кишечного тракта продуктов их гидролиза, без прогнозирования последующей метаболической судьбы каждого компонента рациона на его длительном и сложном пути превращения в животноводческую продукцию.
Только максимально возможный учет упомянутых факторов, позволит осуществить целенаправленное выращивание животных с получением ожидаемого нами количества, требуемого нам качества животноводческой продукции.
Для молодняка крупного рогатого скота, выращиваемого на мясо, задача повышения интенсивности роста и получения большего количества и лучшего качества мяса, решается в первую очередь, конечно не сбрасывая со счетов другие условия, обеспечением максимально эффективного использования аминокислот, как пластического материала, для биосинтеза мышечных белков. Поддержание желаемого уровня активности биосинтетических реакций, требует наличия надежных источников энергии. Для этого метаболический фонд организма не должен испытывать недостатка в глюкозе. Решение этой задачи можно достигнуть двумя путями: 1) либо мы обеспечиваем замедление сбраживания глюкозы до летучих жирных кислот в преджелудках и глюкоза начинает в большем количестве непосредственно поступать из желудочно-кишечного тракта в кровь; 2) либо глюкозой метаболический пул организма пополняется вследствие синтеза ее de novo в основном в печени из молочной и пропионовой кислот.
Для создания в организме жвачных такой метаболической ситуации, когда биосинтетические реакции не будут сдерживаться дефицитом глюкозы,
14 важно обеспечить нормальное функционирование обоих описанных путей. Биологически выгоднее для животного первый путь - большее поступление глюкозы из кишечника в кровяное русло. Однако при этом, скорость биосинтетических процессов на типовых рационах, применяемых при интенсивном выращивании и откорме молодняка крупного рогатого скота, также не должна сдерживаться потоком из желудочно-кишечного тракта уксусной, про-пионовой, масляной и высших жирных кислот.
Для обеспечения высокой интенсивности роста бычков применяют рационы с высокой концентрацией обменной энергии за счет использования зерновых концентратов - более 50 %. Решение проблемы повышения эффективности использования питательных веществ таких рационов можно искать путем разработки технологических приемов их принудительной, управляемой ферментации в рубце. Возможен и другой подход - использовать соответствующий набор естественных кормов, обеспечивающий меньшую скорость расщепления в рубце легкогидролизуемых углеводов, большее поступление их из преджелудков в кишечник, ферментативный гидролиз в котором обеспечит большее поступление глюкозы из кишечника в кровеносное русло.
Во ВНИИ физиологии, биохимии и питания с.-х. животных под руководством профессора Тараканова Б.В. 1996 разработан для этих целей препарат стрептофагин, который показал хорошую эффективность при применении в молочном скотоводстве. При его скармливании в рубце жвачных животных снижается количество амилолитических бактерий, но повышается доля бактерий, утилизирующих целлобиозу, основного продукта, образующегося при гидролизе целлюлозы. В результате этого существенно не изменяется суммарное образование летучих жирных кислот в рубце, но значительно снижается доля уксусной и повышается количество пропионовой кислоты, что способствует усилению глюконеогенеза в клетках печени и, соответственно, увеличивает, как мы уже говорили, метаболический пул глюкозы. Параллельно с этим, за счет снижения в рубце амилолитических бактерий
15 повышается поступление в кишечник крахмала, гидролиз которого в кишечнике повышает поступление глюкозы в кровь.
Другой путь увеличения поступления глюкозы в кровь, о котором мы также упоминали - использование кормов с труднорасщепляемым в рубце крахмалом, гидролиз которого в кишечнике и увеличит поступление глюкозы в кровь.
Исходя из изложенного видения проблемы, намечены цели работы. Цели исследования:
Изучить возрастную динамику активности основных энергиюпо-ставляющих и регуляторных звеньев метаболизма: ферментов цикла трикар-боновых кислот и ключевого фермента глюконеогенеза из пировиноградной кислоты - пируваткарбоксилазы, их взаимосвязь с эндогенными и экзогенными половыми гормонами, уровнем, качеством, соотношением питательных и биологически активных веществ у интенсивно откармливаемых бычков и кастратов.
Выяснить влияние этой взаимосвязи на продуктивность, качество продукции и затраты питательных веществ корма на ее производство.
Руководствуясь полученными знаниями разработать биохимические подходы к созданию практических способов рационализации производства говядины и мяса птицы.
Научная новизна
Перечень приоритетных теоретических разработок:
1. Постулировано и на основании собственных исследований теоретически обосновано действие неизвестного ранее механизма инициации секреции инсулина у молодняка крупного рогатого скота.
2. Предложена концептуальная схема функционирования субклеточных органелл - пероксисом, описана потенциально возможная метаболическая последовательность реакций индукции и работы в них глиоксилатного цикла, рассмотрена роль пероксисом и глиоксилатного цикла в регуляции обмена веществ в организме откармливаемых бычков.
3. У интенсивно выращиваемых бычков одновременно в печени, стен
ке рубца и мышечной ткани изучена активность дегидрогеназ цикла Кребса
(изоцитрат-, альфа-кетоглутарат-, сукцинат- и малатдегидрогеназы), фермен
тов метаболизма пирувата (пируватдегидрогеназы, пируваткарбоксилазы и
специфической пируватдегидрогеназной фосфатазы), а также ферментов, ка
тализирующих анаплеротические реакции цикла Кребса и энергозависимого
транспорта (лактатдегидрогеназы, Ыа+-К+-зависимой АТФазы, Ca++-Mg++- за
висимой АТФ-азы и гамма-глутамилтранспептидазы). Описанный комплекс
ферментов классифицирован как включающий основные ключевые и регу-
ляторные элементы путей производства энергии и поставки пластического
материала для обеспечения метаболических процессов у бычков и кастратов.
Сказанное справедливо, как для традиционных условий выращивания и от
корма, так и для всех испытанных схем и уровней кормления, в том числе с
введением биологически активных веществ и половых стероидов андроген-
ного и эстрогенного характера действия. Это позволило дать в возрастном
аспекте объективную характеристику взаимосвязи изучаемых ферментов с
гормонами и их многофакторного влияния на продуктивность, качество про
дукции и степень трансформации в продукцию питательных веществ корма.
Возрастная динамика и абсолютные величины активности ферментов цикла Кребса и метаболизма пирувата в стенке рубца свидетельствуют о том, что стенка рубца представляет собой метаболически активную ткань в использовании продуктов рубцовой ферментации, начиная с первого месяца жизни телят. Высокая каталитическая активность ряда изученных ферментов, уже в этом возрастном периоде свидетельствует о ее влиянии на процессы, происходящие в других тканях, включая железы внутренней секреции. В свою очередь, формирующийся гормональный статус организма оказывает активное действие на ферментативные процессы в стенке рубца.
Рекомендован для использования в научных исследованиях коэффициент отношения пируватдегидрогеназы к пируваткарбоксилазе и описана регуляторная роль соотношения активности этих двух ферментов в перерас-
17 пределении метаболических потоков между гликолизом и глюконеогенезом, липолизом и липогенезом, протеосинтезом и деградацией белков.
Предложено в научно-исследовательской работе применять индекс отношения активности пируваткарбоксилазы до кормления к активности пируваткарбоксилазы через 3-4 часа после кормления, как информативный критерий качества рациона по параметру обеспечения биосинтетических реакций метаболически доступной энергией.
Аргументирована целесообразность использования в экспериментальной работе отношения активности в плазме крови пируваткарбоксилазы к лактатдегидрогеназе в качестве прижизненного биохимического теста направленности метаболизма пирувата на окисление в цикле Кребса или на глюконеогенез.
8. Разработан метод одновременного определения летучих жирных
кислот и молочной кислоты в силосах с помощью газо-жидкостной хромато
графии.
Практическое значение работы:
1. На основе фундаментальных знаний о функции ферментов и метаболитов цикла трикарбоновых кислот и данных, полученных на откармливаемых бычках и кастратах различного возраста, руководствуясь современными физиолого-биохимическими представлениями о причастности цикла Кребса к антиоксидантной и иммунной системам, предложена рецептура ряда кормовых добавок. Разработанные комплексные адаптогенные и стимулирующие продуктивность добавки содержат корма с трудногидролизуемыми в рубце протеином и крахмалом, для поступления большего количества в кровяное русло глюкозы и аминокислот, синтетические азотистые вещества, для стимуляции функциональной активности рубцовой микрофлоры и обмена веществ и предназначены молодняку крупного рогатого скота, а также карни-тин, органические кислоты (метаболиты цикла Кребса), минеральные вещества для бычков и птицы. Назначение добавок - повышение жиз-
18 неспособности, стрессустойчивости, продуктивности животных и птицы, улучшение качества и повышение степени конверсии питательных веществ корма в животноводческую и птицеводческую продукцию.
Повышение энергетической ценности рациона способствует более позднему включению глюконеогенеза, в частности из пирувата, что сберегает аминокислоты от использования в реакциях глюконеогенеза, повышает интенсивность роста и экономит протеин в рационах при выращивании бычков на мясо.
Для достижения высоких биологических и экономических показателей на всем технологическом цикле выращивания и откорма бычков следует поддерживать высокую интенсивность роста, не допуская снижения уровня кормления по отдельным этапам в надежде наступления в последующем, периода, так называемого, компенсаторного роста.
Ухудшение кормления животных в заключительном периоде откорма приводит к более резкому снижению интенсивности роста, чем в период доращивания и для частичной компенсации допущенных потерь потребуется более длительное время, без полного восполнения утраченного. Интенсивность наращивания мышечной массы восстанавливается медленней, чем прирост живой массы. Со снижением среднесуточных приростов живой массы интенсивно откармливаемых на мясо бычков молочных пород на каждые 10 %. приблизительно на эту же величину (10 %) повышаются и затраты питательных веществ корма на производство единицы говядины.
Использование кормов с пониженной гидролизуемостью в рубце протеина (до 65 - 50 %) и крахмала (до 85 - 75 %) повышает интенсивность роста, выход мякотной части туши, качество мяса и снижает затраты кормов на единицу производства продукции. Дополнение к труднорасщепляемым в рубце протеину и крахмалу веществ, стимулирующих ферментативные процессы в рубце, способствует большему поступлению в тонкий кишечник протеина, крахмала и микробиально-
19 го белка, что приводит к повышению интенсивности роста на 2 - 19 %, и дополнительному получению мякоти от каждого откормленного бычка на 3 - 14 кг. 6. Рецептура комплексных добавок апробирована на откармливаемых бычках в хозяйствах Калужской и Владимирской областей, на цыплятах-бройлерах и индюшатах - на птицефабриках Калужской, Тульской и Пензенской областей и послужила основой для разработки способов повышения жизнеспособности и продуктивности цыплят - бройлеров и индюшат, улучшения качества говядины и мяса птицы и снижения затрат кормов на ее производство. На основании этих работ получено 9 патентов на изобретения и 1 положительное решение ФИПС на выдачу патента. Положения, выносимые на защиту:
1. Теоретическая разработка механизма инициации синтеза и сек
реции инсулина у жвачных животных, аргументированная собственным
экспериментальным материалом. Защищаемые принципиальные момен
ты заключаются в следующем: 1) непосредственно после кормления
идет первичная индукция секреции инсулина активированными форма
ми короткоцепных жирных кислот (Сз - Cg) и/или глюкозой, но синтези
рованными не в печени, как это сейчас общепризнано, а непосредствен
но в стенке рубца; 2) эти метаболиты действуют на клетки, идентичные
{3-клеткам островков Лангерганса поджелудочной железы, дислоциро
ванные в слизистой рубца; 3) в более отдаленном отрезке времени, по
сле кормления, синтез и секреция инсулина бета-клетками поджелудоч
ной железы начинает активизироваться глюкозой и/или короткоцепными
жирнокислотными производными коэнзима А, но уже печеночного про
исхождения.
2. Концептуальная схема функционирования субклеточных орга-
нелл - пероксисом. Потенциально возможная метаболическая последо
вательность реакций инициации и функционирования в пероксисомах
20
глиоксилатного цикла. Положения о роли пероксисом и глиоксилатного
цикла в регуляции обмена веществ в организме жвачных животных.
Биохимическая суть защищаемых положений состоит в следующем: 1)
в пероксисомах активно протекают процессы бета-окисления жирных
кислот, пик активности которых, мы связываем с периодом наибольшего
напряжения обмена веществ и снижения митохондриального бета-
окисления липидов; 2) глиоксилатный цикл, функционирующий в пе
роксисомах, не только симбионтной рубцовой микрофлоры, но и в орга
нах и тканях жвачных животных, вовлекает в метаболизм и синтез глю
козы, как продукт рубцовой ферментации лактат (через пируват и аце-
тил-КоА), так и ацетат рубцового происхождения и синтезируемый в ре
акциях бета-окисления липидов; 3) одним из ключевых метаболитов
пероксисомальных реакций рассматривается цистеамин, обладающий
антиоксидантными свойствами, считающийся эталонным радиопротек
тором и являющийся отрицательным внутриклеточным месенджером
инсулина; 4) двууглеродные фрагменты пероксисомальных реакций
(гликолат и глиоксилат) являются ингибиторами серии реакций в клетке,
в том числе и цитратного цикла, терминального окисления, пируватде-
гидрогеназы и пируваткарбоксилазы и усиливают поток метаболитов по
пероксисомальным реакциям; 5) образующаяся в больших количествах
в пероксисомах перекись водорода, обладая инсулиноподобным дейст
вием, оказывает влияние на ряд процессов в организме, в том числе и на
утилизацию глюкозы и синтез мышечных белков.
3. В печени, стенке рубца и мышечной ткани дегидрогеназы цикла
Кребса, ферменты катализирующие метаболизм пирувата, а также ана-плеротические и катаплеротические реакции цикла и энергозависимого транспорта классифицированы как комплекс, включающий основные ключевые и регуляторные элементы путей производства энергии и поставки пластического материала для обеспечения метаболических процессов у бычков и кастратов, в том числе и при разных испытанных схе-
21 мах и уровнях кормления, при введении различных биологически активных веществ и половых стероидов андрогенного и эстрогенного характера действия. Описана специфика возрастного аспекта взаимосвязи изучаемых ферментов с гормонами и выявлено их многофакторное влияние на продуктивность, качество продукции и степень трансформации в продукцию питательных веществ корма.
4. Стенка рубца, как и печень, представляет собой метаболически
активные ткани в использовании продуктов рубцовой ферментации, на
чиная с первого месяца жизни телят. Вследствие высоких абсолютных
величин активности ряда изученных ферментов, уже в этом возрастном
периоде они начинают влиять на процессы в других тканях, включая же
лезы внутренней секреции. В свою очередь, формирующийся гормо
нальный статус организма начинает оказывать активное действие на
ферментативные процессы в стенке рубца. В мышечной ткани, напротив,
с возрастом интенсивность обмена веществ снижается, обусловливаемая
и сопровождаемая снижением активности ферментов цикла трикарбо-
новых кислот.
Коэффициент отношения активности пируватдегидрогеназы к активности пируваткарбоксилазы играет регуляторную роль и служит индикатором перераспределения метаболических потоков между гликолизом и глюконеогенезом, липолизом и липогенезом, протеосинтезом и деградацией белков.
Индекс отношения активности пируваткарбоксилазы в плазме крови до приема корма к ее активности через 3-4 часа после него является критерием качества рациона по параметру обеспечения энергией (чем позже после приема корма повышается активность пируваткарбоксилазы, тем позже запускается процесс глюконеогенеза, следовательно, тем выше обеспечение биосинтетических реакций метаболически доступной энергией).
Аргументирована целесообразность использования в экспериментальной работе отношения активности в плазме крови пируваткар-боксилазы к лактатдегидрогеназе в качестве прижизненного биохимического теста направленности метаболизма пирувата на окисление в цикле Кребса или на глюконеогенез.
Все физиологические половозрастные перестройки организма молодняка крупного рогатого скота, интенсивно выращиваемого на мясо, все стрессовые состояния (переформирование групп, смена условий кормления и содержания, половое возбуждение и т.д.) влияют на продуктивность животных. Смягчение стрессов и нейтрализация постстрессовых состояний взаимосвязаны с изменением активности дегидрогеназ цикла Кребса, ферментов метаболизма пирувата, введением экзогенных и концентрацией эндогенных половых гормонов.
Введение в рацион бычков агониста бета-адренергических рецепторов кленбутерола способствует достижению высоких привесов и наращиванию мышечной массы и обеспечивает возможность перехода обмена веществ на качественно новый уровень, позволяющий достигать высокую продуктивность при более низких концентрациях гормонов, участвующих в синтезе мышечного белка, и при меньших затратах энергетических и пластических веществ.
Применение транквилизаторов (трифтазин и феназепам) предотвращает развитие стрессовых реакций и смягчает их пагубные последствия, меняет активность ферментов цикла Кребса и ферментов, связанных с метаболизмом пировиноградной кислоты, и благоприятно влияет на интенсивность роста бычков.
Более высокую интенсивность роста и наращивание мышечной массы у молодняка крупного рогатого скота молочных пород (черно-пестрой и холмогорской) можно достигнуть поступлением большего количества из желудочно-кишечного тракта в кровяное русло глюкозы и аминокислот путем подбора кормов с пониженной скоростью дегради-
23 руемости в рубце крахмала и протеина, введением в рацион пробиотика стрептофагина, пропиленгликоля, комплекса биологически активных веществ, включающего промежуточные продукты цикла трикарбоновых кислот и добавки, стимулирующие активность рубцовой микрофлоры.
Изоцитратдегидрогеназа и регуляция ее активности
Выше мы уже рассматривали регуляцию процессов окислительного де-карбоксилирования и карбоксилирования пировиноградной кислоты на уровне пируватдегидрогеназы и пируваткарбоксилазы. Высокая концентрация АТФ, Ацетил-КоА и НАДН инактивируют окисление пирувата и, следовательно, снижают поступление ацетилкоэнзима А в цитратный цикл. Но ацетилкоэнзим А, образующийся при окислении жирных кислот и некоторых аминокислот, также успешно может вступать в реакцию конденсации с ОА и затем окисляться в цикле лимонной кислоты. Это соображение с полной очевидностью указывает на существование регуляторного пункта, контролирующего метаболизм активированной уксусной кислоты и отличного от пируватдегидрогеназы и пируваткарбоксилазы. Именно таким пунктом и является изоцитратдегидрогеназа. На сегодняшний день известны два ее изофер-мента с различной внутриклеточной локализацией и различными свойствами. В печени около 80 % от общей изоцитратдегидрогеназной активности приходится на долю НАД-специфической изоцитратдегидрогеназы, локализованной исключительно в митохондриях и она ответственна за поддержание энергетического баланса на необходимом уровне. 20 % общей изоцитратдегидрогеназной активности падает на долю НАДФ-зависимого фермента и основная часть его находится в цитоплазме. Этот фермент несет специфические функции обеспечения синтетических процессов восстановленным НАДФ и превращения альфа-кетоглутаровой кислоты в цитрат (Reed L.J., 1961, Ле-нинджер А., 1974, Comte В. Et al., 2002).
ИДГ отвечает всем требованиям, предъявляемым к регуляторным ферментам. АДФ и НАД являются аллостерическими активаторами фермента, АТФ и НАДН - аллостерическими ингибиторами. Ионы Mg и Мп 4 необходимы для проявления ферментативной активности. Один из механизмов ингибирования изоцитратдегидрогеназы высокими концентрациями АТФ заключается в образовании хелатных комплексов с этими ионами (Кребс Г., 1962, Sritmatter Р., 1966, Малер Г. Кордес Ю., 1970, Farrell Н.М. et al.1993).
Некоторые исследователи в качестве главного регуляторного фермента цикла изначально рассматривали цитратсинтазу (конденсирующий фермент, Гофман Э.Г., 1971 и др.). Высокие концентрации АТФ отрицательно сказываются на сродстве ацетил-КоА к ферменту (Ещенко Н.Д., Прохорова М.И., 1974, Ленинджер А., 1974, Но Berger R, Hommes F.A.,1973). Авторы, обнаружившие этот факт; предположили, что АТФ замедляет окисление пирувата вследствие фосфорилирования пируватдегидрогеназы, а не за счет ингибиро-вания цитратсинтазы. Расчетная скорость реакций: цитратсинтазной -30 нмолей /мин. на мг белка, а пируватдегидрогеназы - 19 - 20 нмолей/мин. Величины этих кинетических констант служат прямым доказательством неспособности цитратсинтазной реакции быть фактором, лимитирующим скорость потребления кислорода, а также продуктов, окисляющихся в цикле Кребса.
Кроме того, известно, что альфа-кетоглутарат и НАДН относятся к ал-лостерическим ингибиторам цитратсинтазы (Wright J.A. Sanwal D.B., 1971).
Окисление жирных кислот - митохондриальный процесс, а их синтез -цитоплазматический. Митохондриальная мембрана для ацетил КоА непроницаема, поэтому ацетильное производное КоА должно проникать в цитоплазму в виде других веществ, а именно цитрата, изоцитрата и в меньшей степени оксалосукцината и ацилкарнитинов (Малер Г. Кордес Ю., 1970, Wation John A., Lowenstein J., 1970, Северин СЕ. и др., 1970). Через мито-хондриальную мембрану цитрат транспортируется трикарбоксилат-транспортирующей системой (Никифорова Т.А., Комов В.П., 2003). Известны лишь две реакции, ведущие к образованию внемитохондриального аце-тил-КоА. Субстрат обеих реакций происходит из внутримитохондриального ацетилпроизводного коэнзима А, который диффундирует в цитоплазму в виде уксусной кислоты или цитрата. Внемитохондриальный цитрат активирует синтез жирных кислот и, по-видимому, является основным предшественником ацетилкоэнзима А для их синтеза (Малер Г., Кордес Ю., 1970). Сказан 51 ное можно дополнить электронно-макроскопическими исследованиями, подтверждающими стимулирующую роль цитрата на ацетил-КоА-карбоксилазу (Леви А., Сиковиц Ф., 1971 ). Рядом исследователей цитрат рассматривается как положительный эффектор (аллостерический активатор) первого фермента синтеза жирных кислот (Mortin D.B., and Vagelos P.R., 1962, Weite M., Paul G. W. E., 1963, Hastimoto Tokashi, Noma Shosaku, 1971).
Роль цитрата и ферментов, участвующих в его метаболизме и в регуляции липогенеза описана во многих работах, в том числе и на жвачных животных (Prior R.L., et al.1980, Smith S.B., et al.1983, Smith S.B.,a, et al.1984, Wolffram S.et al.1993, Smith S.B., et al.1994, Engle Т.Е. et al.2000, Engle T.E.,a, et al.2000, Karaffa L., et al.2001. Karlstrom K. et al.2004, Schoonmaker J.P. et al., 2004, Cordwell SJ. et al.2006). Серия работ, выполнявшаяся коллективом британских исследователей на протяжении десяти лет на бычках молочного направления продуктивности при выращивании на мясо (Smith S.B. et al. 1983, 1984, 1994), показала влияние возраста, энергетической обеспеченности рациона за счет концентрированных кормов, активности ферментов, связанных с синтезом и метаболизмом цитрата, а так же гормонального фактора на ли-погенез. Вес туш, количество подкожного, брыжеечного, околосердечного и околопочечного жира был выше у бычков на высокоэнергетическом рационе. Однако авторы совершенно не обнаружили различий между группами в мра-морности мяса. Интересно и неожиданно, что кормление не отразилось существенно ни на диаметре адипоцитов, ни на их количестве на единицу веса жировой ткани. Активность АТФ-цитрат лиазы и НАД-малатдегидрогеназы возрастала с возрастом в подкожной жировой ткани. Повышенной была активность этих ферментов и у бычков кормимых высокоэнергетическим рационом. Характерно, что ни возраст животных, ни испытывавшиеся контрастные рационы, не отразились на величине ферментативной активности в межмышечной жировой ткани. Эта интереснейшая информация подтверждается скоростью включения липогенных предшественников в жирные кислоты. Уксусная кислота обеспечивала 70 - 80 % ацетилных групп в липогенезе подкожной жировой ткани, и только 10-25 % ацетильных эквивалентов во внутримышечной жировой ткани. Напротив, глюкоза обеспечивала только 1 - 10 % ацетильных групп в подкожном жире и 50 - 75 % во внутримышечной жировой ткани.
Кленбутерол, как фактор, иллюстрирующий регуляторную функцию эндокринной системы на обмен веществ и мясную продуктивность бычков
В регуляции обмена веществ и формировании мясной продуктивности значимую роль играет функциональная активность гормональной системы. Для выявления механизмов действия гормонов на мясную продуктивность животных экспериментаторы используют различные приемы (удаление желез внутренней секреции, дополнительное введение гормонов, воздействие биологически активными веществами на синтез и секрецию гормонов, на активность гормональных рецепторов). Например, продолжается использование агонистов бета-адренорецепторов, в частности кленбутерола, в целях изучения формирования мясных качеств животных. Благодаря способности связываться с бета-адренорецепторами, данный класс соединений проявляет активность аналогичную адреналину. Отличительным свойством является то, что вследствие наличия в его молекуле специфически ориентированной гидроксильной группы, обусловливающей особенности его взаимодействия с рецепторами, кленбутерол проявляет большее миотропное действие, нежели эффекты, связанные с нейротропным действием адреналина.
Опыт проведен на бычках холмогорской породы в возрасте с 11- до 15-месяцев. По принципу парных аналогов было сформировано три группы (контрольная и две опытных). Бычки опытных групп ежедневно в течении 60 дней получали с кормом кленбутерол по 5 мг ( 2 группа) и по 0,5 мг (3 группа) при одинаковых с контрольной группой условиях кормления и содержания. Для контроля интенсивности роста животных ежемесячно взвешивали. По истечении шестидесятидневного периода опыта в течение 30 дней скармливание бычкам кленбутерола прекращали, после чего был проведен кон 149 трольный убой с последующей обвалкой туш и определением химического состава мышечной ткани.
Двухмесячное применение кленбутерола бычкам опытных групп привело к повышению интенсивности роста, у которых среднесуточный прирост массы тела по сравнению с контролем был на 20,9 % (Р 0,01) и 32,2 % (Р 0,05) выше соответственно во 2-ой и 3-ей группах. По-видимому, в силу высокой биологической активности препарата дозировка 5 мг оказалась менее эффективной, чем 0,5 мг. Несмотря на снижение интенсивности роста бычков опытных групп после прекращения скармливания препарата, живая масса у бычков 3 группы в конце опыта была на 24 кг выше, чем у бычков контрольной группы. Результаты контрольного убоя показали, что у бычков, опытных групп, при более высокой интенсивности роста был выше убойный выход, большее содержание мышечной ткани, меньшее костей в туше и почти в два раза было меньше внутреннего жира.
Матвеев В.А. и Бутров Е.В.,1993, на этих же животных при исследовании проб крови до применения кленбутерола и через 10, 20, 30, 40 и 50 дней после его применения показали, что под влиянием препарата происходят значительные изменения в функциональной активности гормональной системы. На протяжении всего опыта кленбутерол снижал базальный уровень инсулина и столь же регулярно наблюдался его подъем через 3 час после приема корма. В наших работах было показано, что активно функционирующий инсулярный аппарат молодняка крупного рогатого скота способствует отложению мышечных белков, наращиванию мышечной массы и повышению интенсивности роста (Матвеев В.А., Галочкина В.П. и др., 1999). Применение кленбутерола на фоне более низкого уровня инсулина повышал интенсивность роста, наращивание мышечной массы. Более существенное снижение концентрации инсулина в плазме крови бычков было под влиянием дозы 0,5 мг. Эта же дозировка оказала большее влияние на повышение интенсивности роста, наращивание мышечной массы, отложение белка в туше и снижение резервирования энергии в виде жировых депо. Суточное скармли 150 вание дозы 5 мг оказало большее влияние на снижение концентрации тироксина и кортизола. Авторы предполагают, что, по-видимому, снижение концентрации этих гормонов повлияло на более низкую интенсивность роста у бычков с этой дозировкой, чем с дозой 0.5 мг. Кроме того, авторы связывают максимальное проявление анаболического действия соматотропина именно с присутствием гормонов щитовидной железы и коры надпочечников.
Эти результаты подтверждены морфологическими исследованиями Манухиной А.И. и Фофаны Н.А. 1(993) мышечной и жировой (подкожной) тканей, взятых с помощью биопсии через 60 дней после начала скармливания препарата и через 30 дней после прекращения скармливания. При убое животных дополнительно к указанным тканям изучена морфология эндокринных желез и паренхиматозных органов. Применение меньшей дозы кленбу-терола в течение 60 дней увеличивало диаметр мышечных волокон на 39 % и числа ядер на 1 мм мышечного волокна в длиннейшей мышце спины, вызывало задержку накопления липидов в адипоцитах (их диаметр уменьшался на 26 %, Р 0,01) подкожной жировой ткани. Скармливание кленбутерола в обеих указанных дозах не вызвало серьезных морфологических изменений ткани эндокринных желез и паренхиматозных органов. Через 30 дней после отмены препарата (доза 0.5 мг/голову/сутки) в длиннейшей мышце спины отмечены компенсаторные реакции. Последействие кленбутерола еще сохранялось. Количества ядер на 1 мм мышечных волокон было увеличено на 37 %. Наблюдалась активизация биосинтетических процессов в мышце (увеличение диаметра мышечных волокон на 23 % и площади их ядер - на 7 %). Отмечалось снижение липогенеза. Вместе с этим, высокая дозировка препарата вызывала угнетение функции изучаемых желез, что согласуется с результатами по приросту живой массы и выходу туши. Применение кленбутерола в дозе 0,5 мг не вызывало резких морфологических изменений в эндокринных железах и паренхиматозных органах и через 30 дней после прекращения скармливания препарата их структура оставалась в норме. Наблюдалась незначительная гиперфункция инсулярного аппарата поджелудочной железы, усиление секреции надпочечниками и резорбции коллоида в щитовидной железе.
Взаимосвязь половых гормонов эндогенного и экзогенного происхождения с продуктивностью бычков, активностью дегидрогеназ цикла Кребса и ферментов метаболизма пирувата
Выращивание бычков на мясо при любых технологических схемах связано с проблемой формирования половой функции и становления ранговых взаимоотношений между животными. Наиболее четко это влияние проявляется при беспривязном выращивании и откорме молодняка крупного рогатого скота в крупных промышленных комплексах. Актуальна эта проблема и при других технологических схемах интенсивного выращивания и откорма (групповом, пастбищном и даже привязном). Животные, достигшие половозрелого возраста, постоянно проявляют половую активность, беспокойство, возбужденность и агрессивность, усиливающиеся с возрастом, что приводит к всевозможным стрессовым состояниям. Половая активность и агрессивность некастрированных животных, максимально проявляются на 6 - 10 месяцах технологического цикла откорма. Это затрудняет работу обслуживающего персонала, часто приводит к травматизму и несвоевременному снятию животных с откорма, а также к бесполезной трате значительных количеств биологической энергии. В итоге имеем недополучение продукции, повышение затрат корма, труда и финансовых средств на ее производство ( Панько И.С. 1982.). Кастрация бычков снимает часть проблем. Изменяется гормональный статус, угнетаются половые рефлексы, существенно снижается агрессивность и упрощается уход за ними, но при этом возникают новые проблемы. Кастрация сдерживает интенсивность роста, снижается выход мякоти, увеличивается отложение внутреннего жира (Хефтман Э, 1972, Панько И.С. 1982., Журбенко A.M., 1983.). У некастрированных бычков энергия накопленная в белках составляет 40 - 54 % по сравнению с 10 - 30 % у кастрированных бычков (Blakter K.L. et al., 1966, цитировано no Geal M.J., Jornet M.M., 1976).
Коррекция роста бычков и кастратов с использованием половых стероидов особенно интенсивно исследовалась в шестидесятых-семидесятых годах прошлого столетия, а в ряде стран (США, Англия, Канада, Австралия, Новая Зеландия и др.) в течение более 40-ка лет применяли при откорме скота синтетические эстрогены диэтилстилбестрол (ДЭС) и гексестрол (Шамбе-рев Ю.Н., 1974, Фомичев Ю.П. 1984.). Вопреки широко распространенному мнению о полном запрете в мире использования при производстве мяса половых стероидов, этот вопрос продолжает активно изучаться и в настоящее время. Исследуются различные препараты эстрогенного и андрогенного характера действия, их влияние на интенсивность роста, на качественные характеристики мяса, оплату корма. Совершенствуются, различные схемы, до 174 зы введения и комбинации препаратов (A Hutcheson J.P. et al, 1997, Henricks D.M. et al, 2001, Reiling B.A., Johnson D.D., 2003, Kamanga-Sollo E. Pampusch M.S., 2004, Clansen 0., 2006,).
Мы уже говорили в обзоре литературы, что по заданию Национальной аудиторской комиссии США по качеству мяса, U.S. Food & Drug Administration (аналог Российской Ветбиокомиссии, (ветфармсовета) в 2001 году были заказаны различным научно-исследовательским центрам специальные обширные исследования для определения концентрации андрогенов и эстрогенов природного происхождения и синтетических препаратов в съедобных частях туш откормленных бычков, телок и кастратов. Ученые пришли к заключению, что в тканях имплантированных бычков к концу откорма (не менее, чем через 1 месяц после имплантации) концентрация разных изомеров эстрадиола была приблизительно такая же, как и физиологически нормальная эндогенная концентрация эстрадиолов. На основе самых обстоятельных и точных исследований, экспериментаторы пришли к совершенно логичным и аргументированным выводам о том, что анаболические имплантанты повышают концентрацию стероидов в тканях откармливаемого на мясо крупного рогатого скота в пределах(вполне укладывающихся в нормативы U.S. Food & Drug Administration. Вместе с тем, общепризнано, что эта организация является самой строгой в мире, контролирующей использование препаратов в животноводстве и качество животноводческой продукции.
По ранним данным советских исследователей, в мышцах, печени и почках имплантированных телок, концентрация бета-изомеров тренболона также колебалась в пределах нижнего порога их физиологической концентрации (Падучева А. Л., 1974).
В настоящее время наиболее пристальное внимание в исследовании механизма действия половых стероидов уделяется проблеме экспрессии информационных РНК, кодирующих биосинтез ключевых и регуляторных ферментов метаболизма и, конечно же, причастных к интенсивности функ 175 ционирования белоксинтезирующей системы (Kamanga-Sollo Е., Pampusch M.S., 2004).
Синтез всех стероидов в организме, в том числе и половых гормонов, зависит от величины синтеза ацетил-Ко А. Эта ацетилированная форма коэн-зима А, как известно, представляет собой конечный продукт окисления жирных кислот, некоторых аминокислот и аэробного окисления пировиноград-ной кислоты. Его единственное предназначение в цикле Кребса - использование для выработки энергии. Но и простая форма Ко А, и ацетилированная. имеют непосредственную причастность к регуляции активности пируватде-гидрогеназы (Cordoba М., 2005). Для поддержания требуемой организму интенсивности синтеза стероидов необходима также и восстановленная форма НАДФ. У жвачных животных активность НАДФ-зависимой малатдегдроге-назы имеет следовые величины, поэтому данный фосфорилированный нук-леотид проходит этапы своего восстановления практически только в реакции, катализируемой НАДФ-зависимой изоцитратдегидрогеназой (Путилина Ф.Е., 1969, Галочкина В.П., 1974) и в пентозофосфатном цикле окисления глюкозы. Отсюда понятно, что соотношение в отдельных субклеточных единицах восстановленных и окисленных форм фосфорилированных и нефос-форилированных адениловых нуклеотидов (НАД и НАДН, НАДФ и НАДФН) также по праву признается одним из ведущих механизмов регуляции активности НАД- и НАДФ-зависимых дегидрогеназ цикла трикарбоно-вых кислот (Галочкина В.П., 1974).
Влияние разного уровня энергии в рационе на активность ферментов синтеза и утилизации глюкозы и на продуктивность откармливаемых бычков
На протяжении ряда лет во ВНИИФБиП проводится работа по изучению механизмов, регулирующих обмен веществ и биосинтез основных компонентов мяса - белков и липидов. Для получения высокой продуктивности, естественно, необходимо учитывать все звенья цепи от гидролиза и всасывания в желудочно-кишечном тракте, до всей последующей метаболической судьбы продуктов гидролиза и трансформации питательных веществ кормов в организме. Для молодняка крупного рогатого скота, выращиваемого на мясо, с целью повышения интенсивности роста и получения большего количества продукции одним из необходимых условий будет максимально эффективное использование аминокислот для биосинтеза компонентов мышечной ткани. В меньшей степени следует стремиться допустить расход аминокислот для энергетических целей и синтеза глюкозы. В оптимальном варианте глюкоза в метаболический пул должна поступать либо из желудочно-кишечного тракта, либо образовываться de novo в стенке рубца и в клетках печени из пропионата и лактата, поступающих из рубцового содержимого. Молочная кислота может быть продуктом гликолитических процессов в мышечной ткани, которую необходимо утилизировать в большей степени с большей выгодой для организма в процессе глюконеогенеза. В таком случае биосинтетические процессы не будут сдерживаться недостатком глюкозы. Этим вопросам посвящен ряд работ, представленных и обсуждаемых ниже.
Как уже неоднократно акцентировалось внимание, цикл Кребса является основным поставщиком биологической энергии. В связи с этим и была поставлена задача изучить влияние обеспеченности рациона обменной энергией на основные метаболические пути, снабжающие энергией биосинтетические реакции. В зависимости от поступления из желудочно-кишечного тракта энергетических субстратов должна меняться направленность обмена веществ в организме.
Для решения поставленной задачи был проведен эксперимент на 8 откармливаемых бычках 10-месячного возраста с живой массой 240 кг методом периодов. 1-ый -предварительный период (одинаковое кормление); 2-ой период - разный уровень кормления (1-я группа контрольная, 2-я опытная, рацион которой по обменной энергии на 32,6 % выше контрольной); 3-ий период - все животные находились на одинаковом кормлении по рациону 2-ой группы (опытной, 2-го периода опыта), то есть энергетически высокому уровню кормления. Рацион 2-го периода опыта контрольной группы состоял из: силоса злакового 20 кг (утром 10 кг), брикетов из отавы клевера 0,5 кг (только утром), дерти ячменной 1 кг (только вечером), патоки свекольной 0,8 кг (утром 0,4 ), БВМД 0,26 кг (0,13 утром). Рацион 2-го периода опыта опытной группы состоял из: силоса злакового 12 кг (утром 6 кг), брикетов из отавы клевера 2 кг (только утром), дерти ячменной 4 кг (только вечером), патоки свекольной 1,2 кг (0,6 кг утром), БВМД 0,36 кг (0,18 утром).
В плазме крови, взятой за час до утреннего кормления и через 1, 2, 3 и 4 часа после него, определяли активность лактатдегидрогеназы (ЛДГ) - конечного фермента анаэробного окисления глюкозы, пируваткарбоксилазы (ПК) - ключевого фермента глюконеогенеза из пирувата, малатдегидрогена-зы (МДГ) - фермента, завершающего реакции цикла Кребса и гамма-глутамилтранспептидазы (ГГТП) - ключевого фермента гамма-глутамилтранспептидазного цикла, осуществляющего транспорт аминокислот в клетку, в крови также определяли концентрацию глюкозы.
Повышенный уровень кормления обеспечивал более высокое поступление в организм энергетических компонентов, что способствовало увеличе 256 нию концентрации глюкозы в крови и энергии в тканях. Среднесуточный прирост живой массы составил в 1-ой группе 890±32 г, во 2-ой - 1134±107 (на 27,42 % выше). Наибольшая разница была выявлена в период сильных холодов (холодовой стресс), когда температура воздуха на улице была -38 С, в помещении от + 4 до - 3 С . Животные, которые получали более низкий по уровню энергии рацион дали среднесуточный прирост живой массы за период холодов (10 дней) 225, а бычки в опытной группе по 875 г, что составило по отношению к контрольной группе 389 %. Животным, находящимся на среднем уровне кормления поступало недостаточное количество энергии с кормом для реализации генетических возможностей, а в период холодов, когда была необходима энергия для поддержания температуры тела, они не могли обеспечить достаточную интенсивность роста и привес составил всего 225 г в сутки.
Bell A.W., 1985 было показано, что холод не влияет существенно на артериальную концентрацию лактата и пирувата. После кормления артериальная концентрация пирувата существенно возрастает. Артериальная концентрация некоторых индивидуальных аминокислот, но не их суммарное количество, возрастает. На основании этого сделано предположение, что глюкоза является основным топливом дрожащей (от холода) скелетной мышцы у бычков, и что выброс аминокислот из дрожащей скелетной мышцы у молодых бычков не может внести существенный вклад в обеспечение глюкозой за счет глюконеогенеза в печени. Поэтому в нашем опыте бычки во время холодов глюкозу использовали не на синтез мышечного белка, а для согревания организма.
При переводе в 3-ем периоде опыта этих животных на повышенный по уровню энергии, как и в предыдущем опыте, компенсаторный рост не проявился и среднесуточный прирост этой группы за 2-ой и 3-ий периоды опыта составил 93,2 % по сравнению со 2-ой группой.
