5.3 Жиры
Органические соединения, в основном сложные эфиры глицерина и одноосновных жирных кислот, относятся к липидам. Липиды представляют обширную группу природных органических соединений, включая жиры и жироподобные вещества. Молекулы простых липидов состоят из спирта и жирных кислот, сложных – из спирта, высокомолекулярных жирных кислот и других компонентов. Липиды – один из основных компонентов биологических мембран. Образуют энергетический резерв, участвуют в передаче нервного импульса, в создании водоотталкивающих и термоизоляционных покровов организма.
Карбоновые кислоты, составная часть липидов (от одного до девяти углеродных атомов), содержатся в значительном количестве в клетках животных и особенно растений. Они являются продуктами превращения основных питательных веществ: жиров, белков и углеводов. Многие имеющиеся или поступающие в клетку органические вещества на конечных этапах катаболизма (диссимиляции) превращаются в ту или иную карбоновую кислоту. В то же время карбоновые кислоты синтезируются в клетке, т.е. являются продуктами анаболизма (ассимиляции), что свидетельствует о необходимости их для жизнедеятельности организма.
Карбоновые кислоты в результате ацилирования (замещение по карбонильному углеродному атому) образуют связи с новым нуклеофилом, содержащим атомы: галогенов, кислорода, серы, азота или углерода, которые являются важнейшими промежуточными метаболитами в живых системах.
Жирными кислотами называются высшие карбоновые кислоты, углеводородная цепь которых содержит более 12 углеродных атомов. В организмах окисление жирных кислот - чрезвычайно важный процесс.
При β-окислении одной молекулы стеариновой кислоты параллельно образуется 40 молекул АТФ, а при полном окислении этой кислоты до СО2 и Н2О образуется 146 молекул АТФ. Это является свидетельством важности процессов окисления жирных кислот с позиции энергетики организма.
Конечным продуктом β-окисления жирных кислот в митохондриях является ацетилкофермент А. Полное окисление его ацетильного остатка до углекислого газа и воды осуществляется мультиферментным ансамблем, обеспечивающим протекание серий реакций, которые называются циклом Кребса.
Работа ансамбля ферментов цикла Кребса чрезвычайно надежна, так как не известны патологические состояния, связанные с недостатком активности какого-либо из этих ферментов. Это указывает на важность реакций цикла Кребса для организма и хорошую их защищенность от внешних воздействий. Это, однако, может быть достигнуто лишь при оптимальном уровне ферментного гомеостаза. Ферменты и их каталитическая активность находятся в прямой зависимости от обеспеченности в первую очередь органогенами и металлами жизни. Даже для простых ферментов, у которых активный центр сформирован только белковой молекулой, необходимо иметь в оптимуме и азот, и фосфор, и серу. В сложных ферментах, металлопротеинах, имеется небелковая составляющая – кофактор. Кофактор содержит катионы металлов, прочно (ковалентно) связанные с белком. В сложных ферментах, в которых небелковый фрагмент удерживается белком в основном за счет межмолекулярных
взаимодействий, называется коферментом. Участие коферментов в процессе β-окисления жирных кислот специфично и не может быть заменено ни какими другими соединениями.
Важная особенность жиров заключается и в том, что 1 г жира является источником 1,4 г воды. Этот эндогенный источник существенно необходим в регулировании общего водного баланса организма.
Жир входит в качестве структурного материала в состав протоплазмы клеток. Отдельные жирные кислоты (линолевая, линоленовая, арахидоновая) не могут быть синтезированы в организме животных и обязательно должны поступать с пищей, так как они жизненно необходимы для нормальных процессов обмена веществ, роста и развития животных. Пищевой жир в оптимальном количестве поддерживает хороший аппетит, нормальное пищеварение и всасывание в кишечнике. С кормом в организм животных поступают жирорастворимые витамины, функции которых при недостатке жира не будут реализованы, а животные при наличии в организме витаминов А, Д, Е, К будут испытывать их недостаток.
Избыточное количество жира в рационах приводит к нежелательному процессу, обуславливающего ожирение организма.
Животным, в зависимости от их вида, половозрастных особенностей и уровня продуктивности, требуется различное количество жира. Диапазон суточной нормы потребления сырого жира для дойных коров находится в очень широких пределах 225-1220 г. Эти цифры являются свидетельством необходимости внимательного подхода к использованию кормов в аспекте оптимального обеспечения процессов жирового обмена.
5.4 Углеводы
Одна из основных частей растительных кормов и основной источник энергии для животных. Углеводы представляют обширную группу органических соединений, химическая структура которых формально состоит из углерода и воды. Углеводы, первичные продукты фотосинтеза и основные исходные продукты биосинтеза других веществ в растениях, составляют существенную часть пищевого рациона многих животных.
В процессе метаболизма в организме животных и человека углеводы выполняют важные функции: энергетическую (главный источник энергии), структурную (обязательный компонент большинства внутриклеточных структур) и защитную (участвуют в реакциях, поддерживающих иммунитет).
Животные не способны синтезировать углеводы, а получают их с пищей растительного происхождения, которые используются в значительной степени для выработки энергии.
Большинство углеводов, используемых в пищу, под действием ферментов пищеварительного тракта гидролизуются до глюкозы и фруктозы, которые поступают в клетки. Конечным продуктами окисления являются углекислый газ и вода. При таком окончании гликолиза на каждую вступившую в реакцию молекулу глюкозы образуется 38 молекул АТФ, почему углеводы и рассматривают как один из основных источников энергии в клетке.
На долю углеводов приходится примерно 75% массы пищевого суточного рациона и более 50% от суточного количества необходимых калорий. Однако, нельзя ограничивать функцию углеводов только энергетическим снабжением процессов жизнедеятельности организма. Велика и структурная роль углеводов. Они входят в состав межклеточного матрикса. Большое число белков (ферменты, белки транспортеры, белки рецепторы, гормоны) - гликопротеины, углеводная составляющая которых повышает их специфичность. Из углеводов в процессе метаболизма образуются органические соединения, которые служат исходными субстратами для синтеза липидов, аминокислот, нуклеотидов. Углеводы могут быть синтезированы в организме, используя метаболиты некоторых аминокислот, глицерина, молочной кислоты. Углеводы не являются незаменимыми компонентами пищи, однако, если исключить их из рациона, то следствием может быть гипогликемия, для компенсации которой будут расходоваться белки и липиды. Из вышеизложенного следует, что углеводы являются обязательными компонентами пищи, так как активно участвуют во многих метаболических клеточных процессах.
Основное физиологическое назначение катаболизма глюкозы заключается в использовании энергии, освобождающейся в этом процессе для синтеза АТФ. Энергия, выделенная в процессе полного распада глюкозы до СО2 и Н2О, составляет 2880 КДж/моль, 65% которой (1900 КДж) идёт на образование 38 молекул АТФ.
Кроме энергетической функции процесс катаболизма глюкозы может выполнять и анаболитические функции. Метаболиты гликолиза используются для синтеза новых соединений. Они участвуют в образовании рибозо-5-фосфата-структурного компонента нуклеотидов; 3-фосфоглицерат может включаться в синтез аминокислот, таких как серин, глицин, цистеин. В печени и жировой ткани ацетил-КоА, образующийся из пирувата, используется как субстрат при биосинтезе жирных кислот.
В рационах животных нормируется суточное количество сахаров, крахмала и клетчатки. Сырая клетчатка состоит из собственно клетчатки (целлюлозы), части гемицеллюлоз и инкрустирующих веществ (лигнин кутин, суберин). Целлюлоза образует основу оболочки растительных клеток. С развитием травянистых растений целлюлоза пропитывается лигнином и стенки клеток деревенеют. Этот процесс ускоряется после фазы цветения растений и задержка с уборкой обусловливает снижение кормовых достоинств и зеленых, и грубых кормов. Гемицеллюлоза является запасным питательным веществом в оболочках растительных клеток.
5.4.1 Клетчатка
Клетчатка (целлюлоза) нерастворима в воде и химически достаточно инертна. Она не расщепляется в желудочно-кишечном тракте большинства млекопитающих из-за отсутствия у них специфических ферментов, способных гидролизовать её. Однако, наличие её в организме создает ощущение полного желудка, что снижает эффект переедания, оптимизирует рыхлость состава пищевых компонентов и способствует активному продвижению пищи в кишечнике.
Кормовое значение клетчатки следует оценивать не только с позиции физического проявления свойств, а и биохимического продукта, образующегося в процессе анаболизма элементов её распада с биологически активными веществами микроорганизмов. Такой продукт представляет собой комплексное соединение, ценное в том
