Содержание свободных аминокислот в органах и тканях, как фактор гомеостатического механизма регуляции интенсивности синтеза белка в организме животных

УДК 636.4.085/13

Омаров М.О., Османова С.О., Слесарева О.А. Северо-Кавказский НИИ животноводства, г. Краснодар

Свободные аминокислоты в крови, органах и тканях являются субстратом для синтеза белков. Их концентрация в крови отражает, с одной стороны, качественную и количественную сторону притока аминокислот в результате кормления и деградации белков тела, с другой - оттока на синтез белков в организме. Ряд исследователей использовали пул свободных аминокислот в плазме крови и органах с целью определения биологической ценности протеина [5], потребности животных в аминокислотах [4, 13], состояния белкового обмена [2, 9].

Концентрация свободных аминокислот в плазме отражает состояние динамического равновесия, которое определяется следующими условиями: количеством аминокислот, поступающих с потреблённым белком, скоростью поглощения тканями на синтез белка и степенью деградации белков и аминокислот.

Уровень свободных аминокислот в плазме отражается в в мышечной ткани, на которую приходится 45% массы тела животного [12]. Печень составляет небольшую долю 3,5-4%. В этом отношении мышцы по своему значению, как депо аминокислот, значительно превосходят печень. Всего 6% общего количества аминокислот, проходящих через печень, используются на синтез белков печени [8]. Между тем, печени отводится ключевая роль в регуляции белкового обмена. Большинство незаменимых аминокислот, за исключением валина, лейцина и изолейцина деградируются почти исключительно в печени. Она является главным местом образования мочевины. Белки плазмы крови, кроме гамма-глобулина, синтезируются, и почти половина их катализируется печенью [11].

После переваривания белков в желудочно-кишечном тракте, освобожденные аминокислоты из воротной вены сначала проходят через печень, где частично катаболизируются. Основная же часть поступает в общую циркуляцию и доставляется к другим органам в неизменном виде.

С целью определения пула свободных аминокислот в тканях и органах животных в зависимости от разной степени сбалансированности рационов по аминокислотам был проведён лабораторный опыт на пяти группах животных.

Опыт проведён на крысах-отъёмышах породы Вистар в возрасте 20-24 дней с живой массой 56 г, в каждой группе по 14 голов (поровну самцов и самок).

Основной контрольный рацион (ОР) состоял из дерти ячменной, пшеничной и кукурузной, обогащенной витаминами, жирами, мак-ро- и микроэлементами. Животные второй группы получали рацион первой группы и смесь незаменимых аминокислот для удовлетворения норм физической потребности, но без лизина (имбаланс лизина). Животные третьей группы - без метионина (имбаланс метионина).

Животные четвёртой группы - без треонина (имбаланс треонина). Животные пятой группы получали скорректированный по всем незаменимым аминокислотам рацион. Продолжительность опыта составляла 14 дней. Подготовку образцов крови, печени и мышечной ткани для определения свободных аминокислот проводили по прописи В.Г Рядчикова [4], аминокислоты определяли на анализаторе Т-339.

Результаты исследований. У животных пятой группы, получавших скорректированную диету, общая сумма свободных аминокислот в плазме крови и мышцах существенно не отличались от таковой у животных первой, второй и четвёртой групп, несмотря на то, что они потребляли протеина на 50%, 29% и 43%, соответственно, больше (табл. 1, 2, 3).

В печени суммарная концентрация свободных аминокислот у них ниже, чем у животных первой, второй и четвёртой групп - 128,2 против 152,4, 143,5 и 177,8 мг%, соответственно.

Если рассматривать концентрацию свободных аминокислот относительно их потребления с кормом, то такое соотношение будет

самым низким в плазме крови, мышцах и печени у животных на скорректированной диете. По-видимому, правильное соотношение аминокислот в скорректированной диете способствовало более эффективному использованию свободных аминокислот на синтез белков тела.

Эти данные согласуются с выводами Fonsecal. B. et. al. [9], который считает, что дефицит даже одной незаменимой аминокислоты вызывает снижение белкового синтеза и повышение концентрации свободных аминокислот в плазме. И, наоборот, при балансе аминокислот они быстро расходуются на синтез белка тканей, и уровень их плазмы снижается.

Относительно низкую концентрацию аминокислот в крови и мышцах при кормлении хорошо сбалансированными рационами отмечали в опытах на цыплятах [1] и на поросятах [6]. При имбалансе треонинаконцентация свободного треонина в крови снижается в пять раз, хотя его потребление с кормом было примерно таким же, как у животных первой группы (29 мг против 30 мг) (табл. 4).

Уровень свободного лизина был чрезвычайно низким при дефиците лизина - 0,56 мг%. Животные 1-ой группы получали рацион с таким же содержанием лизина, потребляли меньше корма, но содержание свободного лизина в крови у них было заметно больше - 1,95 мг %. Эти данные ещё раз подтверждают факт, что свободный лизин плазмы при 100% обеспеченности остальными аминокислотами использовался у животных 2-ой группы более эффективно, чем у животных первой, где недоставало до норм потребности независимых аминокислот.

В плазме животных с треониновым дефицитом уровень свобод-ноготреонина понижен, но не очень значительно, как это наблюдается с лизином между 1-ой и 2-ой группами.

Интересен тот факт, что в плазме животных 2-ой группы (дефицит лизина) наблюдается высокое содержание свободного треонина. В печени несколько другая картина по содержанию свободных аминокислот. Так, уровень свободного лизина у животных при дефиците лизина мало отличается от его концентрации в печени животных 1-ой, 2-ой и 5-ой групп. Вместе с тем, она заметно ниже в печени животных с треониновым дефицитом.

Концентрация свободного треонина у животных 4-ой группы при его дефиците почти в 2 раза ниже по сравнению с уровнем треонина в 1-й и 3-ей группах.

Содержание свободного метионина в печени животных всех групп находилось практически на одном уровне. Обращает на себя внимание высокое содержание свободных незаменимых аминокислот в печени животных тех групп [1, 2, 4], у которых наблюдается наиболее низкий рост. Это, по-видимому, объясняется необходимостью переработки избытка печенью.

В мышцах можно отметить только незначительную тенденцию более низкого уровня свободного лизина, по сравнению с таковыми в других группах. Нет значительной разницы и по уровню свободного треонина. В то же время, в группе животных с дефицитом метионина его концентрация в мускулах понижена.

Уровень незаменимых, заменимых и общая сумма аминокислот при всех формах аминокислотного питания оказалась очень близкой. По-видимому, в мышечную ткань транспортируется оптимальный набор аминокислот в качестве субстрата для осуществления синтеза внутреклеточных белковых структур. Барьерные и регуляторные функции вероятнее всего обеспечиваются плазматической мембраной миоцитов.

Обращает на себя внимание взаимозависимость концентрации одних аминокислот крови, печени и мышц с концентрацией других. Так, у животных при дефиците лизина (вторая группа) вместе со снижением уровня лизина в плазме крови заметно повышается содержание свободного треонина, серина и валина.

У животных четвёртой группы (дефицит треонина) при низком уровне треонина в плазме крови и мышцах заметно повышается содержание свободного лизина и, наоборот, в печени увеличивается содержание треонина и снижается содержание лизина.

По-видимому, существует прямая связь между количеством поступившего треонина с кормом и концентрацией свободного лизина в плазме крови, и, наоборот.

Таблица 1. Содержание свободных аминокислот в плазме крови крыс (мг %)

В исследованиях Н.А. Шманенкова и др. [1] обнаружен повышен­ный распад треонина при недостатке и избытке лизина в рационе.

По-видимому, треонин каким-то образом играет важную роль при метаболизме метионина, и не исключено существование связи между ферментными системами ответственными за превращение треонина и метионина, а также треонина и лизина в организме животных [2, 3, 7].

Таблица 2. Содержание свободных аминокислот в печени крыс (мг %)

Обобщая результаты по содержанию свободных аминокислот в крови, тканях и органах белых крыс при дефиците и на сбалансиро­ванном рационе, можно сделать следующие выводы:

1) при дефиците наблюдалось снижение в плазме крови и увеличение в печени концентрации лимитирующей аминокислоты;

2) при дефиците наблюдалось высокое содержание суммы свободных аминокислот в печени и более низкое - на скорректированной диете;

3) при разных условиях аминокислотного питания уровень свободных аминокислот в мышечной ткани оказывается практически одинаковым, что свидетельствует о том, что плазматическая мембрана миоцитов обладает барьерной и регуляторной функцией для транспортировки из крови в клетки набора свободных аминокислот, который обеспечивает нормальное функционирование клеток мышечной ткани.

Таким образом, аминокислотный состав корма отчетливо отражается на уровне свободных аминокислот в плазме крови. В печени уровень дефицитных аминокислот оказывается не ниже, а даже выше, чем в печени крыс, получавших хорошо сбалансированный рацион. В мышечной ткани независимо от сбалансированности рациона фонд свободных аминокислот, соотношение суммы независимых и заменимых аминокислот сохраняется более сбалансированным. Это обстоятельство свидетельствует о наличии защитной и регуляторной функции миоцитов в своем обеспечении сбалансированным набором аминокислот.

Это свидетельствует о том, что плазматическая мембрана миоци-тов обладает барьерной и регуляторной функцией для транспортировки из крови в клетки такого набора свободных аминокислот, который обеспечивает нормальное функционирование мышечных клеток.

Таблица 4. Переваримость и отложение азота у крысза период 0-14 дней (M±m)

Список литературы

1. Абдулкадыров К., Каленюк В.Ф., Шманенков Н.А. и др. Влияние различного уровня лизина в рационе цыплят на динамику свободных аминокислот в плазме крови и стенке отдела кишечника. //Науч. тр. ВНИИФБ и П с.х. животных - Боровск, 1973, т. XII, с. 74-79.
2. Омаров М.О. Биохимическое обоснование влияния некоторых незаменимых аминокислот в питании моногастричных животных на обмен веществ в организме и их продуктивность.//Автореф. дисс. д-ра биол. наук - Краснодар, 2001.
3. Османова С.О., Омаров М.О. Влияние различных концентраций лизина и протеина в кормах на активность фермента лизин-кетоглютаратредуктазы.// Ж. Ветеринария Кубани, 2011,6 с.10-12.
4. Рядчиков В.Г Обмен веществ у моногастричных животных и пути повышения биологической ценности белка зерна злаковых культур. //Автореф. дисс. д-ра биол. наук - Краснодар, 1981.
5. Эггум Б. Методы оценки использования белка животными. //М.; Колос,1977, с. 189.
6. Янушкевич В.Г. Рост и обмен веществ у откармливаемого молодняка свиней при разной обеспеченности энергией, лизином и метионином: //Авто-реф. дисс. канд. биол. наук - Каменец-Подольский, 1974.
7. Cohen H.P., Choitz H.C., Berg C.P. Pesponce of rats to diets high in methionine and compounds //V. Nutr, 1958, 64, p.555-559.
8. Daoies M.G., Thomas A.J. Chandes in the amino acid content of young growth rates after weaning. //Nutz. Repts. Jntezn., 197, 11, p. 3-11.
9. Fonseca J.B., Rogler J.C., Featheraton W.R., Cline T.R. Futher studies on nutritioe value of opaque -2 corn for the chick.// V. Poyltry. Sci, 1970,V. 49. № 6, p.1518-1525.
10. Leung P.M.B., Rogers Q.R., Harper A.E. Effect of amino acid imbalance on dietary choice in therat.//V. Natrition, 1968, 95, p. 483-492.
11. Mc Farione A.S. Metabolism of plasma proteins.-Mammalian Protein Metabolism. Ed. H.N. Munro., V.B. Allisjn.//Ac. Press.-New-York, 1964, Vol 1, p.298-342.
12. Munro H.N., Amino acid requirements and utilization by individual mammalian tissues.Proteinfnd Amino Acid Functijn.-Intern.Encyel.-Foadfnd Nutrition, //Vol. Oxford, Chapter, 4, 1972, p.157-195.
13. Williams H.H., Curtin L.W., Abraham V., Loosli V.K., Maynard L.A. Extimation of growth requirements for amino acids by assay of the carcass. //V.Biol. Chem, 1954, 208, 1 p.277.

Резюме. Свободные аминокислоты в крови, органах и тканях являются субстратом для синтеза белков. Их концентрация в крови отражает, с одной стороны, качественную и количественную сторону притока аминокислот в результате кормления и деградации белков тела, с другой - оттока на синтез белков в организме. Ряд исследователей использовали пул свободных аминокислот в плазме крови и органах с целью определения биологической ценности протеина, потребности животных в аминокислотах, состояния белкового обмена. В статье приведены результаты опыта по изучению влияния разных форм сбалансированности рационов в питании лабораторных животных на содержание свободных аминокислот в тканях и органах животных. Доказано, что сумма свободных аминокислот в органах на скорректированном рационе ниже, чем при дефиците одной из незаменимых аминокислот. Аминокислотный состав рациона отчётливо отражается на уровне свободных аминокислот в плазме крови. В печени уровень дефицита аминокислот оказывает не ниже, а даже выше, чем в печени крыс, получавших хорошо сбалансированную диету. В мышечной ткани независимо от сбалансированности рациона фонд свободных аминокислот, соотношение суммы независимых и заменимых аминокислот сохраняется более сбалансированным. Это свидетельствует о том, что плазматическая мембрана миоцитов обладает барьерной и регуляторной функцией для транспортировки из крови в клетки такого набора свободных аминокислот, который обеспечивает нормальное функционирование мускульных клеток.

Ключевые слова: белые крысы, кровь, печень, мышечная ткань, аминокислоты, протеин, синтез белка, дефицит, дисбаланс, имбаланс, пул свободных аминокислот, субстрат, лизин, метионин, треонин.

Сведения об авторах

Османова Сувар Омаровна, аспирантка Северо-Кавказского НИИ животноводства; 350055, г. Краснодар, п. Знаменский, ул. Первомайская, 2.

Слесарева Ольга Алексеевна, научный сотрудник Северо-Кавказского НИИ животноводства; 350055, г. Краснодар, п. Знаменский, ул. Первомайская, 2.

Ответственный за переписку с редакцией: Омаров Махмуд Омарович, доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник Северо-Кавказского НИИ животноводства; 350055, г. Краснодар, п. Знаменский, ул. Первомайская, 2; тел.: 8-918-231-72-10; e-mail: omar-22@mail.ru.