Обмен липидов и его нарушения у животных
Структура, функции, биологическая роль липидов в функционировании организма животных. Классификация липидов, их виды в тканях животных, промежуточный обмен, перекисное окисление и мембраны клеток. Патология липидного обмена. Образование кетоновых тел.
| Рубрика | Сельское, лесное хозяйство и землепользование |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 25.12.2011 |
| Размер файла | 89,9 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Каким образом они осуществляют свои функции не до конца ясно, однако в механизме действия любого класса простагландинов играет роль цАМФ и ионы кальция. Простагландины осуществляют контроль уровня цАМФ создаваемого гормонами. Предполагается, что они влияют на активность аденилатцик - лазы, регулирующей содержание в клетке цАМФ.
Простагландины в зависимости от вида ткани и разновидности аденилатциклазы могут как стимулировать (что наблюдается чаще), так и ингибировать синтез цАМФ. Поэтому они являются элементами внутриклеточного регуляторного механизма.
цАМФ стимулирует многие внутриклеточные процессы, активирует большое число ферментов, изменяет проницаемость клеточных мембран и т.д. Универсальность действия этого циклического нуклеотида обуславливает эффект действия простогландинов, способных влиять на образование цАМФ.
Широкий спектр действия простагландинов позволил использовать их в ветеринарной и зоотехнической практике. Так, например, простагландин PGF2a, использовали для стимуляции и синхронизации охоты, в лечебных целях при субинволюционных изменениях матки у коров, а также для прерывания беременности в случае нежелательной случки или осеменения.
Биосинтез других липидов
Синтез триглицеридов происходит в клетках жировой ткани (адипоцитах), печени, молочной железе и других тканях организма. Для их синтеза используется глицеролфосфат, который получается путем фосфорилирования образующегося в тканях глицерина.
Глицеролкиназа
Глицерин + АТФ> Глицеролфосфат + АДФ
Взаимодейсвуя с ацилированными производными жирных кислот (ацил-КоА) L-глицеролфосфат образует триглицериды. Биосинтез идет через стадию образования фосфатидиловой кислоты.
При высоком содержании углеводов или липидов в диете избыток углерода утилизируется в этом процессе и происходит активное накопление триглицеридов в цитоплазме клеток.
Фосфатидиловая кислота является промежуточным продуктом биосинтеза не только триглицеридов, но и фосфолипидов. Она является остовом, на котором происходит синтез различных фосфолипидов.
Важную роль в процессе биосинтеза фосфолипидов играет цитидилтрифосфат (ЦТФ), который взаимодействует с фосфатидиловой кислотой.
Фосфатидиловая кислота + ЦТФ <=> ЦДФ - диглицерид + Н4Р207
Взаимодействуя с серином или инозитом ЦДФ - диглицерид образует фосфатидилсерин или фосфа - тидилинозит.
ЦДФ - диглицерид + серин ^ ЦМФ + фосфатидилсерин
При декарбоксилирование фосфатидилсерина образуется фосфатидилэтанолами (коферментом в этой реакции служит пиридоксальфосфат).
Метилирование фосфатидилэтиноламина за счет S - аденозилметионина приводит к образованию фосфатидилхолина (переносчиками метальных групп здесь служит тетрагидрофолиевая кислота и метилко - баламин). Так как фосфолипиды входят в состав мембран, то они с помощью липид-переносящих белков транспортируются к мембранам, где и используются.
Как видно из приведенного выше, в процессе биосинтеза триглицеридов и фосфолипидов происходит конкуренция за одни и те же субстраты. Поэтому усиление биосинтеза фосфолипидов препятствует синтезу триглицеридов и отложению их в тканях (ожирению). Вещества способствующие синтезу фосфолипидов (холин, инозит, серин, пиридоксальфосфат, метионин, фолиевая кислота, цианкобаламин) называют поэтому липотропными факторами,некоторые из них используют как лекарственные препараты препятствующие отложению жира в органах (печени).
При биосинтезе холестерина используется пируват, глюкоза, жирные кислоты, аминокислоты, которые предварительно расщепляются до ацетил - КоА. Углеродный остов молекулы холестерина образован 18 остатками ацетил - КоА. Из 27 атомов образующих углеродный скелет холестерина 12 атомов происходит из карбонильной группы ацетил - КоА, и 15 - из метальной. Биосинтез холестерина происходит с участием ферментов эндоплазматической сети и цитоплазмы. Роль митохондрий заключается в том, что они поставляют АТФ и ацетил - КоА. В процессе биосинтеза холестерина осуществляется около 35 реакций катализирующихся соответствующими ферментами. Ключевыми этапами биосинтеза холестерина являются синтез мевалоновой кислоты, образование из нее сквалена и превращение сквалена в холестерин. Различие путей образования холестерина наблюдается до стадии образования мевалоновой кислоты.
Большая часть холестерина (около 90%) синтезируется в печени. Поступление экзогенного холестерина с кормом тормозит его синтез. Одновременно в печени синтезируется ряд белков переносящих холестерин в другие органы и ткани.
Патология липидного обмена
У животных патология липидного обмена проявляется обычно в виде гиперлипемий (повышенное содержание липидов в крови) жирового перерождения печени (стеатоза), и кетозов (которые можно рассматривать как патологию метаболизма липидов лишь с определенной долей условности, так как усиленный биосинтез кетоновых тел может идти также и за счет распада аминокислот).
При исследовании липидного обмена и его патологии чаще всего исследуют сыворотку крови.
При гиперлипемии наблюдается повышение всех липидных фракций или отдельных компонентов (триглицеридов, фосфолипидов и др.). Гиперлипемии могут быть связаны с повышенным поступлением липидов с кормами (экзогенная гиперлипемия) и с нарушением регуляции липидного обмена, действием вредных факторов и др. (эндогенные гиперлипемии). Так как липиды плазмы в большинстве своем входят в состав липопротеинов, то гиперлипемии, классифицируются обычно в зависимости от характера нарушения как гиперлипопротеиннемии.
Липопротеины имеют сложную структуру. В центре частицы находятся гидрофобное ядро, содержащее липиды (триглицериды, этерифицированный холестерин), которое окружено оболочкой в которую входят фосфолипиды, белок и свободный холестерин. Белки входящие в состав липопротеинов получили название аполипопротеинов.
Липопротеины играют важную роль в обмене веществ, с нарушением их количественного и качественного состава связан ряд заболеваний как человека, так и животных. Номенклатура липопротеинов основана на их способности разделяться на отдельные фракции при электрофорезе и аналитическом центрифугировании.
Хотя липопротеины содержат большое количество липидных компонентов, они растворяются в водных солевых растворах, что обеспечивает их важнейшую биологическую функцию - транспорт жиров. Липопротеины переносят триглицериды, стерины, фосфолипиды, жирорастворимые витамины, каротины, некоторые углеводы и ациклические спирты.
Различают следующие классы плазменных липопротеинов: липопротеины очень низкой плотности (ЛПОНП) или пре-Р-липопротеины, липопротеины низкой плотности (ЛПНП) или p-липопротеины, липопротеины высокой плотности (ЛПВП) или а-липопротеины и хиломикроны.
Липопротеины очень низкой плотности (ЛПОНП) при электрофорезе на бумаге мигрируют между а и р-глобулинами (пре-Р-липопротеины). Имеют высокую концентрацию триглицеридов в ядре (около 50%) и служат транспортной формой этих веществ. Содержание белка меньше, чем в других типах липопротеинов (за исключением хиломикронов). Синтезируются в основном в печени, в незначительной степени в тонком отделе кишечника.
Липопротеины низкой плотности (ЛПНП) при электрофорезе на бумаге движутся в зоне Р-глобулинов, отсюда второе название - p-липопротеины. Содержат самое высокое количество холестерина (30-37%) и сравнительно немного триглицеридов (около 8%). Содержание белка выше чем в ЛПОНП. Считается что липопротеины низкой плотности образуются из ЛПОНП при ферментативном отщеплении от них части триглицеридов и жирных кислот. Установлено, что между ЛПНП и лииопротеинами клеточных мембран происходит свободный обмен липидными компонентами, что играет существенную роль в стабилизации клеточной мембраны.
Липопротеины высокой плотности (ЛПВП) при электрофорезе обнаруживаются в зоне а - глобулинов. Они имеют высокую концентрацию фосфолипидов (около 24%), низкое количество триглицеридов (меньше 8%) и самое высокое содержание белка (около 50%). ЛПВП играют важную роль в мобилизации холестерина из такней.
Хиломикроны являются основной формой транспорта триглицеридов (содержание 80-90%), также имеют низкое количество холестерина, фосфолипидов и белка. При электрофорезе они не передвигаются ни к аноду ни к катоду и остаются на старте. Содержание хиломикронов в крови резко увеличивается после кормления. Хиломикроны образуются только в клетках слизистой оболочки тонкой кишки.
При образовании хиломикронов к основному ядру состоящего из триглицеридов присоединяются небольшое количество холестерина, фосфолипидов и белка. От хиломикронов под действием фермента ли - попротеинлипазы локализованной в эндотелии сосудов отщепляются жирные кислоты используемые клетками для покрытия энергетических и синтетических потребностей организма. Под действием липопротеин - липазы из хиломикронов образуются ЛПНП. Липопротеины сыворотки крови оказывают большое влияние на обмен липидов в мембранах, особенно сосудов. ЛПОНП и ЛПНП способствуют внедрению холестерина в мембрану, в то время как ЛПВП удаляют холестерин из мембран.
Известно, что некоторые сельскохозяйственные и домашние животные (свинья, кролики, морские свинки) восприимчивы к развитию атеросклероза, в то время как другие являются устойчивыми (собака, кошка, песец). Исследования липидного обмена показало, что у первых основная часть холестерина плазмы приходится на липопротеины низкой плотности (Р-липопротеины), которые обладают высокой атерогенностью.
У вторых (устойчивых) основная часть холестерина плазмы содержится в липопротеинах высокой плотности (а-липопротеинах). Экспериментальная диета с высоким содержанием холестерина показала, что при гиперхолистеренемии сохраняется та же закономерность. От соотношения различных типов липопротеинов зависит развитие атеросклероза. Обычно рассчитывают коэффициент атерогенности представляющий отношение: ЛПНП + ЛПОНП
ЛПВП
Чем выше содержание в крови ЛПВП и меньше ЛПНП и ЛПОНП, тем меньше коэффициент атерогенности и вероятность развития атеросклероза. Некоторые животные (собака, песец) обладают низким значением этого коэффициента и у них нельзя вызвать экспериментально атеросклероз даже при высокой нагрузке холестерином.
Содержание липопротеинов в сыворотке крови высокопродуктивных коров с нарушенным обменом веществ претерпевает существенные изменения. У таких коров на фоне липемии и гиперхолестеринемии происходит увеличение ЛПНП и снижение ЛПВП.
Изменение условий содержания и кормления при ведении животноводства на промышленной основе неблагоприятно сказывается на обмене липопротеинов. При интенсивном откорме крупного рогатого скота наблюдалось нарушение структуры ЛПВП и накопление токсических продуктов перекисного окисления липидов - малонового диальдегида и диеновых коньюгатов.
У человека различают несколько типов липопротеинемий. Гиперлипопротеинемия 1-го типа связана с повышенным содержанием хиломикронов в плазме крови. Содержание триглицеридов в несколько раз выше нормы. Количество а-липопротеинов и p-липопротеинов, как правило, понижено. Плазма крови из - за очень высокого содержания хиломикронов может иметь молочный цвет. Обусловлено это обычно понижением активности липопротеинлипазы (иногда встречается наследственное заболевание связанное с полным ее отсутствием). Гиперлипопротеинемия такого типа наблюдается у высокопродуктивных коров при гепато - зах.
Гиперлипопротеинемии 2-5 типов у животных не описаны. У человека они характеризуются следующими признаками. Гиперлипопротеинемия 2 типа характеризуется повышенным содержанием в крови b-липопротеинов (ЛПНП) и холестерина. Гиперлипротеинемия 3 типа, наследственное заболевание, характеризующеся образованием аномального Р-липопротеина, увеличением в плазме крови холестерина и триглицеридов. Гиперлипротеинемия 4 типа обусловлена резким увеличением пре-Р-липопротеинов и высоким содержанием триглицеридов. Гиперлипопротеинемия 5 типа характеризуется высоким содержанием в плазме крови хиломикронов, пре-Р-липопротеинов, триглицеридов и холестерина.
Нарушение переваривания и всасывания липидов приводит к стеаторее (появление липидов в кале). Различают панкреатическую, гепатогенную и энтерогенную стеаторею. Панкреатическая стеато - рея обусловлена отсутствием в кишечнике панкреатической липазы и связана с заболеваниями поджелудочной железы, характеризуется высоким содержанием триглицеридов. Так как содержание желчных пигментов в норме, кал имеет обычную окраску. Содержание свободных жирных кислот уменьшено.
Гепатогенная стеаторея обусловлена непроходимостью желчных путей или связана с нарушением желчеобразования при заболеваниях печени. Наиболее характерный признак - бесцветный кал вследствие отсутсвия желчных пигментов (ахоличный кал). Вследствие нарушения всасывания жирных кислот в кишечнике в кале содержится большое количество солей жирных кислот, особенно кальциевых. Энтерогенная стеаторея связана с нарушением ресинтеза липидов в слизистой оболочке тонкого отдела кишечника. Может наблюдаться при резекции кишечника, амилоидозе, абетолипопротеинемии. Содержание жирных кислот в кале увеличено.
В целях лабораторного контроля за перевариванием и всасыванием липидов проводят определение в кале общего количества липидов, концентрации свободных жирных кислот и содержания стеркобилина, как показателя отражающего поступление желчи в кишечник.
Тканевые липидозы (избыточное отложение липидов в тканях) встречаются у животных чаще всего в виде перерождения печени. При этой патологии происходит резкое увеличение триглицеридов в печени. Накопление жира в цитоплазме клеток приводит к нарушению их функции. Жировое перерождение печени наблюдается, например, при отравлениях, так называемыми, гепатотоксическими ядами (четыреххлористым углеродом), при некоторых инфекционных заболеваниях (туберкулез), голодании.
У животных наблюдаются так же характерные синдромы ожирения печени, обусловленные нарушениями условий содержания и кормления, к которым относятся жировая гепатодистрофия у высокомолочных коров и синдром ожирения печени и почек у птицы.
Жировая гепатодистрофия у высокомолочных коров. У значительного числа высокопродуктивных коров наблюдается субклиническое ожирение печени, обусловленное высоким уровнем обменных процессов и особенно энергии у этих животных. Ожирение печени ведет к снижению оплодотворяемости, к осложнениям после отела типа родильного пареза, задержанию последа, яловости. Снижается молочная продуктивность, подавляется иммунитет. Чаще всего жировая гепатодистрофия возникает вследствие ошибок в кормлении животных. Особенно важным является несбалансированность рационов по энергии в период больших физиологических нагрузок (глубокая стельность, максимальная лактация), а также во время сухостойного периода. Нарушения отмечаются прежде всего в стадах с беспривязным содержанием, где рационы для животных не дифференцируются в соответствии с воспроизводительными и продуктивными фазами.
Большое влияние на состояние липидного обмена высокопродуктивных коров оказывает их упитанность к концу беременности. У коров средней и высшей упитанности имеется большой запас глюкопластических веществ, мобилизация жира из жировых депо не достигает больших значений и жировая инфильтрация печени будет незначительной.
У коров ниже средней упитанности запас глюкопластических веществ небольшой, мобилизация жира из депо достигает значительных размеров и, как следствие, сильно выраженный стеатоз. Аналогичная картина будет наблюдаться и у ожиревших коров. У них низкий запас гликогена и глюкообразующих веществ и интенсивно идущий распад жира обуславливает в результате частую встречаемость жирового перерождения печени.
Число случаев жирового перерождения возрастает с увеличением числа отелов, у первотелок они регистрируются редко. Постановка диагноза особенно в начальной фазе заболевания возможна только с использованием лабораторных методов диагностики.
Ожирение печени сопровождается увеличением в крови концентрации свободных жирных кислот, билирубина, аспартат- и аланинаминотрансферазы, p-гидроксибутирата, а также снижением уровня глюкозы, холестерина, альбумина и инсулина (таблица 13).
Для окончательного диагноза делают гистологический или биохимический анализ биоптатов печени для определения в нем жира. Синдром ожирения печени и почек у птицы. У кур, особенно у бройлеров, наблюдается заболевание, носящее название синдром жирной печени (синдром ожирения печени и почек, алиментарная дистрофия, токсическая жировая болезнь и др.).
Этиология заболевания недостаточно изучена, но предполагается что предрасполагающими моментами являются избыточное потребление энергетических кормов и невысокое содержание протеина в рационе, дефицит биотина, лизина, гипокинезия организма и др. Основные симптомы - вялость, летаргия, коллапс. Клинические признаки нарастают быстро и заканчиваются гибелью животного. Биохимические изменения в крови характеризуются резким снижением глюкозы, увеличением молочной кислоты, свободных жирных кислот и триглицеридов.
Происходят определенные изменения в тканях. Увеличивается масса печени. Если у здоровых птиц она составляет 2,9-3,1% (на сырой вес) от массы тела, то у птиц с жировым синдромом 4,2-4,9%. Содержание липидов повышается с 4,5% (на сырой вес) до 9-13%. Содержание пальмитоолеиновой кислоты возрастает в 2 раза. Изменяется соотношение между триглицеридами и фосфолипидами в печени.
Аналогичные изменения происходят и в почках. Их масса увеличивается с 0,8 до 1,2%, содержание жира с 4,5 до 9%, палтмитоолеиновой кислоты с 6 до 18%. Увеличивается содержание свободных жирных кислот в жировой ткани и сердце.
Одновременно происходит снижение глюконеогенеза в печени: из лактата в 5 - 6 раз, из глицерина в 10 - 20 раз. Такое же снижение глюконеогенеза происходит и в почках.
Нарушение липидного обмена может наблюдатся также при поражении других органов и систем, а не только печени. Гиперлипемия может иметь место при гипофункции щитовидной железы, половых желез, передней доли гипофиза. Очень высоких значений может достичь содержание общих липидов в крови при липоидном нефрозе. Гипохолистеринемия наблюдается не только при поражении печени, но и при гипертиреозах, анемиях, хронической пневмонии и др. При нефритах, в условиях нарастания почечной недостаточности происходит снижение в сыворотке крови свободных жирных кислот.
Обмен холестерина и его нарушения.
Холестерин - важная составная часть клеточных мембран и липопротеинов. Синтез холестерина происходит во всех клетках за исключением эритроцитов. На экспорт синтезируют холестерин только клетки печени и слизистой кишечника. Наиболее важные превращения холестерина, оказывающие влияние на его уровень в плазматической мембране сводится к его этерификации, усиливающей неполярность молекулы, что способствует его накоплению в организме и окисление, увеличивающее полярность молекулы и способствующее его удалению из организма.
В организме имеется два типа холестерина - свободный, входящий в состав мембран и этерифицированный, входящий в состав липопротеинов. Окислению подвергается только свободный холестерин. Происходит это в эндоплазматическом ретикулуме и на внутренней мембране митохондрий. Это единственный процесс приводящий к устранению холестерина из мембран и липопротеиновых комплексов. Окисление холестерина происходит или в процессе биосинтеза желчных кислот (60 - 80%) или при биосинтезе стероидных гормонов. Механизм окислительных превращений в обоих случаях одинаков и протекает по монооксигеназному типу с участием цитохрома Р450.
Этерификация холестерина осуществляется внеклеточно ферментом лецитин - холестерол - ацилтрансферазой (ЛХАТ) связанным с ЛПВП, а внутриклеточно ферментом ацил-КоА-холестерол-О - ацилтрансферазой (АХАТ) локализованным в микросомной фракции клеток печени.
Эфиры холестерина в клетках гидролизуются ферментом эстеразой которая локализована в цитозоле и лизосомах клетках печени.
Эти система, состоящая из 3-х ферментов (ЛХАТ, АХАТ и эстеразы), не удаляет холестерин из организма, а лишь переводит его из одной формы в другую. Удаляет холестерин из организма система окисления холестерина.
Нарушение обмена холестерина приводит к отложению его в клетках органов и тканей и патологии. Отложение холестерина в плазматических мембранах клеток приводит к атеросклерозу и может проявляться в форме инфаркта миокарда, кардиосклероза, инсульта, ишемии органов и тканей. Увеличение содержания общего холестерина в крови наблюдается при заболеваниях печени (гепатит, цирроз печени, механическая желтуха) хронической почечной недостаточности, гипофункции щитовидной железы, хроническом панкреатите, ожирении.
Уменьшение общего холестерина в сыворотке крови наблюдается при голодании, болезнях печени, туберкулезе легких, неспецифических пневмониях, гипертиреозе, анемии, лихорадочных состояниях, обширных ожогах, гнойно-воспалительных процессах.
Холестерин, входящий в состав ЛПВП, транспортируется из клеток сосудистой стенки в печень, где превращается в желчные кислоты и удаляется из организма, т.е. содержание этого холестерина коррелирует с антиатерогенной функцией ЛПВП. Снижение концентрации ХС-ЛПВП наблюдается при атеросклерозе, острых инфекциях, туберкулезе легких, неспецифических бронхолегочных заболеваниях.
Холестерин ЛПНП и ЛПОНП способен откладываться в сосудах и способствовать развитию атеросклероза, поэтому его содержание в крови лучше коррелируется с атерогенными нарушениями в организме, чем содержание общего холестерина. Повышение концентрации этого холестерина наблюдается при ожирении, заболеваниях печени, нефротическом синдроме, гипотиреозе. Уменьшение концентрации "плохого" холестерина наблюдается при голодании, злокачественных новообразованиях (как результат истощения и поглощения холестерина из крови раковой опухолью), гиперфункции щитовидной железы, анемиях, поражении центральной нервной системы, обширных ожогах.
Развитие атеросклероза начинается с проникновения липопротеинов или продуктов их деградации богатых холестерином через эндотелей сосудов. В неповрежденную стенку сосудов липопротеины проникают медленно, но по мере накопления холестерина скорость проникновения увеличивается. Способствуют проникновению через эндотелий сосудов различные повреждающие его агенты (микробные токсины, никотин, протеазы и липазы, многие лекарственные препараты). Способствуют проникновению также гемодинамические факторы - повышенное внутрисосудистое давление и турбулентные потоки. Высокое содержание холестерина в субэндотелиальном пространстве инициирует пролиферацию гладкомышечных клеток, эндотелиоцитов, усиливается синтез коллагена и эластина клетками, образуются, так называемые, бляшки.
Липидный обмен и его нарушение у жвачных животных в период стельности и лактации.
Время завершения стельности и лактация (особенно начальный период) является наиболее уязвимым у жвачных животных с точки зрения нарушения обмена веществ и, в частности, липидного обмена. Этому способствует недостаточный уровень кормления, поздний запуск, а также перекорм животных, что приводит к нарушению обмена веществ после родов.
В первые месяцы лактации интенсивность липидного обмена обычно более высокая, что обусловлено в первую очередь, образованием и выделением молочного жира. Метаболизм липидов в значительной степени определяется состоянием упитанности коровы в конце стельности и начале лактации.
У лактирующих животных значительная часть энергии потребляемого корма идет на биосинтез молока. Важной составной частью молока являются жиры, содержание которых у коровы составляет 30,0 - 55,0 г / л, овец - 36,0 - 115,0 г / л. Примерно 50% молочного жира переходит из плазмы крови и 50% синтезируется молочной железой. Жирные кислоты с числом углеродных атомов от 4 до 12 атомов синтезируются в самой молочной железе из уксусной (ацетат) и p-гидроксимасляной кислоты (Р-гидроксибутират), то время как жирные кислоты с длиной цепи 18 углеродных атомов поступают из крови в составе ЛПОНП, триглицеридов и в виде неэтерифицированных кислот. Жирные кислоты С12-С16 занимают промежуточное положение не только по числу углеродных атомов, но и по своему происхождению - часть из них поступает из крови, а часть синтезируется в самой железе.
Примерно 98-99% молочного жира приходится на долю триглицеридов, около 1% - фосфолипидов, десятые доли процента приходится на холестерин и его эфиры. Рассчитано, что для образования 30 кг молока в молочную железу должно поступить из крови примерно 2,5 моля жирных кислот триглицеридов, 10,5 моля ацетата и 1 моль p-гидроксибутирата. В связи с тем, что предшественником жирных кислот молока у жвачных является ацетат, а не глюкоза, в ткани молочной железы высока активность ацетат - КоА - синтетазы, катализирующей образование ацетил - КоА непосредственно из ацетата. Образование жирных кислот С11 - С14 может идти через малонил - КоА в цитоплазме клетки или минуя его (немалониловый путь) в митохондриях. р - гидроксибутират в молочной железе может использоваться для синтеза жирных кислот непосредственно или путем восстановления до ацетата. В этом случае последующий синтез жирной кислоты из ацетата идет через малонил-КоА. Другой компонент кетоновых тел - ацетоуксусная кислота, молочной железой для синтеза жирных кислот не используются.
Значительная часть жирных кислот, необходимых для биосинтеза молочного жира извлекается из хиломикронов и ЛПОНП крови, которые гидролизуются липопротеидной липазой лакализирующейся в эндотелии капилляров альвеол молочной железы. У небеременных и нелактирующих животных активность этого фермента в ткани молочной железы невысокая и резко увеличивается после родов, оставаясь высокой в течение всего периода лактации.
Глицерин молочного жира может поступать из крови в свободном виде или в составе триглицеридов, липопротеинов, а также синтезироваться в эпителиальных клетках молочной железы, главным образом из глюкозы.
Фосфолипиды, как правило, синтезируются в самой молочной железе. Жирнокислотный состав фосфолипидов молока и крови различается в сильной степени, в то время как у фосфолипидов молока и молочной железы он сходен.
Высокое содержание жира в молоке в начале лактации при отрицательном балансе питательных веществ приводит к потере живой массы у коров вследствие использования жировых запасов организма. При этом повышается в молочном жире доля ненасыщенных жирных кислот с длинной цепью. Вследствие неполного использования жирных кислот, образовавшихся при распаде запасного жира для биосинтеза жира молока, часть их через метилглутаратный путь превращается в кетоновые тела. Увеличение кетоновых тел в крови отрицательно влияет на состояние животных и, в частности, приводит к уменьшению приема корма и нарушению микробиальных процессов в рубце. В результате уменьшается образование в рубце пропионовой и уксусной кислоты. Это приводит, с одной стороны, к нарушению биосинтеза коротко и среднецепочных жирных кислот необходимых для биосинтеза жира молока, с другой стороны, уменьшение пропионовой кислоты приводит к снижению биосинтеза глюкозы в организме, что усиливает возможность использование жирных кислот для биосинтеза кетоновых тел. Многочисленными исследованиями показано, что имеется прямая зависимость между уменьшением массы тела, высоким процентом жира в молоке и содержанием кетоновых тел в крови и молоке после родов.
В некоторых случаях у клинически здоровых коров наблюдается синдром снижения жира в молоке. Точная причина данного синдрома до сих пор не выяснена. Анализ рациона показывает, что в нем недостает грубых кормов и имеется избыток легко ферментирующихся углеводов. Это сопровождается изменением микрофлоры рубца, уменьшением числа простейших, изменением пропорций между отдельными видами бактерий. Синдром снижения жира в молоке характеризуется рядом биохимических изменений в крови, молочной железе и рубцовом содержимом. Основными из них являются: уменьшение биосинтеза ацетата в рубце и молочной железе, который необходим для биосинтеза жирных кислот, усиленная продукция пропионата в рубце и увеличение глюкозы в крови, что вызывает усиленную секрецию инсулина, подавляющего мобилизацию длинноцепочных жирных кислот из жировой ткани, уменьшение гидрогенизации длинно - цепочных жирных кислот в рубце (таблица 16).
Образование кетоновых тел. Кетоз
Нарушение липидного обмена может приводить к накоплению в организме кетоновых или ацетоновых тел (кетоз). К кетоновым телам относят ацетоуксусную кислоту (ацетоацетат) - СН3СОСН2СООН, р-оксимасляную кислоту (Р-гидроксибутират) - СН3СНОНСН2СООН и ацетон - СН3СОСН3.
Кетоновые тела образуются и в процессе ненарушенного обмена веществ, они являются нормальными метаболитами и используются организмом как энергетический материал. Основное место образования кетоновых тел - печень, частично в других органах и тканях.
Обмен кетоновых тел у жвачных имеет свои особенности по сравнению с моногастричными животными. У последних основную роль в процессах кетогенеза играет печень, где образование кетоновых тел происходит в основном из высокомолекулярных жирных кислот. Частично кетоновые тела образуются у них в почках, молочной железе, слизистой оболочке толстого отдела кишечника.
Особенности обмена кетоновых тел у жвачных связаны со спецификой пищеварения в преджелудках и превращений всасываемых веществ в их стенках. Под действием микроорганизмов в рубце, а также сетке и книжке углеводы корма превращаются в низкомолекулярные жирные кислоты, которые в значительной степени идут на образование кетоновых тел. Среди них особым кетогенным эффектом обладают масляная и уксусная кислоты. По интенсивности кетогенеза из масляной и уксусной кислот на первом месте у жвачных стоит слизистая оболочка рубца, затем книжка, сетка и только потом идут печень, почка и слизистая оболочка толстого отдела кишечника.
Считается, что большая часть масляной кислоты в процессе всасывания через стенку рубца превращается в кетоновые тела, главным образом в р-оксимасляную кислоту. С этим связано низкое содержание масляной кислоты в крови, оттекающей от рубца. Кетоновые тела у жвачных могут образовываться и из высокомолекулярных жирных кислот. Однако этот процесс происходит в основном в печени, как и у моногастричных животных. В стенке рубца этот процесс идет незначительно, так как высокомолекулярные жирные кислоты всасываются здесь в небольшом количестве. Как правило, интенсивное использование высокомолекулярных жирных кислот в процессе кетогенеза у жвачных происходит только при голодании и нарушении метаболизма углеводов, когда происходит мобилизация жирных кислот из жировых депо.
В обычных физиологических условиях жвачные 5-7% своих потребностей в энергии удовлетворяют за счет кетоновых тел - окисления ацетоуксусной и р-оксимасляной кислот. При кетозе этот процент возрастает до 20. Значительно повышается энергетическая роль кетоновых тел при голодании и беременности, когда усиливается окисление высокомолекулярных жирных кислот. Образование кетоновых тел в эпителиальных клетках слизистой оболочки рубца связано, возможно с тем, что они, как и другие покровные эпителиальные клетки, недостаточно снабжаются кислородом. Состояние гипоксии ухудшает возможность использования ацетил-КоА в цикле Кребса и усиливает кетогенез.
Образование и всасывание аммиака в рубце также оказывает влияние на процесс биосинтеза кетоновых тел. Взаимодействуя с а - кетоглутаровой кислотой аммиак образует глутаминовую кислоту. При интенсивном накоплении аммиака использование а-кетоглутаровой кислоты может превышать скорость ее образования в цикле Кребсе, что будет тормозить синтез щавелевоуксусной кислоты. В результате ухудшаются условия для включения уксусной кислоты в цикл трикарбоновых кислот и усиливается образование кетоновых тел в стенке рубца.
У новорожденных жвачных кетогенез в слизистой оболочке рубца выражен в незначительной степени. Развитие преджелудков, увеличение биосинтеза летучих жирных кислот сопровождается увеличением превращения в стенке преджелудков, усилением кетогенеза и использованием в энергетических и пластических процессах кетоновых тел.
Кетоз может наблюдаться не только при нарушении липидного, но и других обменов, однако в любом случае биохимической основой накопления кетоновых тел является резкое увеличение образования ацетил-КоА.
Развитию кетоза могут способствовать как внешние причины (длительное голодание, недостаток углеводов, скармливание недоброкачественных кормов), так и внутренние (расстройство гормональной регуляции). Важное значение имеет, например, качество силоса. В недоброкачественном силосе содержится много масляной кислоты, которая превращается в ацетоуксусную, способствуя развитию кетоза.
Заболевание может развиваться у голодающего животного, у которого идет интенсивное разложение жиров на фоне недостатка углеводов в рационе. Кетоз часто наблюдается у высокопродуктивных коров в первые 6 - 10 недель после отела, т.е. в период наивысшей лактации. Энергетические затраты коров в этот период резко возрастают. Скармливание большого количества концентрированных кормов также увеличивает расход энергии и сдвигает биосинтез ЛЖК в рубце в сторону масляной кислоты, что еще больше осложняет кетогенную ситуацию.
Высокое содержание протеина в рационе, дача антибиотиков, сульфаниламидных препаратов, недостаток микроэлементов (кобальта, марганца, меди и др.) приводит к подавлению микрофлоры в преджелудках у жвачных, что также является предпосылкой для развития кетоза. Снижение образования летучих жирных кислот и, в первую очередь, пропионовой кислоты ухудшает возможности синтеза глюкозы в организме и превращение ацетил-КоА.
Нарушение обмена кетоновых тел приводит к резкому увеличению их в крови (кетонемия). Она обычно сопровождается увеличением их в моче (кетонурия) и в молоке (кетолактия). Если в крови здоровых коров содержится, например, 2-7мг % кетоновых тел, молоке 6-8 мг %, рубцовой жидкости 2-4 мг %, моче 7-10 мг % то при кетозе оно может увеличиваться в крови до 50 - 150 мг %, моче 250-300 мг %, молоке до 20-30 мг %, содержимом рубца 40-80 мг %. Наличие положительной корреляции между содержанием кетоновых тел в крови и молоке позволяет для ранней диагностики кетозов проводить исследование молока.
У овец кетоз чаще возникает в конце суягности (в последние 2-3 недели), особенно у имеющих двойни и тройни. Потребность в глюкозе при наличии одного плода составляет у них 35-40, двух - 7080 и трех - 100-110 г в день. В виду особенностей обмена углеводов у жвачных и расщепления глюкозы до летучих жирных кислот, поступление глюкозы в кишечнике составляет всего 40-50 г в день. Поэтому беременная овца большую часть глюкозы вынуждена синтезировать из пропионата и глюкопластических аминокислот в печени и почках. Энергетические же потребности животного в значительной степени покрываются за счет распада жиров. Усиленная же утилизация длинноцепочных жирных кислот приводит к накоплению ацетоновых тел.
Так как задержка роста плода у крупного рогатого скота при недостаточном питании матерей выражена более сильно, чем у овец, то у коров, кетозы беременности наблюдаются реже и не так ярко выражены.
В некоторых случаях проводят деление на "физиологический кетоз", "патологический кетоз" и "кетоацидоз". Повышение кетоновых тел в крови (кетонемия) при изменении физиологического состояния и не сопровождающаяся метаболическими нарушениями определяется, обычно, как "физиологический кетоз".
Например, некоторое повышение содержания кетоновых тел в крови у коров после отела вследствие повышенного образования ацетил-КоА из жирных кислот не может рассматриваться как патологическое состояние. В некоторых случаях может наблюдаться кратковременный недостаток глюкозы или невозможность ее утилизации, что приводит к усилению использования жирных кислот с одновременным повышением кетоновых тел в организме. Это тоже может рассматриваться как случай "физиологического кетоза".
При "патологическом" кетозе происходит нарушение обычных метаболических путей и их взаимосвязей, приводящих к преобладанию процесса синтеза кетоновых тел над их утилизацией и резкому накоплению их в биологических жидкостях. В тяжелых случаях может развиваться кетоацидоз. Ацетоуксусная и р - оксимасляная кислоты являются довольно сильными органическими кислотами (рК=3,8) и они полностью диссоциированы при рН организма. Значительное накопление кетоновых тел может превышать буферную емкость систем крови и привести к понижению рН. Кроме того, выделение ацетоуксусной и р-оксимасляной кислот почками (вследствие диссоциации они выводятся в виде анионов), сопровождается потерей катионов (в основном Na+) что также способствует развитию ацидоза.
Касаясь механизма кетоза нужно отметить, что образование кетоновых тел или кетогенез происходит в митохондриях клеток печени и некоторых других органов. Кетоновые тела не являются, как ранее считалось, промежуточными продуктами р-окисления жирных кислот. Все кетоновые тела находятся в свободном состоянии, а не связаны в КоА-производные как промежуточное продукты р-окисления жирных кислот. Р-оксимасляная кислота имеет Д-конфигурацию, в то время как продукты р-окисления жирных кислот относятся к L-ряду. Кетоновые тела являются естественными продуктами обмена веществ, образующимися своими метаболическими путями и имеющими важное энергетическое значение.
Кетоновые тела синтезируются из ацетил-KoA, образующегося в результате р-окисления свободных жирных кислот, из глюкозы или в результате ацилирования уксусной кислоты, образующейся в значительном количестве в рубце жвачных животных, а также в процессе метаболизма аминокислот. Центральным метаболитом является ацетоуксусная кислота (ацетоацетат), которая может превращаться в р-оксимасляную кислоту и ацетон. Образование ацетоацетата и p-гидрооксибутирата происходит в основном через гидроксиметилглутаратный цикл.
Для этого в печени имеется необходимый набор ферментов ведущих к образованию ацетоновых тел. Схема превращения следующая:
Ацетил-КоА + ацетил-КоА <=> ацетоацетил-КоА
Ацетоацетил-КоА + ацетил-КоА <=> р-гидрокси-р-метилглутарил-КоА
р-гидрокси-р-метилглутарил-КоА <=> ацетоуксусная к-та + ацетил-КоА.
Ацетил-КоА вновь вступает в реакцию с образованием ацето-ацетил-КоА и цикл повторяется, р - гидроксибутират образуется из ацетоацетата путем восстановления его НАДН (Н+).
Ацетоуксусная кислота + НАДН (Н+) <=> p-гидроксибутират + НАД+. Ацетон образуется из ацетоацетата при его декарбоксилировании, катализируемом ферментом ацетоацетат - декарбоксилазой. В процессе дальнейшего метаболизма ацетон может превращаться в пировиноградную кислоту.
Помимо гидроксилметилглутаратного цикла существует и иной путь биосинтеза кетоновых тел. Под действием фермента ацетоацетил-КоА-гидролазы (деацилазы) от ацетоацетил-КоА отщепляется КоА и образуется ацетоуксусная кислота. Однако вследствие низкой деацилазной активности в печени второй путь не имеет существенного значения.
Существует и третий метаболический путь образования кетоновых тел (ацетоацетата) путем переноса КоА на сукцинат с образованием сукцинил-КоА. Этот путь наиболее активно реализуется в эпителиальных клетках рубца, так как фермент p-гидроксиметил-КоА-синтетаза, обеспечивающий гидроксиметилглутаратный цикл, подавляется пропионатом, образующимся в рубце.
При ненарушенном обмене веществ и достаточном количестве углеводов ацетил-КоА окисляется в цикле Кребса и образующиеся сравнительно небольшие количества кетоновых тел будут утилизироваться в тканях, где имеется фермент (отсутствующий в печени), который осуществляет ацилирование ацетоацетата (3-оксиацилтрансфераза). Бета-гидроксибутират в тканях превращается в ацетоацетат и, в итоге, оба они образуют ацетил-КоА, "сгорающий" в цикле Кребса.
Однако при недостатке углеводов в организме имеется дефицит оксалоацетата (щавелевоуксусной кислоты) и ацетил-КоА вступает не в цикл трикарбоновых кислот, в в гидроксиметилглутаратный цикл, являющийся основным в биосинтезе кетоновых тел. В результате в организме накапливаются кетоновые тела.
Моментами, способствующими развитию кетоза, будут являться также ингибирование биосинтеза триацилглицеринов, фосфолипидов и липопротеинов, что ведет к накоплению жирных кислот в цитоплазме. Жирные кислоты проникают через митохондриальную мембрану и там, при недостатке оксалоацетата идут на образование кетоновых тел. Переход ацилированных жирных кислот в митохондрии является карнитин - зависимым процессом и одним из центральных в механизме кетогенеза. Чтобы попасть в митохондрии они связываются с карнитином. Этот процесс катализируется ферментом карнитин-ацилтрансферазой I, расположенным на наружной поверхности внутренней митохондриальной мембраны. Внутри митохондрии под влиянием фермента карнитин-ацилтрансферазы II ковалентная связь между карнитином и ацил-КоА гидролизуется и последний затем подвергается р-окислению.
Важную роль в регуляции кетогенеза играет малонил-КоА, являющийся первым метаболитом в процессе биосинтеза жирных кислот. Его содержание в клетках увеличивается, если содержание ацетил - КоА резко возрастает и не может быть утилизировано в цикле трикарбоновых кислот. Регуляторная роль малонил-КоА заключается в том, что он ингибирует р-окисление жирных кислот, происходящее в митохондриях.
Механизм этого ингибирования заключается в том, что малонил-КоА способен взаимодействовать с ферментом карнитин - ацилтрансферазой I, переносящем КоА-производные длинноцепочных жирных кислот через митохондриалльную мембрану и, тем самым, блокировать перенос (рис. 24). Таким образом, ацил-КоА - производные не переносятся в митохондрии, где происходит их р-окисление и этот процесс ингибируется. А именно р-окисление жирных кислот является основным поставщиком ацетил-КоА, из которого образуются кетоновые тела. Для жирных кислот, накапливающихся в цитоплазме, основным путем их использования становится участие в биосинтезе триглицеридов с вхождением в состав липопротеинов.
Если же происходит снижение содержания малонил-КоА в цитоплазме, то КоА-производные жирных кислот с участием "карнитинового челнока" активно поступают в митохондрии, где происходит их окисление.
Механизм кетоза, развивающегося, например, при голодании, можно представить себе следующих образом. Истощение запасов гликогена приводит к уменьшению поступления ацетил-КоА из гликолитического пути и снижению малонил-КоА в цитоплазме. В то же время для обеспечения энергетических потребностей организма из жировой ткани в клетки поступает большое количество свободных жирных кислот. Вследствие низкого содержания малонил-КоА они активно переносятся в митохондрии и подвергаются р-окислению. Однако вследствие недостатка углеводов содержание оксалоацетата будет низким и образующийся ацетил-КоА не будет использоваться в цикле Кребса, а пойдет для образования кетоновых тел.
Введение животным оксалоацетата в этой ситуации далеко не всегда устраняет кетоз, что обусловлено не просто недостатком этого метаболита, но и ингибированием фермента цитрат-синтазы, катализирующего реакцию взаимодействия ацетил-КоА и оксалоацетата.
Нужно иметь в виду, что избыточный биосинтез кетоновых тел сопровождается ухудшением их утилизации в тканях,что способствует их накоплению в организме.
В организме имеет место также гормональная регуляция процесса кетогенеза, нарушение которой способствует развитию кетоза. В первую очередь это гормон инсулин, который стимулирует биосинтез липидов и тем самым способствует использованию по другому метаболическому пути основного кетогенного фактора - ацетил-КоА. Высокая концентрация кетоновых тел стимулирует образование инсулина и, тем самым, нормализует обмен. Однако такое развитие событий происходит только в случае нормального функционирующей поджелудочной железы. В случае же поражения инсулярного аппарата на фоне усиления мобилизации липидов и окисления жирных кислот, при одновременном ухудшении условий окисления глюкозы, продукция кетоновых тел будет резко возрастать.
Важное регуляторное действие на процессы кетогенеза оказывают и другие гормоны, влияющие на метаболизм жиров и углеводов в организме - глюкагон, адреналин, кортикостероиды. Кетоновые тела оказывают влияние на функцию передней доли гипофиза и продукцию АКТГ, который стимулирует секрецию гормонов коры надпочечников, регулирующих углеводный обмен. Под воздействием высокого содержания кетоновых тел в организме наступает гипофункция щитовидной железы и снижается содержание в крови тироксина.
В патогенезе кетоза важным метаболическим моментом приводящим к ожирению печени является интенсивная мобилизация длинноцепочных жирных кислот из жировых депо и поступление их в клетки печени. Часть из них окисляется и используется для биосинтеза кетоновых тел, однако часть используется для биосинтеза триглицеридов, содержание которых в печени больных кетозом резко увеличивается. Так как в печени при кето - зах обычно ослаблен биосинтез транспортных белков, переносящих липиды из печени (липопротеинов), то наблюдается ожирение печени.
При биохимической диагностике кетоза учитывают, в первую очередь, изменения в крови. У жвачных происходит снижение глюкозы в крови, некоторое увеличение молочной кислоты (лактата) и снижение пировиноградной (пирувата). Резко снижается в крови содержание лимонной кислоты (цитрата).
Значительно изменяется в крови содержание метаболитов липидного обмена. Снижается содержание в крови триглицеридов, этерифицированного холестерина и фосфолипидов. В тоже время резко возрастает содержание р-оксимасляной и ацетоуксусной кислот и свободных жирных кислот. Все вышеизложенное иллюстрирует таблица 17.
Наиболее резко увеличивается содержание ацетоуксусной кислоты. Однако при резко выраженных дистрофических процессах в печени. может не наблюдаться значительного повышения кетоновых тел в биологических жидкостях, так как окисление высших жирных кислот будет нарушено.
Содержание общего белка обычно увеличивается, на фоне выраженной диспротеинемии - снижения альбуминов и увеличения глобулиновых фракций, нарушается мочевинообразовательная функция печени и содержание мочевины в крови снижается.
У коров с выраженным кетозом наблюдаются нарушения и минерального обмена. Снижается содержание общего кальция в сыворотке крови, в то время как содержание неорганического фосфора остается в пределах нормы или несколько превышает ее. При кетозе наблюдается гиперферментемия. Увеличивается активность аспартатаминотрансферазы, лактатдегидрогеназы, орнитинкарбомоилтрансферазы, фруктозо - бисфосфатальдолазы.
В рубце изменяется соотношение летучих жирных кислот за счет увеличения концентрации масляной и снижения содержания пропионовой кислоты, меняется видовой и количественный состав бактерий, инфузорий, понижается их активность.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Биологическая роль липидов. Препараты и добавки, устраняющие недостаток данных веществ в организме животных. Виды кормов, дозировка и нормы их скармливания. Влияние сбалансированного кормления на состояние здоровья и производственные функции животных.
курсовая работа [34,7 K], добавлен 29.04.2014Исследование содержания протеина и липидов в кормах для домашних животных до и после термической обработки. Функция липидов корма - получение необходимой энергии для жизнедеятельности организма. Классификация и строение белков. Содержание сырого протеина.
дипломная работа [535,2 K], добавлен 03.06.2019Отравление животных растениями, содержащими органические кислоты и соли, понижающими свертываемость крови, фото-сенсибилизирующими, нарушающими углеводный обмен. Клинические признаки, патологоанатомические изменения, токсикодинамика и профилактика.
лекция [29,6 K], добавлен 30.07.2013Неполноценное питание как основная причина, обуславливающая нарушение обмена веществ у сельскохозяйственных животных. Возникновение рахита при нарушении минерального и витаминного обменов в организме. Симптомы и течение болезни, ее диагностика и лечение.
реферат [1,6 M], добавлен 23.11.2013Исследование понятия питательности корма, современной схемы зооанализа растительных, природных кормов. Характеристика роли питьевой воды, углеводов и липидов в питании домашних животных. Анализ заболеваний, возникающих при нарушениях углеводного обмена.
реферат [24,3 K], добавлен 11.12.2011Потребности сельскохозяйственных животных в питательных веществах, энергии. Нормы кормления быков-производителей. Рацион и его структура, оптимальные варианты. Влияние структуры рационов на пищеварение, обмен веществ, воспроизводительные функции животных.
отчет по практике [382,2 K], добавлен 20.08.2015Принципы селекции животных. Отбор родительских форм и типы скрещивания животных. Отдаленная гибридизация домашних животных. Восстановление плодовитости у животных. Успехи селекционеров России в создании новых и улучшении существующих пород животных.
презентация [2,6 M], добавлен 04.10.2012Классификация отравлений животных. Отравление растениями, повышающими чувствительность животных к солнечному свету: симптомы и способы лечения. Отравления ядовитыми растениями. Виды отравляющих растений. Признаки и лечение отравлений животных кормами.
реферат [28,7 K], добавлен 29.10.2007Дикие предки и родичи домашних животных. Изменение животных под влиянием одомашнивания: величина и формы тела, масть и волосяной покров, плодовитость. Характерные признаки доместикации. Изучение происхождения и эволюции сельскохозяйственных животных.
реферат [61,7 K], добавлен 01.03.2015Обмен и взаимодействие минеральных веществ в организме животных. История открытия ряда микроэлементов, их биологическая роль в состоянии здоровья кошек, дозы, показанные для добавления в рацион. Потребности кошек в питательных веществах и энергии.
курсовая работа [39,4 K], добавлен 16.02.2017
