Основы питания и кормления сельскохозяйственных животных

какой-либо незаменимой аминокислоты снижается концентрация матричных РНК и биосинтез белка.

13.1. Обновление белка

Положительный баланс азота – это состояние организма, когда в нем происходит отложение азота (белка), что, как правило, бывает у растущих животных. Нулевой баланс, когда количества потребленного и выделенного с мочой и калом азота равны. Нулевой баланс наблюдается у непродуктивных, закончивших рост животных. Отрицательный баланс встречается, когда потери азота выше количества азота, потребленного с кормом, что происходит при скудном кормлении, значительном недостатке белка в рационе. Отрицательный баланс наблюдается у лактирующих животных, когда потребление белка с кормом не покрывает его потери с молоком, особенно на ранних стадиях лактации.

Белки клеток, тканей и органов подвержены старению и потере своих функций. Поэтому им свойственно постоянное обновление. Обновление является динамическим балансом двух противоположных процессов – синтеза белка и его деградации (разрушения). У молодых животных скорость обновления выше, чем у взрослых. Белки более важных органов (слизистой кишечника, печени, почек, мозга) обновляются быстрее менее важных (мускулов, соединительных тканей). Так белки печени в 5 раз, слизистой кишечника в 10 раз обновляются быстрее белков скелетных мускулов (табл. 13.1).

С помощью меченых аминокислот по методу, разработанному Д. Ватерлоу и Д. Стефаном (1967), установлено, что количество синтезируемого белка значительно превышает его потребление и отложение в теле. Например, у свиньи живой массой 70 кг ежедневно синтезируется в организме 700 г и распадается 600 г белка при потреблении его с кормом в количестве 300 г. Прирост белка в теле свиньи составил лишь 100 г, а среднесуточный прирост живой массы 700 г (Garlick et al., 1976).

Зачем организму такой расточительный процесс с точки зрения затрат энергии и аминокислот? Деградация белка (как и синтез) является важнейшим процессом жизнедеятельности организма. Логика беспрерывного обновления закладывалась в процессе эволюции живых организмов, как механизм адаптации в ответ на постоянные изменения условий окружающей среды. Обновление белка обусловлено необходимостью: а) быстрого изменения уровня энзимов; б) мобилизации белков на энергетические нужды в период голодания; в) удаления ошибочных белков, образуемых в результате нарушений процессов транскрипции, трансляции в процессе биосинтеза белков; г) реструктирования клеток в размере и форме в ответ на функциональные потребности (например, клеточных мембран).

Таблица 13.1 – Скорость обновления и время полужизни белков тканей и органов у свиньи, ж.м. 70 кг

13.2. Баланс аминокислот – фактор стабильности мРНК

Матричная РНК является важнейшим компонентом как переноса генетической информации из ядра в цитоплазму, так и белоксинтезирующей системы, осуществляющей реализацию этой информации путем экспрессии гена. Синтез белка зависит от уровня мРНК. В свою очередь уровни матричных РНК представляют собой баланс между скоростями их синтеза в ядре клетки, экспорта в цитоплазму и скоростью деградации. Исследования последних десятилетий показали, что наиболее лабильным фактором регуляции экспрессии генов является стабильность мРНК, или время ее полужизни в цитоплазме. В клетках млекопитающих количество разных мРНК может изменяться многократно в результате изменения полужизни мРНК без каких-либо изменений в скорости транскрипции.

Одним из факторов, влияющих на скорость распада мРНК, является их собственная структура. Молекулы мРНК различаются по размерам, но устроены они в принципе одинаково (рис. 11.4)

Поли (А)-хвост молекулы мРНК является ее единственной структурой, которая весьма оперативно изменяется в зависимости от внешних и внутренних условий. Удаление этой последовательности из состава молекул мРНК делало их нестабильными, неустойчивыми к действию РНК-аз. Предполагается, что изначальная длина поли (А)-сегмента определяет время жизни мРНК. В каждый цикл трансляции от поли (А)хвоста отцепляется 10-15 адениловых остатков. После нескольких циклов мРНК лишается всего поли(А) сегмента, становится доступной действию РНК-аз и разрушается. Таким образом, деградация мРНК является полинуклеотид-зависимой.

Стабильность мРНК зависит как от гена, копией которого она является, так и от условий окружающей среды. Индивидуальные мРНК значительно различаются по времени жизни, которое варьирует от нескольких минут до нескольких недель. Примером РНК с умеренной продолжительностью жизни является мРНК синтеза кератина пера. Синтез этого белка начинается с 13-го, интенсивно происходит уже на 15-й день развития цыплят при инкубации. После актиномициновой блокады (актиномицин Д ингибирует синтез РНК) в конце 13 дня синтез

белка в коже зародыша полностью прекращается в пределах 24 часов. Однако синтез кератинов продолжается до 15 дня. Эти данные показывают, что мРНК, кодирующая синтез кератина в 15-дневном зародыше, синтезировалась ранее и хранилась в клетках кожи, что свидетельствует о ее высокой стабильности. Другим примером роли стабильности мРНК может служить глобиновая мРНК, составляющая 90% суммарной мРНК ретикулоцитов у млекопитающих. После потери ядра и отсутствии транскрипции генов, происходящей во время созревания ретикулоцитов, они длительное время (до 3-х суток) сохраняют гемоглобиновые мРНК и синтез гемоглобина. Запасенная в ретикулоцитах гемоглобиновая мРНК постепенно разрушается, и в зрелых эритроцитах синтез гемоглобина не происходит.

Имеется весьма тесная корреляция между временем полужизни белков и транслируемых их мРНК. Структурные белки обычно обладают большей продолжительностью жизни (миозин, актин, эластин, коллаген), регуляторные белки, как правило, быстро распадаются. К ним относится большинство ферментов, киназы, кинины и другие. Так, полужизнь ферментов печени крыс: орнитин декарбоксилазы – 11 мин., РНК - полимеразы I – 1,3 ч, тирозин-аминотрансферазы – 1,5 ч, триптофан-оксигеназы – 2 ч, ацетил-СоА карбоксилазы – 2 дн; мускульные белки кролика: α-актинин – 20-25 дн., миозин – 30 дн., актинин > 50 дн.

Стабильность мРНК может определяться разными молекулярными механизмами. Наиболее вероятным молекулярным механизмом в случае имбаланса аминокислот в питании животных является изменение длины поли-(А)-последовательности на 3'-конце молекулы мРНК, т.е. степень её полиаденилирования. Важно подчеркнуть, что степень полиаденилирования определяет и трансляционную активность мРНК: чем длиннее поли-(А)-хвост, тем продолжительнее время полужизни и эффективнее трансляция матрицы, т.е. терминальная поли-(А)последовательность является цис-фактором стабильности мРНК и энхансером (усилителем) трансляции.

Таблица 13.2 – Влияние имбаланса лизина и триптофана в рационах на степень полиаденилирования мРНК печени, среднесуточный прирост поросят (В. Г. Рядчиков, В.К. Плотников, С. Л. Полежаев, 2013 г.)

В экспериментах на поросятах методом ступенчатой термальной элюции поли-(А)-содержащей мРНК печени с колонки поли-(У)-