CC BY
18
ЗООТЕХНИЯ
Известия ТСХА, выпуск 4, 2005 год
УДК 636.2:612.014.482
ВЛИЯНИЕ РАЦИОНОВ С РАЗНЫМ КРАХМАЛОПРОТЕИНОВЫМ СООТНОШЕНИЕМ НА ИСПОЛЬЗОВАНИЕ УГЛЕВОДОВ КОРМА
В ОРГАНИЗМЕ ТЕЛОК
В. В. МИХАЙЛОВ*, Э. В. ОВЧАРЕНКО**
Изучали влияние разных соотношений крахмала и протеина в рационах на интенсивность и направленность метаболизма углеводов в организме телок с целью установления их оптимальных количественных соотношений. Скармливание телкам рациона с крахмалопротеиновым соотношением 2 : 1 обеспечило более интенсивное протекание окислительного фосфорилирования в их организме, что сопровождалось повышением среднесуточных приростов живой массы. Повышение отношения крахмала к протеину до 3-4 : 1 в рационе у телок приводило к более активному протеканию гликолитических процессов, однако при этом отмечено снижение приростов живой массы.
Интенсивность биоэнергетических процессов в организме животных зависит от уровня углеводов в рационе. Известны два магистральных пути, по которым происходит расщепление и полное окисление углеводов корма в организме: гли-колитическое и окислительное фос-форилирование. Варьируя соотношение крахмала и протеина, можно регулировать эти метаболические пути, играющие важную роль в углеводном и энергетическом обменах [4, 8, 9, 10].
В связи с этим задачей наших исследований было изучение влияния разных соотношений крахмала и протеина в рационах на скорость гликолиза и окислительного фосфорилирования в организме телок.
Методика
Для выполнения поставленной цели в условиях физиологического двора ВИЖа провели опыт по схеме латинского квадрата 3x3 на шести 15-месячных телках черно-пестрой породы, аналогах по возрасту, происхождению и живой массе. Опыт включал уравнительный период, который служил контролем и продолжался около 2 лет. Рационы различались по структуре и по соотношению легкосбраживаемых углеводов (табл. 1).
У всех телок для биохимического исследования брали кровь из яремной вены через 3 ч после начала утреннего кормления в конце каждого периода. В крови телок
* ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт физиологии, биохимии и питания сельскохозяйственных животных.
** Калужский филиал Московской сельскохозяйственной академии им. К.А. Тимирязева.
Состав рационов
Корм Контрольный Опытные рационы
рацион № 1 № 2 №3
Травяные брикеты,кг Кукурузное зерно, кг Соевый шрот, кг Соль поваренная, г Крахмалопротеиновое соотношение Сахаропротеиновое соотношение Содержание сырого протеина, г
8,0 7,0 6,5 5,0
1,2 1,0 2,0 2,6
0,2 — — —
40,0 40,0 40,0 40,0
1,74 : 1 2 : 1 3,34 : 1 4,57 : 1
1,20: 1 1 : 1 1 : 1 0,9 : 1
858,0 797,0 794,0 737,0
определяли концентрацию макроэр-гических фосфатов — АТФ, АДФ, АМФ и лактата [7]. Определение концентрации пировиноградной кислоты проводили модифицированным методом Умбрайта [1], а содержание неорганического фосфора (Фн) устанавливали с ванадат-молибдатным реактивом [2]. Кроме этого, расчетным путем вычисляли величину энергетического заряда по формуле (1/2 [АДФ] + + [АТФ] / ([АМФ] + [АДФ] + [АТФ] [5] с целью характеристики энергетического статуса организма телок и скорости окислительного фосфо-рилирования и гликолиза — по формуле [АДФ] х [Фн] / [АТФ] [3].
Результаты
Установлено, что при больших значениях расчетного соотношения [АДФ] х [Фн] / [АТФ] выявлено усиление процесса гликолиза, тогда как в этих условиях отмечено снижение активности окислительного фосфорилирования [6]. Следовательно, при уменьшении значения этого соотношения активизируется, прежде всего, дыхательное фос-форилирование в условиях недостаточного образования химической энергии, необходимой для организма, а в последующем происходит
усиление гликолитического процесса как дополнительного источника синтеза АТФ. Так, осуществляется взаимосвязь между двумя магистральными путями, генерирующими химическую энергию в виде АТФ в организме животных. Изучение особенностей интеграции аэробных и анаэробных метаболических путей, их связей с условиями питания и физиологическим состоянием животных представляет одну из важнейших задач современной биохимии. Результаты исследований по характеристике биоэнергетической системы организма растущих телок представлены в табл. 2. Из этой таблицы следует, что в рационах телок повышение отношения крахмала к протеину снижает интенсивность окислительного фосфорилирования в их организме, при этом различие между контролем и 3-й опытной группой статистически достоверно (р < 0,05).
Повышение отношения крахмала к протеину в рационах животных приводит к существенному увеличению активности гликоли-тических процессов в их организме (р < 0,05). Регулирующим фактором этих двух магистральных путей обмена углеводов является высокий уровень поступления глюкозы в метаболический пул орга-
Уровень метаболитов, величина энергетического заряда, скорость окислительного фосфорилирования и гликолиза в крови телок
Показатель
Контрольный рацион
Опытные рационы
№ 1
№2
№3
АТФ, мг% АДФ, мг% АМФ, мг%
Энергетический заряд Лактат, мг% Пируват, мг%
Скорость окислительного фосфорилирования и гликолиза, мкмоль/с
33,22±1,26 22,18 ±1,78 20,98 ±0,59 23,72 ±1,89
4,13+0,13 1,23±0,03 0,91+0,002 8,84±0,30 1,05±0,30
3,97 ± 0,34 0,91 ± 0,06 0,89±0,009 9,57+1,17 0,68 + 0,21
4,08 ± 0,48 0,98 ± 0,09 0,88±0,011 9,18 + 0,57 0,85 ±0,13
¿,29 ± 0,26 0,93 ± 0,04 0,89±0,01 10,10±2,30 0,68±0,08
1,31+0,07 1,88 ±0,24 1,97 ±0,24 2,08±0,08
низма растущих животных на рационах с повышенным содержанием труднодеградируемого в рубце крахмала. Высокий уровень глюкозы в организме телок активизирует гликолитические процессы.
Безусловно, процесс гликолиза нельзя рассматривать изолированно от других видов обмена. В целостной биоэнергетической системе организма жвачных его протекание осуществляется во взаимосвязи и с окислительной фазой обмена углеводов, и с метаболизмом белков и жиров. Следует отметить, что усиление интенсивности процесса гликолиза в организме телок способствует его обеспечению в достаточном количестве макроэр-гическими соединениями, являющимися источником химической энергии для всех анаболических и катаболических процессов. Об этом свидетельствует низкая величина энергетического заряда в крови телок. Интенсивность гликолити-ческих процессов в организме животных всегда сопряжена с низкой ■активностью окислительного фосфорилирования, что снижает значение этого важного биоэнергетического процесса в обеспечении
организма жвачных животных необходимым уровнем макроэргичес-ких фосфатов в виде АТФ. Так, у телок контрольной группы при повышении уровня АТФ в организме окислительное фосфорилирование протекает более интенсивно по сравнению с подопытными животными. Различие в концентрации АТФ в крови телок ыежцу контролем и 3-й опытной группой оказалось достоверным (р < 0,01).
Следовательно, при повышении отношения крахмала к протеину в рационах телок их организм перестраивается на анаэробный путь катаболизма углеводов, о чем свидетельствует более интенсивное протекание гликолитических процессов, при этом окислительное фосфорилирование, являющееся составной частью аэробного пути, находится на низком уровне.
Энергетический заряд в организме растущих телок имеет линейную зависимость от скорости окислительного фосфорилирования и отрицательно коррелирует с интенсивностью гликолитических процессов. Это свидетельствует о превалировании окислительного фосфорилирования над процессом гликолиза в поддержании внутри-
клеточной концентрации АТФ, АДФ и АМФ в клетках животных.
Из полученных нами результатов следует, что среднесуточный прирост живой массы у телок связан прямой зависимостью со скоростью окислительного фосфори-лирования и обратной связью — с интенсивностью процессов гликолиза. Например, для телок контрольной и 1-й опытной групп была отмечена высокая интенсивность процесса скорости окислительного фосфорилирования, что, по всей видимости, обеспечило высокие среднесуточные приросты живой массы — соответственно 845±92 и 943±101 г. При этом у телок 2-й и 3-й опытных групп окислительное фосфорилирование протекало менее интенсивно, что нашло отражение в более низких приростах живой массы — соответственно 737 + 102 и 775+104 г.
Скорость процессов окислительного фосфорилирования и гликолиза взаимосвязана с родственными метаболитами, образующимися в результате анаэробного распада глюкозы. Как известно, лактат является конечным продуктом гли-колитического процесса и может окисляться в пируват, который запускает аэробный процесс распада углеводов и служит субстратом для окислительного фосфорилирования. Анализ наших данных показывает, что, прежде всего, уровень лактата коррелирует с активностью гликолитических процессов. Интенсивное протекание процессов гликолиза в организме телок 3-й опытной группы по сравнению с контролем сопровождается высоким уровнем лактата в крови (см. табл. 2).
Таким образом, на основании наших исследований можно заключить, что скорость окислительного фосфорилирования положительно
коррелирует с уровнем пирувата на начальной стадии аэробного пути распада углеводов, а гликолиз — с концентрацией лактата, являющегося конечным метаболитом анаэробного процесса превращения глюкозы. Так, у телок контрольной группы на фоне усиления скорости окислительного фосфорилирования наблюдалась повышенная концентрация пирувата в крови по сравнению с 3-й опытной группой, в которой у животных высокий уровень лактата отражает интенсивность процессов гликолиза.
Заключение
Результаты наших исследований свидетельствуют, что варьируя отношение крахмала к протеину в рационах ремонтных телок, можно существенно влиять на интенсивность анаэробного (гликолиз) и аэробного (окислительное фосфорилирование) метаболических путей распада углеводов. В нашем случае при увеличении этого соотношения повышается интенсивность протекание гликолитических процессов и снижается активность окислительного фосфорилирования в организме животных. При этом интенсивное протекание окислительного фосфорилирования в организме телок сопровождается высокими среднесуточными приростами живой массы в отличие от гликолитических процессов.
Таким образом, исследование интенсивности и направленности гликолитических процессов и окислительного фосфорилирования в организме ремонтных телок подтвердили необходимость оптимизации углеводно-протеинового питания жвачных путем учета количественных соотношений крахмала и протеина в рационах.
ЛИТЕРАТУРА
1. Биохимические методы исследования в клинике. Справочник / Под ред. акад. АМН СССР проф. A.A. Покровского. М.: Медицина, 1969. С. 254-255. — 2. Васильева ЕЛ. Клиническая биохимия с.-х.
животных. М.: Россельхозиздат, 1974. — 3. Клингенберг М., Шолмейер П. Окислительные-восстановительные реакции в митохондриях, зависящие от АТФ //В сб.: «5 Международный биохимический конгресс». М., 1962. — 4. Кураленко Н.В. Значение углеводов в питании высокопродуктивных коров // Молочное и мясное скотоводство, 2002. № 2. С. 14—16. —
5. Ленинджер А. Биохимия. Молекулярные основы структуры и функции клетки. / Пер. с англ. М.: Мир, 1974. С. 480-481.
6. Скулачев В.П. Аккумуляция энергии в
клетке. М.: Наука, 1969. — 7. Таранов М.Т., Михайлов В.В. Методические рекомендации по определению биоэнергетических показателей в тканях животных с использованием специфических реагентов высокой чистоты. ВИЖ, Дубровицы, 1978. — 8. Orskow E.R., Мее-han D.A., MacLeod N.A. et al. // J. Nutr., 1999, 81: 389-393. — 9. Overton T.R. et al. // J. Anim. Sci., 1999, 77: 19401951. — 10. Swanson K.C., Richards C.J., Harmon D.L. // J. Anim. Sci, 2002. Vol. 80. № 4. P. 1112-1116.
Статья поступила 28 июня 2005 г.
SUMMARY
Influence of the change of ratios of starch to protein on the intensity and direction of metabolism of carbohydrates in the body of heifers has been studied in order to establish their optimal quantitative ratios. Intake by heifers of feeds with starch to protein ratios equaling 2:1 provides the most intensive oxidative phosphorylations process in their organism, with simultaneous increasing of live weight gains. Increasing of starch to protein ratios to 3-4 :1 in the ingested feeds caused increasing of rate of glycolytic process and simultaneous decreasing live weight gain.
