CC BY
12
УДК 59.084.1:636.085.13
ОСОБЕННОСТИ АДАПТИВНОГО МЕХАНИЗМА ВЛИЯНИЯ ФЕРМЕНТОВ ЛИЗИН-КЕТОГЛЮТАРАТРЕКДУКТАЗЫ В ОРГАНИЗМЕ ЖИВОТНЫХ НА РАЗЛИЧНЫЕ УРОВНИ ЛИЗИНА И ПРОТЕИНА В РАЦИОНЕ.
FEATURES OF THE ADAPTIVE MECHANISM EFFECT OF THE ENZYMES OF LYSINE-KETOGLUTARATE REDUCTASE IN ANIMALS ON DIFFERENT LEVELS OF LYSINE AND PROTEIN IN THE DIET
Османова С.О., Омаров М.О. д.б.н., Слесарева О.А.
ГНУ СКНИИЖ Россельхозакадемии, Российская Феджерация, г.Краснодар Osmanova C.O., Omarov M.O., Dr. Sci. Biol., Slesareva O.A.
State Scientific Institution North-Caucasus Research Institute of Animal Husbandry of Russian Academy of Agricultural Sciences, Krasnodar, Russian Federation
Аннотация: в статье представлены результаты опытов по изучению уровня лизина и протеина в питании лабораторных животных на активность ферментов деградации лизин -кетоглютаратрекдуктазу в печени белых крыс. Доказано, что данный фермент обладает субстратной активностью.
Ключевые слова: белые крысы; протеин; коэффициент утилизации белка; имбаланс; дефицит; фермент; фермент; лизин; индукция; субстрат; кетоглютаратредуктаза.
Summary: the article shows the results of the experiments on the influence of different levels of lysine and protein on the degradation of lysine-ketoglutarate reductase in the liver of white rats. It has been proved that this enzyme has a substrate activity.
Key words: white rats; protein; protein utilization rate; imbalance; deficiency; enzyme; lysine; induction; substrate; ketoglutarate reductase
Обзор. Белки в пищеварительном тракте расщепляются до аминокислот, которые в теле подвергаются метаболическим реакциям. Деградация белка (как синтез) является важнейшим процессом жизнедеятельности клетки. Роль ферментов деградации заключается в необходимости постоянной регуляции количеств специфических энзимов. Когда энзим не требуется из-за отсутствия субстрата, его нужно удалять, когда он необходим - нужно удалять ферменты деградации.
Животные могут постепенно адаптироваться к дефициту или избытку субстрата (аминокислоты). Возможность адаптации зависит от активности ферментов, деградирующих избытки аминокислот [1, 2, 3, 4, 5, 8]. Однако, субстратная активность ферментов неодинакова для разных аминокислот и весьма ограничена при значительных избытках некоторых из них.
Низкая адаптация животных к дефициту лизина отмечена в ряде работ [8].
Следовательно, изучение влияния различных форм белкового и аминокислотного баланса на активность ферментов и биосинтез белка имеет важное значение в понимании причин разной эффективности исследования протеина.
Скорость деградации лизина у животных контролируется его наличием и местом деградации. Например, при дефиците лизина в корме концентрация его в митохондриях, как основном месте деградации лизина, была значительно ниже, чем в цитоплазме клеток печени, при этом свободный лизин не полностью обменивался между, митохондриальным и цитоплазматическими пулами. Возможно, это объясняет сохранение лизина в тканевом пуле на безбелковой или безлизиновой диете, а также аккумуляцию лизина в тканевом пуле, когда его потребление превышает потребность [8].
Полагают, что снижение активности фермента деградации лизина не единый механизм его экономии. Другое объяснение включает снижение проницательности ядерных мембран для транспорта нуклеиновых кислот в цитоплазму при дефиците лизина и компартаментализацию синтеза белка в печени и других органах. Повышение деградирующей активности ферментов в ответ на увеличение белка и аминокислот в диете описано в обстоятельном обзоре по имбалансу аминокислот А. Харпером с соавторами [5].
Общеустановленным фактором является низкая активность при ограниченном поступлении аминокислот и резком повышении активности ферментов при высокобелковом питании. Такая реакция имеет очевидное значение в защите организме от высокой аккумуляции аминокислот в крови и тканях и незначительного риска даже тогда, когда диета содержит 40-50% белка. Видимо,
низкой активностью ферментов деградации можно объяснить более эффективное использование белка при ограниченном его потреблении, а высокой активностью - снижение эффективности (биологической ценности) при высокобелковом питании.
Имеются убедительные доказательства о более эффективной ретулизации лизина по сравнению с другими аминокислотами в условиях их недостатка. Дефицит лизина, несомненно, более часто встречался в процессе эволюции всеядных и травоядных. Вероятно, это привело к развитию особого свойства по экономии лизина при ограниченном потреблении. Полагают, что для лизина существует гомеостатический механизм в организме животных, играющий важную роль в поддержании необходимого уровня этой аминокислоты, чтобы не вызвать отрицательных последствий [7].
Основной контрольный рацион (ОР) 1-го опыта состоял из дерти кукурузной, обогащенной витаминами, макро- и микроэлементами, жиром. Во втором опыте кукурузу обогащали 20 %-ным соевым жмыхом. Животные второй группы получали рацион первой + смесь незаменимых аминокислот до удовлетворения норм физиологической потребности, но без лизина.
Методика. С целью определения активности фермента деградации лизина- лизин-кетоглютаратредуктазы были проведены два лабораторных опыта по одной и той же схеме на десяти группах. Разница заключалась в том, что уровень белка в первом опыте составил 8,4 -9,3 %, а во втором - 15-16,4 %.
Опыт проведен на крысах-отъемышах породы Вистар в возрасте 20-24 дней с живой массой 53, в каждой группе по 14 голов (поровну самок и самцов).
Животным третьей, четвертой, пятой, шестой, седьмой, восьмой, девятой групп скармливали 0,4; 0,6; 0,8; 1,0; 1,2; 1,4; 1,6, соответственно.
Продолжительность опыта составила 14 дней.
Результаты исследований и их обсуждение.
Опыт 1. Добавление незаменимых аминокислот (метионина, треонина, триптофана и изолейцина) до 100% нормы, но без 1 -й лимитирующей аминокислоты- лизина, к низкобелковому кукурузному рациону не вызывало отрицательных последствий. Животные 2-ой группы повысили потребление корма. Между потреблением корма, суточным приростом и коэффициентом утилизации белка (КУБ) наблюдается прямая зависимость: основная диета 1,0г и 36,4 %, 2-ая группа - 1,37 г и 33,6 % на скорректированной диете - 5,24г и 70,6 %, соответственно.
Добавление лизина сверх нормы физиологической потребности приводило к несущественному снижению суточных приростов (табл. 1). При всех уровнях лизина не наблюдалось существенных различий коэффициентов переваримости белка.
Активность лизин- кетоглютаратредуктазы определяли в печени белых крыс по методу Struk и Sizer одификации Kachman и Boyer [6].
Опыт 2. При высоком содержании белка в диете добавка различных уровней лизина в рационе приводила к несущественному повышению суточных приростов, коэффициентов утилизации белка (КУБ) (табл. 1).
Результаты по изучению активности лизин-деградирующего фермента кетоглютаратредуктазы показал, что дефицит лизина (опыт 1) приводит к некоторому снижению его активности.
Таблица 1. Среднесуточный прирост, потребление корма и коэффициент использования белых крыс.
Показатели Группы |
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Опыт 1 |
Лизин 0,19 0,19 0,39 0,59 0,79 0,99 1,19 1,39 1,59 1,79
Белок в диете, % 8,40 9,10 9,20 9,20 9,30 9,20 9,30 9,40 9,40 9,40
Среднесуточный прирост, г 1,00 1,37 3,14 4,63 5,24 4,69 5,23 4,64 4,86 4,25
% к контро-лю 100 137 314 463 524 469 523 464 486 425
Затраты корма, г на 1 гол 8,7 9,4 13,1 14,8 14,8 13,4 14,5 13,6 13,6 12,4
в сутки
на 1 г прироста 8,7 6,9 4,2 3,2 2,8 2,9 2,8 2,9 2,8 2,9
Коэффициент переваримости белка, % 80,7 82,8 80,8 79,1 78,8 78,4 80,7 79,7 81,5 79,9
ЭБ (эффективность белка) 1,51 1,61 2,59 3,06 3,64 3,72 3,78 3,74 3,58 3,62
КУБ 36,4 33,6 33,6 41,8 70,6 61,7 61,5 56,4 53,7 59,6
Опыт 2 |
Лизин 0,68 0,68 0,88 1,08 1,28 1,48 1,68 1,88 2,08 2,28
Белок в диете, % 15,9 16,1 16,1 16,2 16,2 16,2 16,3 16,3 16,4 16,5
Среднесуточный прирост, г 5,79 6,08 6,66 6,38 5,93 6,72 7,20 5,84 6,10 6,14
%к конт-ролю 100 105 115 110, 2 102, 4 116, 1 124, 4 100, 9 105, 4 106
Затраты корма, г на 1гол в сутки 15,2 15,3 16,0 15,6 15,2 16,2 17,4 15,3 15,3 15,8
на 1 г прироста 2,6 2,5 2,4 2,5 2,6 2,4 2,4 2,6 2,5 2,6
Коэффициент переваримости белка, % 83,9 78,0 80,6 77,8 77,9 78,8 79,5 76,9 78,6 80,5
ЭБ (эффективность белка) 2,03 2,70 2,54 2,77 2,44 2,56 2,55 2,45 2,67 2,37
КУБ 36,8 44,0 41,1 48,6 32,4 45,2 46,1 40,8 42,9 38,3
гРУп пы Протеин в диете, % Лизин, % Активность фермента лизин - кетоглютаратредуктазы (сахаопин М/моль/час/г/печени)
Опыт 1
1 8,4 0,19 34,2 ± 3,1
2 9,1 0,19 30,6 ± 2,9
3 9,2 0,39 36,0 ± 3,0
4 9,2 0,59 50,4 ± 2,2
5 9,3 0,79 62,5 ± 1,9
6 9,2 0,99 64,1 ± 3,3
7 9,3 1,19 97,8 ± 4,7
8 9,4 1,39 105,3 ± 3,1
9 9,4 1,59 121,0 ± 2,9
10 9,4 1,79 126,4 ± 4,1
Опыт 2
1 15,9 0,68 98,4 ± 5,5
2 16,1 0,68 101,0 ± 7,1
3 16,1 0,88 103,1 ± 3,4
4 16,2 1,08 105,0 ± 6,2
5 16,2 1,28 111,6 ± 3,1
6 16,2 1,48 113,0 ± 6,6
7 16,3 1,68 117,4 ± 3,3
8 16,3 1,88 121,4 ± 3,9
9 16,4 2,08 127,0 ± 6,1
10 16,5 2,28 135,4 ± 3,9
С увеличением
количества субстрата
(лизина) активность его резко возрастает. При увеличении в рационе лизина в два раза активность фермента
увеличивается в четыре раза (126,4 мк/мол против 30,6 мк/мол) (табл. 2).
Таблица 2.
Активность фермента лизин - кетоглютаратредуктазы в печени белых крыс при разном уровне лизина и белка в рационе.
Аналогичная тенденция повышения активности, но менее выражено, наблюдалась у животных в опыте 2.
Таким образом, фермент, деградирующий лизин, обладает субстратной индукцией.
По-видимому, снижение активности фермента деградации лизина при дефиците не единственный механизм его экономии. Уровень протеина незначительно сказывался на его активности. Это подтверждается близкими показателями в 9 и 10 группах опытов 1, 2.
Видимо, низкую активность фермента можно объяснить более эффективным использованием белка при ограниченном его потреблении.
Ряд исследователей считают, что характерным признаком при остром дефиците лизина является то, что синтез белка в более важных органах (печень, сердце, мозг) продолжает оставаться высоким, за счёт аминокислот, освобождаемых в результате деградации белков менее важных органов и, прежде всего, таких как мускулы [9].
По-видимому, в организме существует гомеостатический механизм, играющий важную роль в поддержании необходимого уровня лизина, чтобы исключить отрицательные последствия.
Список литературы
1. Омаров, М.О. Влияние треонин-имбалансной диеты на активность фермента треонин-дегидратазы. Тез. Докт. Мол. Учён. Северного Кавказа, Краснодар, 1987.- С. 86-87.
2. Anderson, H.V., Harper A.E. Associations among food and protein intake, serine dehydrates and plasma amino acids// Amer.J. Physiol., 1968, 214, P. 1008-1013.
3. Chu, S.H.W., Samonds, K. W., Seronde, J., Hegated, D.M. Protein utilization and lysine metabolism in obese growing rats// J. Nutrition, 1978, 108, P.567-577.
4. Chu, S.H.W., Hegated, D.M. Adoption response of lysine and threonine gegrading enzymes in adult rats//J. Nutrition, 1976, 106, P. 1089-1096.
5. Harper, A.E., Benevenga N.J., Wohihueter B.M. Effect of ingestion of disproportionate amounts of amino acids. Physiological Reviews, 1970, 50, P.428-558.
6. Kachman, J.F., and P.D. Boyer. Kinetic analisis of enzyme reactions. ll. The potassium activation and calcium inhibition of pyrivic phoshoferase. J. Biol. Chem. 1953, 200, P.669.
7. Lavers M.K., Halanger L.E., Schultze M.O. Regenerat[on of liver in lysine-deficient, partially hepatectonized rats. Proc. Soc, Exp. Biol. Med., 1958, 97, P,621-633.
8. Said, A.K., Hegsted D.M. Response of adult rats to low dietary levels of essential amino acids. J. Nutrition, 1970, 100, P.1363-1376.
9. Waterlow, J. C, Stephen J.M.L. Adaptation of the rat to low-protein diet: the effect a reduced protein intake on the pattern of incorporation of L-C'AAC lysine. Brit.J.Nutr., 1966, 20, P. 461-470.
