Важность и цели протеинового и аминокислотного питания

Синтезированный в рубце микробный СП (МСП), нерасщеп-ляемый в рубце СП корма (НРП) и, в меньшей степени, эндогенный СП (ЭСП) способствуют выходу обменного протеина (ОП) в тонкий кишечник. Обменный протеин определяется, как истинный протеин, который после выхода из рубца переваривается, а компоненты АК всасываются в тонком кишечнике. Аминокислоты, а не протеин, по существу, являются необходимыми питательными веществами. Всосав­шиеся АК принципиально используются как строительные блоки для синтеза протеинов и являются жизненными для поддержания, роста, воспроизводства и лактации молочного скота. Предположительно, идеальный образец всосавшейся АК существует для каждой из этих физиологических функций. Публикации «Потребности птицы в питательных вещест­вах» (NRC, 1994) и «Потребности свиней в питательных веществах» (NRC, 1994) указывают на то, что оптимальный профиль АК существует в ОП для каждого физиологического состояния животного и это, как предполагается, будет верным и для молочного скота.

Целью протеинового питания жвачных является обеспечение адекватными количествами рубцово-расщепляемого протеина (РРП) для оптимальной рубцовой эффективности и получить желаемую продуктивность животного, при минимальном количестве кормового СП. Оптимизация эффективности использования кормового протеина требует выбора дополн­ительных кормовых протеинов и добавок НБА для обес­печения типами и количествами РРП, которые будут удовле­творять, но не превышать потребности в азоте рубцовую микрофлору для максимального синтеза МСП и в типах и количествах переваримого НРП, которые будут оптимизи-

48

ровать, как возможно, профиль и количества всосавшихся АК. Как будет обсуждено позже, исследования показали, что питательная ценность ОП для молочного скота определяется его профилем незаменимых аминокислот (НАК) и, вероятно, также вкладом общих НАК в ОП. Улучшение эффективного использования протеина и азота, добиваясь оптимальной продуктивности, является делом практики. Стимулы включают уменьшение стоимости кормов на единицу постного прироста тканей или производимого молочного протеина, желания для все большего эффективного производства молочного проте­ина, создания пространства в рационе для других питательных веществ, которые будут стимулировать производство и удаление азотистых отходов. Относительно производства молочного протеина, исследования показывают, что содер­жание (и также выход) молочного протеина может быть увеличено путем улучшения профиля АК в ОП снижением количества излишнего протеина в рационе и увеличением количества ферментируемых углеводов в рационе.

Основные отличия от предыдущего издания

В 1985 г. Субкомитет по использованию азота жвачными животными (NRC, 1985) выразил потребности в протеине в единицах всосавшегося протеина. Всосавшийся протеин был определен, как переваримый, истинный протеин (т.е. перева­римые общие АК), который обеспечивает животных синтези­руемым в рубце МСП и протеином корма, не распавшегося в рубце. Этот подход был принят предыдущим изданием потребностей (NRC, 1989). Метод всосавшегося протеина внес концепцию расщепленного потребления СП (ПРП) и нерасщепленного потребления СП (ПНП). Средние величины нерасщепляемости для обычных кормов получены путем исследований «ин виво» (in vivo) и «ин ситу» (in situ) на овцах и крупном рогатом скоте. Этот факториальный подход для определения потребностей в протеине признал три назначения кормового протеина (ферментативное переваривание в рубце, гидролизно/ферментативное переваривание в тонком кишеч­нике и удаление непереваримого протеина в кале) и отдельных потребностей рубцовых микроорганизмов от потребностей животного хозяина. Однако, фиксированная, 80% кишечная переваримость для ПНП не учитывала вклада ЭСП в ОП и не принимала во внимание состав АК в ПНП или всосавшегося протеина.

Некоторые отличия имелись и в терминологии. Чтобы быть последовательным с изданием «Потребности мясного скота

Гл. 5. Протеин и аминокислоты

в питательных веществах» (NRC. 1996) и избежать путаницы в том. что всасываются, термин ОП был заменен всасываемым протеином. Чтобы быть последовательным с «Журналом Дейри Сайенс» термины ПРП и ПНП были заменены РРП и ПРИ

Основные отличия между системами протеина в данной публикации и предыдущего издания относятся к прогнози­рованию обеспечения питательными веществами. Поток микробного СП предсказывается от потребления общего переваримого органического вещества (ОВ), вместо потреб­ления чистой энергии. Уравнение регрессии показывает изменчивость в эффективности производства МСП, связанной с очевидной адекватностью РРП. Механистическая система, разработанная из данных «in situ» используется для расчета содержания РРП кормовых средств. Поскольку уравнения регрессии позволяют учитывать некоторые факторы системы (CBI1, процент концентрации СВ в рационе, процент НДК в СВ рациона), постольку это влияет на степень потока непере­варенных кормов и, таким образом, на содержание НРП в кормовых средствах. Система рассматривается для приме­нения ко всем животным молочного направления, с живой массой более 100 кг и которых кормят с целью раннего развития рубца. Чтобы повысить точность определения вклада фракции НРП отдельных кормовых средств в ОП, были определены величины кишечной переваримости фракции НРП каждою корма (от 50 до 100). Эндогенный протеин и НБА •также учитываются, как способствующие потоку СП в тонкий кишечник. Поток эндогенного СП рассчитывается от потребления СВ. И, наконец, уравнения регрессии прямо предсказывают содержание каждой НАК в общее количество ПАК протеина двенадцатиперстной кишки и поток общих НАК. Поток переваримых НАК и их вклад в ОП рассчи­тываются. Представлены дозированная реакция на кривой относительно содержания молочного протеина и его выхода, реакция на изменение предсказываемого процента перева­римого лизина и метионина в ОП. Дозированная реакция на взаимосвязь показывает определенные моделью количества лизина и метионина, необходимых в ОП для оптимальной утилизации всосавшихся АК для производства молочного протеина. Включение уравнений для прогнозирования потока НЛК в гонкий кишечник, одновременно с определением неличин переваримости НРП, является уникальным для индивидуального кормового средства в познании различий в питательной ценности НРП различных кормов и позволит улучшить прогнозирование отклика животных на замену источников протеина.

ПРОТЕИН

Химия сырого протеина

Кормовые средства содержат различные протеины и нес­колько типов безазотистых соединений. Протеины, это

крупные молекулы, которые различаются по размеру, форме. функциям, растворимости и составу аминокислот. Они классифицируются на основе их 3-х мерной структуры и растворимости. Классификация по растворимости включает гранулированные протеины (альбумины, растворимые в воде и щелочных растворах и не растворимые в солях и спирте), глютелины (растворимые только в щелочах), проламины (растворимые в 70-80% этиловом спирте и щелочах и не растворимые в воде, растворах солей и абсолютном спирте), гистоны (растворимые в воде и солевых растворах и не растворимые в гидроокиси аммония) и волокнистые протеины (коллагены, эластины и кератины, не растворимые в воде и солевых растворах и устойчивые к переваривающим фер­ментам) (Orten and Neuhaus, 1975; Rodwell, 1985; Van Soest. 1994). Гранулированные протеины являются общими для всех кормовых средств, в то время, как волокнистые протеины являются лимитирующими для кормов животного и морского происхождения. Альбумины и гранулированные протеины характеризуются низким молекулярным весом. Проламины и глютеины имеют высокий молекулярный вес и содержа! больше дисульфидных связей. Корма растительного проис­хождения содержат, в основном, все гранулированные протеины, но в различных количествах. Например, зерно злаковых культур и побочные отходы зерна, содержат больше глютелинов и проламинов, в то время, как листья и стебли богаты альбуминами (Blethen et al., 1990; Sniffen, 1974; Van Soest, 1994). Последовательная экстракция 38 различных кормов водой, соленой водой, (0.5% NaCl). разбавленным спиртом (80% этилового спирта), разбавленной щелочью (0.2% NaOH) показала, что классические фракции протеина (альбумины, глобулины, проламины и глютелины) плюс безазотистые протеины содержат 65% общего азота (Blethen et al., 1990). Неучтенные, нерастворимые азотсодержащие протеины могут быть включены в протеиновые связи неповрежденных алейроновых гранул зерновых культур, в большинство протеинов клеточных стенок и некоторые хлороплазменные и тепло-разрушаемые протеины, которые связаны с НДК (Van Soest, 1994). Среди изученных кормов. которые имеют наибольший процент нерастворимого протеина (> 40% СВ), были зеленая трава, свекольный жом. соевая шелуха, сорго, сухая пивная дробина, рыбная мука, мясокостная мука (Blethen et al., 1990).

Кормовые средства также содержат изменчивые количества безазотистых соединений с низким молекулярным весом. ')ти соединения включают пептиды, свободные АК, нуклеиновые кислоты, амиды, амины и аммиак. Небелковые азотсодер­жащие (НБА) соединения определяются в остатке фильтрата после осаждения истинного протеина вольфрамовой или трихлоруксусной кислотами. (Lacitra et al., 1996). Травы и грубый корм бобовых культур содержат самые высокие и изменчивые концентрации НБА. По сообщениям, большинство концентраций НБА в СВ трав и грубых кормов бобовых находятся в пределах следующих величин: свежий материал (10-15%), сено (15-25%) и силос (30-65%) (Fairbairn et

49

Нормы потребности молочного скота в питательных веществах

а!..1988; Garcia et al.,1989; Grum et al.,1991; Huges, 1970; Krishnamoorthy et al.,1982; Messman et al.,1994; Van Soest, 1994; Xu et al., 1996). Сено и особенно силос содержат высокие количества НБА соединений, чем те же самые зеленые корма, из-за нротеолиза. который происходит во время провяливания и ферментации. Протеолиз в зеленой массе во время провяливания и силосования является результатом действия растительных протеаз и пептидаз. Растительные протеазы и пептидазы являются активными в скошенной зеленой массе и считаются основными ферментами по конверсии истинного протеина в НБА соединения в сене и силосуемых кормах (Fairbairn et al.,1988; Van Soest, 1994). Быстрое провяливание скошенной зеленой массы и условия, способствующие быстрому снижению рН силосуемых кормов замедляет нротеолиз и снижает конверсию истинного протеина в НБА соединения (Garcia et al.,1989; Van Soest, 1994). НБА свежей травы включает, большей частью, пептиды, свобод­ные АК и нитраты (Van Soest, 1994). Ферментируемый грубый корм имеет различный состав НБА соединений, чем свежая трава. Ферментируемые зеленые корма растений имеют высокие пропорциональные концентрации свободных АК, аммиака и аминов и низкие концентрации пептидов и нитратов (Fairbairn et al.,1988; Van Soest, 1994). Содержание НБА в большинстве СВ негрубых кормов составляет меньше 12% (Krishnamoorthy et al.,1982; Lacitra et al.,1996; Van Soest, 1994; Xu et al.. 1996).

Механизм расщепления рубцового протеина

1 кттенииально ферментативный пул (объединенный комплекс) протеинов включает протеины кормов плюс эндогенные протеины слюны, эпителиальные клетки чешуек кожи и остатки лизисных микроорганизмов рубца. Механизм рубцового расщепления был рассмотрен (Broderick et al.,1991, 1998; Cotta and Hespell. 1984; Jouany. 1996; Jouany and Ushida, 1999; Wallace et al.,1996, 1999). Коротко говоря, вся ферментная активность распада рубцового протеина является микробного происхождения. Многие штаммы и виды бактерий, протозоа и анаэробные грибки участвуют в производстве разнообразных протеаз, пептидов и дезаминаз (Wallace et al.,1996). Высво­бождающиеся пептиды, АК и аммиак являю гея питательными веществами для роста рубцовых микроорганизмов. Распад пептидов в АК должен происходить до того, как АК будут включены в микробный протеин (Wallace et al.,1996). Когда распад протеина превышает уровень ассимиляции АК и аммиака в микробный протеин, то катаболизм пептидов и АК приводит к чрезмерной концентрации рубцового аммиака. Некоторые из пептидов и АК. не вошедших в микробный протеин, могут избежать рубцового расщепления в аммиак и становятся источниками всосавшихся АК у животного хозяина. Бактерии являются принципиальными микроорганизмами, вовлеченными в расщепление протеина. Они являются наиболее многочисленными микроорганизмами рубца (10'° "/мл) и 40°о или более выделенных видов проявляющих

50

протеолитическую активность (Broderick et al..l991; Cotta and Hespell. 1984; Wallace et al.,1996). Большая часть бактери­альных протеаз связана с поверхное тью клеток (Kopecny and Wallace, 1982); только около 10% общей протеолитической активности не связана с клетками (Broderick et al., 1998V Поэтому, первым шагом в деградации протеина Рубцовыми бактериями является адсорбция рас творимых протеинов в бактерии (Nugent and Mangan, 1981; Wallace. 1982) или адсорбция бактерий в нерастворимые протеины (Brodericket ; al.,1991). Внеклеточный протеолиз дает подъем олпгоиен-тидам, которые в последующем расщепляются в мелкие] пептиды и некоторые свободные АК. Последующее увели-; чение бактериальных мелких пептидов и свободных АК 1 приводит к 5 отличным друг от друга результатам. 1)1 расщеплению пептидов в свободные АК. 2) утилизации! свободных АК для синтеза протеинов. 3) диссимиляции! свободных АК в аммиак и углеродный каркас (т.е. дезамини-1 рование). 4) утилизации аммиака для ресинтеза АК, 5)| диффузии аммиака из клеток (Broderick et al..l998). Значительный интерес представляет бактериальная популяция,| ответственная за дезаминирование. Диссимиляция амино-'j кислот и образование аммиака в избытке для потребностей! бактерий приводит к расточительности кормового СП и| снижает эффективность использования РРП (рубцового! расщепляемого протеина) для рубиовой продукции. В течение! многих лет предполагалось, что дезаминирование было! ограниченным для большого числа видов бактерий, который были идентифицированы, как бактерии, продуцирующий аммиак из протеина и гидролизатов протеина (Wallace. 1996ц Однако, это предположение было подвергнуто сомнений Расселом и другими исследователями (Chen and Russell. 1988J 1989; Russell et al.,1988), которые пришли к выводу дезаминирующая активность этих бактерий была слишкм! низкой, чтобы брать во внимание величины образований аммиака, обычно наблюдаемые «ин виво» или «ин витро»1 смешанных культурах. Их усилия привели к изолирований небольших групп бактерий, которые имели исключительш высокую активность дезаминирования и которые исполь'я вали аминокислоты, как основной источник углерода и энерги (Russell et al.,1988; Paster et al., 1993). Как результат v других исследований в настоящее время принято. чт| дезаминирование АК бактериями производится комбинаций ряда бактерий с низкой дезаминнрующей активностью! намного меньшим числом бактерий с высокой активность (Wallace, 1996). Особый интерес вызвало наблюдение,? котором рост некоторых этих бактерий с высокой дезам! нирующей активностью подавлялся ионофорами. моненсинс (Chen and Russell. 1988, 1989; Russell et al..l988). Простейшие микроорганизмы (протозоа) также являют активными и серьезными участниками в рубцовой деградац. протеина. Протозоа, по численности меньше, чем бактери рубцовом содержимом (10⁵*/мл). но из-за своих крупа размеров, они охватывают значительную долю оба микробной массы в рубце (в основном, менее 10%, но ина

Гл. 5. Протеин и аминокислоты

50%) (Jouany, 1996; Jouany and Ushida, 1999). Между протозоа и бактериями имеются некоторые отличия по обмену протеина. Во-первых, они отличаются в поведении питания. Вместо образования комплекса с кормами, протозойные микроор­ганизмы заглатывают бактерии, грибки и мелкие частицы кормов. Бактерии являются их принципиальными источниками потребляемого протеина (Jouany and Ushida, 1999). Как результат поведения питания (т.е. глотания корма), протозой­ные организмы более активны в деградации нерастворимых кормовых протеинов (например, соевого шрота и рыбной муки), чем более растворимых кормовых протеинов (напри­мер, казеина) (Hino and Russell, 1987; Jouany, 1996; Jouany and Ushida, 1999). Проглоченные протеины разрушаются внутри клеток до смеси пептидов и свободных АК; АК внедряются в протеин простейших микроорганизмов. Специфическая протеолитическая активность протозойных выше, чем бактерий (Nolan. 1993). Второе отличие между нротозойными и бактериями состоит в том, что в то время, как они активно дезаминируют АК, протозойные организмы не способны синтезировать АК из аммиака (Jouany and Ushida, 1999). И, наконец, протозойные выделяют в рубцовую жидкость большие количества пептидов и аминокислот и также пептидаз. Это является результатом значительных секретор­ных процессов и значительного автолиза и их гибели (Coleman, 1985; Dijkstra, 1994). Jouany and Ushida, (1999) предположили, что жскретируемые мелкие пептиды и АК могут представлять 50% общего протеина, проглатываемого простейшими микроорганизмами. Другие исследования показали, что 65% или более протеина протозоа проходят рециркуляцию в рубце (Ffoulkes and Leng. 1988; Punia et al.,1992). Намного меньше известно о вовлечении грибковых микроор­ганизмов в рубцовое разрушение протеина. В настоящее время, анаэробные грибки считаются, как имеющие отрица­тельное влияние на переваривание протеина в рубце из-за их низкой концентрации в рубцовом содержимом (10³"7мл) Jouany and Ushida, 1999; Wallace and Monroe, 1986).