Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Биохимия в животноводстве. Учебное пособие
.pdf
Иммобилизованные ферменты используются в трех основных процессах, связанных с обработкой молока: производство
сыра, стабилизация молока и удаление лактозы из молочных продуктов.
Первой стадией в производстве сыра является коагуляция
молока путем добавления растворимого реннина, выделяемого из
желудка (сычуга) теленка или бактериального реннина – иммобилизованного реннина.
Жидкие отходы, образующиеся при производстве сыра, –
это сыворотка, которая содержит белок, соли и лактозу. Гидролизаты лактозы – глюкоза и галактоза – заменяют кукурузную патоку при производстве сахаристых веществ. Для удаления лактозы из молока используют иммобилизованную лактазу (капельки
раствора лактазы заключают внутри волокон из триацетата целлюлозы).
Применение иммобилизованных ферментов в молочной
промышленности позволяет создать технологию для непрерывной коагуляции молока при производстве сыра, в стабилизации
молока иммобилизованным трипсином.
Генетическая инженерия. Генетическая инженерия – это
система экспериментальных приемов, позволяющих конструировать в лаборатории (а впоследствии и промышленным путем) искусственные генетические структуры. Такая возможность основана на использовании системы ферментов обмена нуклеиновых
кислот, главным образом, рестриктаз, ДНК-лигаз и обратных
транскриптаз.
Полученные искусственные гены вводят в клетку, чаще бактериальную. Новая генетическая информация приводит к тому,
что обмен веществ в клетке изменяется, и она начинает синтезировать те белки, которые запрограммированы введенным геном.
Таким путем можно заставить бактериальную клетку синтезировать в большом количестве нужные белки ферменты.
51
3. ГОРМОНЫ В ЖИВОТНОВОДСТВЕ
Гормоны как вещества активного метаболического действия, участвующие в реализации физиологических и каталитических реакций организма, давно привлекают внимание разных
специалистов биологической науки.
В современной биологии гормоны рассматриваются не
только как факторы функциональной активности желез, но и как
агенты биологического действия на тканевом уровне, которые
определяют функциональное состояние тканей, органов, систем
органов, целостного организма и участвуют в механизмах адаптации животных к условиям среды обитания, а также обеспечивают биологические процессы сохранения вида.
В настоящее время во всем мире интенсивно ведутся исследования по использованию гормонов в животноводстве, наиболее
результативными являются следующие:
1. Использование естественных гормонов, а также их синтетических аналогов для регулирования процессов размножения у
сельскохозяйственных животных.
2. Использование гормонов и их различных заменителей для
увеличения прироста живой массы животных, снижения затрат
корма, сроков откорма и т. д.
3. Использование гормонов для повышения молочной и
шерстной продуктивности.
4. Использование показателей гормонального статуса животных для раннего прогнозирования будущей продуктивности
животных.
5. Использование гормонов с лечебной и профилактической
целью при заболеваниях с очень разным патогенезом.
В результате успехов в области синтеза гормонов и их производных были созданы гормональные препараты пролонгированного действия, что, в свою очередь, вызвало необходимость
глубокого изучения их влияния на организм животных и их продуктивность.
В учение о железах внутренней секреции и центральнонервных механизмах, регулирующих функции эндокринной системы, большой вклад внесли Боткин, И.П. Павлов, братья М.М. и
Б.М. Завадовские, В.Г. Баранов, Н.А Юдаев и другие.
52
В 1855 г. Клод Бернар ввел понятие о железах внутренней
секреции, которые выделяют секрет в кровь. Термин «гормон»
был введен английскими учеными В.М. Бейлиссом и Е.Х. Старлингом в 1902 г. для активного вещества (секретина), выделяемого слизистой оболочкой кишечника, который, попадая в кровь,
поступал в поджелудочную железу и побуждал ее к секреции
поджелудочного сока.
Гормоны образуются в железах внутренней секреции, выделяющих эти продукты не через систему протоков, а непосредственно в кровяное русло животного. К числу желез внутренней
секреции относятся: щитовидная, паращитовидная железы, надпочечники, половые железы, нейрогипофиз и др. Доказано нахождение гормонов также и в ряде других органов: гипоталамусе,
зобной железе, каротидных тельцах и др.
3.1. Метаболизм и механизм действия гормонов
Гормоны синтезируются в высокоспециализированных
клетках желез внутренней секреции, после чего поступают в
кровь и включаются в регуляцию внутриклеточных биохимических процессов, чем обеспечивают поддерживание постоянства
внутренней среды организма и координируют взаимоотношения
его с внешней средой.
Доминировало представление о действии гормонов лишь
при неизменной их химической структуре, а обмен гормонов связывался с завершением гормональной функции. Количественное
содержание циркулирующих в организме гормонов позволяло
учитывать лишь гипо-, нормо- и гиперфункциональное состояние
эндокринной железы.
В секрете любой эндокринной железы содержатся не только
гормоны с полным завершенным циклом биосинтеза, но и соединения, предшествующие синтезу, продукты превращений. Так, в
механизме действия катехоламинов – гормонов мозгового слоя
надпочечников – существенную роль играют процессы окисления, орто- и метаксилирования, образование парных соединений,
связывание с белками как самих катехоламинов, так и продуктов
их окисления и т. д. Для метаболизма половых гормонов характерна следующая схема:
53
эстрон эстрадиол эстриол,
тестостерон ,
т. е. гормон коры надпочечников и яичников эстрон обратимо
превращается в более активную форму – эстрадиол. Представляет
интерес возможность обратимого превращения андрогенов в эстрон и эстрадиол, т. е. превращение гормонов одного пола в гормоны другого пола. Заканчивается метаболизм эстрона переходом его в неактивную и необратимую форму – эстриол, усиливающий питание матки и вызывающий сосудосуживающий эффект.
Процессы метаболизма характерны и для других групп гормонов. Метаболизм действия гормонов не может рассматриваться
вне особенностей влияния гормонов на биологический катализ,
ферментативные процессы и ферментные системы, биологическую динамичность клеток и особенно генетическую направленность клеточных изменений.
Известно, что образование ферментов, так же как и синтез
белка (ферменты – специфические белки), происходит при участии генов. Предполагают, что синтез последних находится под
регулирующим влиянием гормонов (рис. 11). Обмен веществ регулируется по схеме:
гормон ген ферментный белок
Следовательно, одним из главных веществ, управляющих
синтезом, является гормон, так как его поступление в кровь постоянно меняется под действием эндогенных и экзогенных факторов и импульсов центральной нервной системы.
Гормоны, в отличие от ферментов, в своем действии специфичны и обычно катализируют течение какой-нибудь определенной реакции, стимулируют течение обмена веществ и функции
органов.
54
Рис. 11. Пути гормональной регуляции биосинтеза белков
Гормоны стимулируют и координируют метаболические
процессы через ферментные системы.
гормон
ДНК и-РНК белок-фермент
ген
транскрипция
трансляция
Регуляция ферментной активности гормонами бывает 2-х
видов: мгновенная и длительная.
1. Мгновенное регулирование ферментативной активности
осуществляется гормонами путем влияния их на активность энзимов. Например:
+Н3РО4
(С6Н10О5)n (С6Н10О5)
адреналин
фосфорилаза
+ глюкоза-1-фосфат
n-1
2. Путем постоянного стимулирования синтеза кофермен-
тов, специфических активаторов и ингибиторов ферментативной
активности, имеющих белковую природу.
55
Одним из важных факторов в механизме действия гормонов
является их влияние на проницаемость клеточных мембран. Так,
гормоны корковой части надпочечников влияют на межклеточное
распределение электролитов в тканях. В частности, установлено
стимулирующее влияние альдостерона и дезоксикортикостерона на
перенос натрия в изолированном мочевом пузыре жабы (рис. 12).
В опытах in vivo путем определения разности потенциалов
между внешней и внутренней поверхностью слизистой оболочки
толстой кишки было установлено, что после инъекции адреналэктомированным крысам альдостерона увеличивалось всасывание воды и натрия. Приведенные данные указывают на повышенную проницаемость мембраны клеток слизистой оболочки
кишок для ионов натрия под действием альдостерона. Этот гормон увеличивает также реадсорбцию натрия в проксимальных
канальцах почек собак.
На распределение электролитов между клеткой и ее средой
влияют и другие гормоны. Так, после введения экстракта щитовидной железы крысам в дозах, эквивалентных 0,002 мг тироксина на
100 г массы, уменьшается содержание натрия в эритроцитах.
Рис. 12. Механизм действия некоторых полипептидных гормонов
56
На обмен электролитов оказывают воздействие и половые
гормоны – эстрадиол, эстрон, эстриол, прегнан, тестостерон, прегнандиол и др. Эстрогены, например, наряду с кортикостеронами
задерживают выделение NaCI и воды из организма. Имеются
также сообщения о прямом влиянии антидиуретического гормона
на перенос ионов натрия через клетку и о непосредственном воздействии его на ток воды через межклеточные пространствa, на
выделение муколитического фермента. Известно, что ионный перенос электролитов зависит от состояния энергетического обмена
и активности АТФ-азы. Поэтому влияние гормонов на клеточную
проницаемость, прежде всего, можно объяснить их воздействием
на соответствующие ферментные процессы (рис. 13).
Рис. 13. Механизм действия стероидных гормонов
Рассмотренные выше механизмы действия гормонов – ведущие, однако в механизмах действия отдельных гормонов возникают
дополнительные специфические факторы регуляции метаболизма.
Особенностью в действии гормонов является не общее их
регулирующее влияние на обменные процессы, а высокая специфичность в активизации конкретных видов обмена веществ, позволяющая эффективно использовать их в клинической практике
для восстановления функционального равновесия организма.
Гормон щитовидной железы тироксин регулирует основной
обмен в организме, усиливая катаболические процессы, а в связи с
57
этим и распад гликогена. За счет активизации окислительных процессов регулирует синтез жиров и ускоряет обмен белков, особенно
в период роста, регулирует содержание в головном мозге аммиака,
глютамина, АТФ, повышает возбудимость интерорецепторов. Результатом основных влияний тироксина является более слабое, но
определенное воздействие на водносолевой баланс организма.
Гормон поджелудочной железы инсулин, как и тироксин, участвует в регуляции основного обмена, но главная функция принадлежит ему в области регуляции углеводного обмена. Повышая проницаемость клеточной оболочки мышц, ускоряет резорбцию глюкозы цитоплазмой и катализ ее ферментными системами клетки.
Большие дозы гормона снижают утилизацию углеводов и
увеличивают распад белков. Регулируя гликогеносинтез, гликогенолиз, гликолиз, протеосинтез и др. анаболические и катаболические процессы, инсулин вторично контролирует ионное равновесие организма, снижая уровень калия и повышая содержание
натрия и кальция при неизменной концентрации магния в крови.
Вторым гормоном, регулирующим углеводный обмен в организме, является гормон мозгового слоя надпочечников – адре-
налин. Если инсулин усиливает в организме гликогенообразовательный процесс, то адреналин, наоборот, способствует превращению гликогена в глюкозу. Если при повышенном содержании
инсулина в крови развивается гипогликемия, то при увеличенной
концентрации в крови адреналина, наоборот, развивается гипергликемия. Глюкагон вызывает эффект, аналогичный адреналиновому эффекту, т. е. вызывает гипергликемию.
Гипергликемический эффект, вызванный адреналином и
глюка-гоном, связан с увеличением содержания циклического 35-адено-зинмонофосфата, стимулирующего образование активной формы фермента гликогенфосфорилазы. Циклический АМФ
образуется из АТФ в результате воздействия аденилциклазы, которую активируют опять же адреналин и глюкагон.
Особенно широк диапазон регулирующего влияния на метаболизмы у кортикостероидов – гормонов коры надпочечников.
Под действием этих препаратов изменяется интенсивность течения углеводного, белкового, жирового, водно-солевого обмена
веществ. Преимущественным влиянием на углеводный и белковый обмен веществ обладают кортикостероиды группы глюкокортикоидов – кортизон, гидрокортизон, преднизолон и др., а на
58
водно-солевой обмен – минералокортикоиды – альдостерон и дезоксикортикостерон ацетат (ДОКСа).
Глюкокортикоиды усиливают отложение гликогена в печени и скелетных мышцах за счет распада белков до аминокислот с
образованием углеводов из белков.
Катаболический характер регуляции белкового обмена глюкокортикоидами связан с повышенным распадом нуклеопротеидов,
дезаминированием аминокислот и превращением безазотистых продуктов дезаминирования в глюкозу, что повышает концентрацию
свободных аминокислот в плазме и мочевой кислоты в моче.
Максимальное влияние на водно-солевой баланс организма
оказывают минералокортикоиды.
Определенное регулирующее влияние на процессы метаболизма оказывают половые гормоны – андрогены и эстрогены.
Андро- и эстрогены повышают синтез белков в некоторых органах и тканях, прежде всего в половых железах. Анаболический эффект связан с задержкой азотсодержащих веществ в организме, накоплением актомиозина в сердечной и других поперечнополосатых
мышцах и повышением чувствительности последних к АТФ. Эстрогены усиливают тканевое дыхание матки и влагалища и ослабляют
его интенсивность в других органах. Половые гормоны интенсифицируют остеосинтез за счет преимущественного образования белковой основы костяка и частичной задержки кальция и инертного фосфора в организме. У молодых и взрослых животных при высоких дозах эстрогенов и андрогенов это ведет к стабилизации роста. Эстрогены повторяют минералокортикоидное влияние на водно-солевой
баланс организма, задерживают в органах и тканях натрий и воду.
Таким образом, биохимические и физиологические эффекты, несомненно указывают на то, что под влиянием гормонов изменяется каталитическая сила ферментов, действующих в определенных звеньях обмена веществ.
3.2. Классификация гормонов
3.2.1. Классификация гормонов по химическому строению
По химическому строению гормоны можно разделить на
следующие группы:
1) стероидные гормоны;
2) белки;
59
3) производные пептидов, аминокислот и азотистых осно-
вой
вой
вой
вой
вой
вой
вой
го и
го и
го и
го и
лин,
ваний.
Перечень важнейших гормонов,
сведения об их структуре и биологическом значении
№ Название гормона Природа
1 2 3 4 5
Стероидные гормоны
1 Андростерон Стероид Стимуляция поло
функции самца
2 Тестостерон Стероид Стимуляция поло
функции самца
3 Дегидроандростерон Стероид Стимуляция поло
функции самца
4 Метилтестостерон Стероид Стимуляция поло
функции самца
5 Эстрон Стероид Стимуляция поло
функции самки
6 Эстриол Стероид Стимуляция поло
функции самки
7 Эстрадиол Стероид Стимуляция поло
функции самки
8 Прогестерон Стероид Стимуляция пролифе-
рации, эндометрия
9 Кортикостерон Стероид Регуляция белково
углеводного обмена
10 11-дезоксикор-
тикостерон
11 11-дегидрокор-
тикостерон
12 11-дегидро-17-
оксикортикостерон
13 17-оксикортико-
стерон
14 17-гидроокси-11-
дезооксикортикостерон
1 Тиреоглобулин Белок,
2 Инсулин Белок Регуляция углеводно-
Стероид Регуляция обмена во-
ды и солей в организме
Стероид Регуляция обмена во-
ды и солей в организме
Стероид Регуляция белково
углеводного обмена
Стероид Регуляция белково
углеводного обмена
Стероид Регуляция белково
углеводного обмена
Белковые гормоны
Регуляция обмена во-
глобу
содержащий йод
ды и солей в организме
го обмена
Функция
Нахождение
в организме
Тестикулы
Тестикулы
Тестикулы
Тестикулы
Яичники
Яичники
Яичники
Желтое тело
Кора надпочеч-
ников
Кора надпочечников
Кора надпочечников
Кора надпочечников
Кора надпочечников
Кора надпочечников
Кора надпочечников
Поджелудочная
железа
60
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]