Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Agronomická fakulta Seminární práce na téma: Význam dusíkatých látek ve výživě hospodářských zvířat Vypracovala: Černínová Jitka Obor: Zootechnika Ročník: 3. Upravil: Ing. Sikora Miroslav
1. Význam dusíkatých látek ve výživě hospodářských zvířat... 3 1.1 BÍLKOVINY... 3 1.2 AMINOKYSELINY... 5 1.2.1 Využití aminokyselin... 5 1.2.2 Úloha esenciálních aminokyselin v organizmu... 6 2. Nebílkovinné dusíkaté látky... 7 3. Použitá literatura... 8
1. Význam dusíkatých látek ve výživě hospodářských zvířat Pod pojmem dusíkaté látky rozumíme analyticky stanovený dusík v krmivech vynásobený faktorem 6,25, který je odvozen ze skutečnosti, že obsahují 16% dusíku. Tento faktor je u některých krmiv odlišný. Např. pro mléko je 6,38, živočišné moučky 6,0, obiloviny a mlýnská krmiva 5,25. Dusíkaté látky rozdělujeme na a nebílkovinné dusíkaté látky. Mezi nebílkovinné dusíkaté látky zařazujeme volné aminokyseliny, amidy, nízkomolekulární peptidy, nitráty, puriny, deriváty pyrimidinu, amonné soli, betain, cholin a glykozidy obsahující dusík (SOMMER, 1985). Zvířata jsou odkázána na příjem dusíkatých látek z potravy, ale ne všechny zdroje dusíku přicházejícího v potravě mohou využívat. Největší význam mají, volné aminokyseliny a pro přežvýkavce močovina a amonné soli. Přežvýkavci jako hostitelské zvíře nemohou sami využít močovinu nebo amonné soli, ale mikroorganizmy žijící symbioticky v jejich předžaludcích využívají tyto nebílkovinné dusíkaté látky pro stavbu vlastního těla. Krmné dávky pro skot obsahují především, část volných aminokyselin a menší množství ostatních dusíkatých látek nebílkovinné povahy. Dusíkaté látky nacházíme jako stavební materiál v každé buňce. Jejich úlohu můžeme sledovat při realizaci genetických informací. Jsou obsaženy v nukleových kyselinách. Jsou také funkční látkou, která umožňuje činnost orgánů, spouští a reguluje veškeré změny v živočišném organizmu, které označujeme jako metabolické procesy. Jsou účinnou složkou enzymů a jsou zastoupeny v hormonech. Účinně se podílí na ochraně organizmu proti možným infekcím. Jejich účast můžeme pozorovat i při regulaci metabolismu vody. Osmotický tlak bílkovin a jejich velikost jim nedovolí prostupovat membránami, proto velmi účinně regulují transport vody do buňky i z buňky do mimobuněčného prostoru. Ve výjimečných případech mohou být glukoplastické aminokyseliny i zdrojem energie, případně jejich uhlíkatá kostra může sloužit pro tvorbu glukózy, nebo mastných kyselin (SOMMER, 1985). 1.1 BÍLKOVINY Bílkoviny jsou vysokomolekulární látky, které zabezpečují organizmus zvířat potřebnými aminokyselinami na zachování tělové hmoty, růstu a specifické produkce. V živočišném organizmu dochází ke stálému odbourávání bílkovin. Doba, za kterou dojde k obnově v těle, se označuje jako poločas rozpadu. Je to polovina doby nutné k dokonalé obměně v organizmu. U různých bílkovin podle jejich funkce je různá: enzymy: 1-10 dnů, hemoglobin: 120 dnů, svalová bílkovina: 200 dnů. U enzymů je poločas rozpadu poměrně krátký. Z hlediska organizmu je to velká výhoda, protože to umožňuje velmi rychlé přizpůsobení látkové výměny metabolizmu. Kvalitu bílkovin vyjadřujeme jejich biologickou hodnotou, která udává, kolik tělových bílkovin se vytvoří ze 100 g zkrmených bílkovin. Bílkoviny v průměru obsahují 51 55% uhlíku, 19 24% kyslíku, 6,5 7,3% vodíku, 15,5 18,0% dusíku, 0,5 2% síry, 0 1,5% fosforu a další mikroprvky. Bílkoviny rozdělujeme na proteiny a proteidy (SOMMER, 1985), (KUDRNA, 1998). PROTEINY se skládají jen z aminokyselin (100 500 aminokyselin v peptidickém řetězci) a nebo obsahují jeden pevně vázaný neaminokyselinový komponent. Podle prostorového uspořádání molekul bílkovin je rozdělujeme na skleroproteiny (kolagen,
elastin, fibrin, myozin, keratin) a sferoproteiny (albuminy, globuliny, fosfoproteiny, histony a protaminy, prolaminy, glutelin) (SOMMER, 1985). BÍLKOVINY SLOŽENÉ JENOM NEBO Z PŘEVÁŽNÉ ČÁSTI Z AMINOKYSELIN: Bílkoviny Jejich výskyt protaminy Spermie ryb a ptáků histony Jádro buněk hertony Jádro buněk Bílkoviny obilnin prolaminy Gliadin (pšenice, žito), hordein (ječmen), zein (kukuřice) glutelin Glutalin (pšenice), avenin (oves), orizenin (rýže) albuminy Krevní plazma, vaječný bílek globuliny Krevní plazma, vaječný bílek Podpůrné Kolagen ve vazivové a kostní tkáni, elastin (v cévách), keratin (v epidermálních útvarech) (SOMMER, 1985) PROTEIDY obsahují lehko od štěpitelnou neproteinovou skupinu. Sem patří nukleoproteidy, lipoproteidy, glykoproteidy a chromoproteidy.[2] BÍLKOVINY OBSAHUJÍCÍ VELKÉ MNOŽSTVÍ JINÝCH LÁTEK NEŽ AMINOKYSELIN: Glykoproteiny Krevní plazma, vazivové tkáně, kloubní mazivo lipoproteiny Krevní plazma, vaječný žloutek fosfoproteiny Kasein, lipovitelin a fosfoitin vaječného žloutku chemoproteiny Hemoglobin, myoglobin metaloproteiny Enzymy, metalotionein, feritin (SOMMER, 1985) ROZDĚLENÍ BÍLKOVIN PODLE BIOLOGICKÉ AKTIVITY: Skupina Biologická aktivita Enzymy Biokatalýza Struktury tvořící Glykoproteiny (výstavba membrán), kolagen, elastin (vaziva, cévy), keratin (epidermální útvary tepelná izolace, ochrana proti chemickým vlivům) Transportní Hemoglobin (transport O 2 ), lipoproteiny (transport lipidů), transportní pro transport vitamínů (vit. A), pro transport kovů - transferin Zásobní Feritin (zásoba Fe), metalotionein (zásoba Zn) Myofibrilární Aktin, myozin, troponin (svalová kontrakce) Represorové Regulace transkripce Peptidové hormony Regulace metabolizmu Chalony, iniciační Inhibice, stimulace syntetické fáze Imunoglobuliny Imunita Receptorové Účast na příjmu informací (rodopsin)
(SOMMER, 1985) Bílkovinné sloučeniny se nacházejí v každé buňce, tvoří hlavní součást protoplazmy. Živočišný organizmus se skládá převážně z bílkovinných látek. 1.2 AMINOKYSELINY Základními stavebními jednotkami bílkovin jsou aminokyseliny. Jsou to sloučeniny typické zastoupením NH 2 a COOH v jedné molekule, přičemž některé mají i dvě aminové, případně karboxylové skupiny ve své molekule. Aminokyselin byla identifikována řada, ale nutričně významných je 21. Podle schopnosti být syntetizovaný v živočišném organizmu byly aminokyseliny rozděleny na nepostradatelné = esenciální, postradatelné = neesenciální a polo postradatelné = semiesenciální (SOMMER, 1985), (KUDRNA, 1998). ROZDĚLENÍ AMINOKYSELIN PODLE ESENCIALITY: Esenciální Semiesenciální Neesenciální Histidin Arginin Glycin Izoleucin Tyrozin Alanin Leucin cystein Kyselina asparagová Lyzin Asparagin Methionin Kyselina glutamová Fenylalanin Glutamin Treonin Prolin Trypsin Hydroxyprolin valin serin (SOMMER, 1985) Esenciální nejsou vůbec nebo jen velmi omezeně syntetizovány v organizmu zvířat. Syntetizují se jen u autotrofních organizmů (mikroorganizmů a rostlin). Zvíře musí dostávat tyto esenciální aminokyseliny v potravě. Výjimku tvoří přežvýkavci, kteří v podávaných krmivech nedostávají všechny esenciální aminokyseliny, avšak jejich organizmus netrpí jejich nedostatkem. Symbioticky žijící mikroorganizmy v předžaludcích jsou schopny syntetizovat esenciální aminokyseliny z různých zdrojů dusíku. Jejich těla jsou při postupu do dalších částí trávicího traktu (slez, tenké střevo), zdrojem těchto esenciálních aminokyselin pro hostitelský organizmus. Funkce aminokyselin závisí na jejich celkovém příjmu, skladbě a spotřebě, řízené fyziologickým stavem zvířete. Například rostoucí organizmus má vyšší spotřebu aminokyselin i přes skutečnost, že je lépe využívá. Přechodný nedostatek aminokyselin znamená snížení užitkovosti (SOMMER, 1985). 1.2.1 Využití aminokyselin 1) Při tvorbě bílkovin Syntéza bílkovin probíhá s rozdílnou intenzitou podle druhu tkání. Proteosyntetická aktivita je vysoká v nervových tkáních. U přežvýkavců v důsledku neustálé obnovy povrchového epitelu trávicí soustavy
je v těchto buňkách vysoká proteosyntetická aktivita. Skladba aminokyseliny v molekule je dána geneticky a označuje se jako sekvence aminokyselin. Jednotlivé aminokyseliny plní v organizmu zcela rozdílné úlohy. Tvorba bílkovin je velmi náročná na energii. Energetická hodnota vzniklé je vysoká a na její tvorbu se v organizmu spotřebuje až dvakrát větší množství energie. 2) Při tvorbě jiných dusíkatých látek aspartát, glutamát a glycin se využívají při tvorbě purinových bází, z nichž se tvoří přes nukleosidy nekleové kyseliny. Z aminokyselin se tvoří více jak 100 různých jiných dusíkatých látek, které se zúčastňují metabolizmu aminokyselin. 3) Při jejich odbourávání s cílem získat energii - pomáhají vytvářet a udržovat hotovost α - oxosloučenin, které jsou hlavním zdrojem při glukoneogenezi a lipogenezi. Při hladovění nebo při nedostatečné resorpci sacharidů se zvyšují degradační produkty aminokyselin ve prospěch glukoneogeneze. U přežvýkavců je glukoneogeneze významným zdrojem získávání glukózy, která se nedostává organizmu normální dietní cestou enzymatického trávení sacharidů. U dojnice s produkcí 15 25 kg mléka se na glukoneogenezi využívá 800 1400 g aminokyselin denně (SOMMER, 1985). 1.2.2 Úloha esenciálních aminokyselin v organizmu 1) Histidin je nezbytný pro tvorbu a pro tvorbu peptidových hormonů, kterou jsou velmi důležitými složkami ve svalech. Je silně zastoupen v bílkovinné složce krevního barviva. 2) Isoleucin a leucin tyto aminokyseliny s rozvětveným řetězcem se využívají především na tvorbu. 3) Lyzin je nezbytný pro tvorbu peptidů, bílkovin a karnitinu. Velký význam má při syntéze kasein. 4) Methionin je v buněčném metabolizmu využíván pro tvorbu specifických látek, které jsou donory metylových skupin v mnoha syntetických procesech, při tvorbě cholinu, kreatinu, adrenalinu apod. 5) Fenylalanin se velmi často slučuje s činností tyrozinu obě jsou velmi důležité pro tvorbu dijodtyroninu, tyroxinu, adrenalinu a melaninu. Fenylalaninse může měnit na tyrozin, při zastoupení tyrozinu v krmivu se potřeba fenylalaninu snižuje. 6) Tryptofan je důležitý pro tvorbu u mladých i dospělých zvířat. Může se degradovat za vzniku alaninu a vitaminu skupiny B kyseliny nikotinové. 7) Treonin je významnou součástí kaseinu. Pro tvorbu bílkovin a peptidů je nezbytný (SOMMER, 1985). Při syntéze se jednotlivé aminokyseliny řadí za sebou podle geneticky pevně daného klíče. Využívány jsou jak esenciální tak neesenciální aminokyseliny. V případě, že při syntéze je třeba některé aminokyseliny a tato není z aminokyselinové hotovosti v krvi k dispozici, dojde k zastavení proteosyntézy. Jde-li o neesenciální aminokyseliny, může být tato z různých zdrojů syntetizována v organizmu zvířete a dále využita pro doplnění zdroje při proteosyntéze. Jestliže však chybí esenciální aminokyselina a není-li obsažena v dietě, ustává proteosyntéza. Takováto aminokyselina limituje tvorbu a nazývá se limitující aminokyselinou. Obecně se za první limitující aminokyselinu
považuje lyzin. Podle aminokyselinové skladby mikrobiální biomasy však lze předpokládat, že u přežvýkavců bude limitující aminokyselinou methionin, na který je bakteriální biomasa chudá. Po naplnění skutečné potřeby první limitující aminokyseliny se vynoří druhá limitující aminokyselina a mohou být i další v pořadí. Aminokyselina, která je v nejmenším zastoupení vzhledem k optimu své potřeby, určuje úroveň transformace bílkovin v organizmu. Nejvyššího a nejefektivnějšího využití dusíkatých látek bude dosaženo, jestliže budou esenciální aminokyseliny pro organizmus přežvýkavce ve střevní trávenině zastoupeny v určitém vzájemném poměru. Poměr aminokyselin vychází z tvorby přírůstku těla nebo tvorby produktu. Čím podrobnější je skladba přijímaných aminokyselin ve skladbě tvořeného produktu, tím je větší efektivita a transformace při menších energetických výdajích. Kvalita takové přijímané, aminokyselinové skladby je vyšší. Ideální skladba tráveniny ve střevě přežvýkavce je taková, která má všechny esenciální aminokyseliny v poměru, který potřebuje. Pak suma esenciálních aminokyselin i zastoupení jednotlivých aminokyselin v ideálním proteinu limitují stejně. Obvykle se udává ideální poměr poměrem lyzinu a ostatních esenciálních aminokyselin. V současné době je prosazován ideální protein ve výživě prasat a drůbeže. Potřeby dusíkatých látek pro skot vycházejí z jejich zhodnocování pro záchovu a pro tvorbu produktu. Rozdíl v potřebě je dán fyziologickým stavem. Jedná-li se o stav, kdy se mladé zvíře vyvíjí a roste, nebo jde-li o produkující zvíře s ukončeným tělesným růstem, potřeba na záchovu se stanovuje na hmotnost zvířete. Potřeba na produkci se stanovuje na jednotku produkce (kg nadojeného mléka, g denního přírůstku, růst plodu v období 3. trimestru březosti, stupně využití v inseminaci). Součet obou potřeb vyjadřuje celkovou potřebu, kterou je nutno v krmné dávce pokrýt (SOMMER, 1985), (KUDRNA, 1998). Nadbytek zdrojů dusíkatých látek a mohou to být o ty nejkvalitnější, je pro organizmus stejně nebezpečné jako jejich nedostatek. Protože se ani aminokyseliny neukládají v těle do zásoby, musí se z těla přebytky vyloučit. Nejdříve se v játrech všechny přebytečné dusíkaté látky, amoniak i aminokyseliny přestaví na netoxickou kyselinu, která se krevní cestou dostává do ledvin, tam se spojí s vodou a ve formě moči se vylučují z těla. Přeměna musí být dokonalá, protože amoniak a metabolity aminokyselin aminy jsou pro živočišný organizmus toxické. Všechny přeměny související s vylučováním přebytečných dusíkatých látek jsou náročné na přísun energie. Spotřebovaná energie může prohlubovat energetický deficit a tak snižovat produkční účinnost používaných krmiv či krmných dávek (KUDRNA, 1998). 2. Nebílkovinné dusíkaté látky Prasata a drůbež může z nebílkovinných N-látek využít jen volné aminokyseliny a jejich amidy. Přežvýkavci však můžou přes mikroflóru předžaludku využít nebílkovinné dusíkaté látky na syntézu bílkovin (SOMMER, 1985). MOČOVINA patří k nejdůležitějším a nejpoužívanějším syntetickým zdrojům nebílkovinného dusíku, který mohou přežvýkavci pomocí bachorových bakterií využít k syntéze všech aminokyselin. V krmných dávkách pro přežvýkavce může močovina nahradit velkou část bílkovinného krmiva. Kromě syntetické močoviny se do trávicího traktu přežvýkavců dostává močovina ze zdrojů endogenních. Část močoviny syntetizované v játrech jako konečný produkt metabolizmu dusíku se jednak vrací do bachoru ve slinách a pak zpětnou resorpcí stěnou bachoru z krevního oběhu. Množství močoviny vstupující do bachoru skotu se slinami kolísá mezi 1,3-14,4 mg
na 100 ml slin a tvoří téměř 80 % celkového dusíku slin. Močovina je v bachoru štěpena mikrobiální enzymem ureázou na čpavek a kysličník uhličitý. Využití močoviny jako zdroje dusíku ve výživě přežvýkavců závisí na mnoha činitelích. Močovina se nejlépe využívá z krmné dávky, kde nahrazuje 30-40 % bílkovin. Doporučená denní dávka močoviny pro skot do 1 roku je 60 g a do 2-3 let 75-90 g. U dospělého skotu nemají dávky překročit 120-150 g na kus a den. Z odborného hlediska se největší pozornost věnovala možnostem využití močoviny v krmných dávkách dojnic během laktace. Výsledky mnoha pokusů se shodují v tom, že náhrada až 30 % dusíkatých látek krmné dávky močovinou nemá nepříznivý vliv na tvorbu mléka ani nevyvolává podstatné změny v jeho složení a vlastnostech důležitých pro výrobu másla a tvrdých sýrů. Tam kde se krmí močovinou, musí to být výrazně označeno. Návyk trvá 7 10 dní po 10 g denně, při vyřazení močoviny stejně dlouho odvykáme (agro-navigator.cz, 2005). 3. Použitá literatura SOMMER, A. a kol.: Výživa a kŕmenie hospodářských zvierat. Príroda, Bratislava, 1985, 11 14 s. KUDRNA, V. a kol.: Produkce krmiv a výživa skotu. Praha, 1998, 130 136 s. Agro-navigator : Dotazy infopultu [online]. Brno : Mendlova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, duben 2005 - [cit. 2005-04-10]. Dostupný z WWW:<http://www.agronavigator.cz/inf_pult_odpovedi.asp?act=answered