Труфанов О.В. Фитаза в кормлении сельскохозяйственных животных и птицы

Подождите немного. Документ загружается.

ФИТАЗА

В КОРМЛЕНИИ

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЖИВОТНЫХ И ПТИЦЫ

Труфанов О. В. Фитаза в кормлении сельскохозяйственных животных и

птицы.— Киев: ПолиграфИнко, 2011.— 112 с

Фитиновая кислота представляет собой антипитательный компонент

кормов растительного происхождения. Благодаря высокой анионной

активности она образует целый ряд слаборастворимых солей с катионами

металлов, в особенности кальция, цинка, магния и меди. Фитиновая кислота

образует также комплексные соединения с белками, в том числе и

протеолитическими ферментами (пепсином и трипсином). Как синтез, так и

гидролиз фитиновой кислоты осуществляет фермент фитаза. Вследствие

неспособности сельскохозяйственных животных и птицы продуцировать

эндогенную фитазу фосфор, кальций, белки и другие связанные фитиновой

кислотой питательные вещества становятся менее доступными. Для

рационального использования питательного потенциала кормов и получения

более экономичной и экологически чистой продукции животноводства и

птицеводства целесообразно использовать микробную фитазу. Обогащение

рациона микробной фитазой делает более доступными фосфор, кальций, цинк и

медь, улучшает переваримость корма и стимулирует прирост живой массы.

Эффективность использования микробной фитазы зависит от дозы,

соотношения в рационе кальция и фосфора (Са:Р), обеспеченности витамином

, состава рациона, возраста и генетических особенностей животных и птицы.

Ключевые слова: фитиновая кислота, фитаза, фосфор, кальций,

переваримость, загрязнение, сельскохозяйственные животные и птица.

Рецензенты: Котик Анатолий Николаевич, доктор ветеринарных наук,

старший научный сотрудник, главный научный сотрудник Института

птицеводства НААН Украины; Подобед Леонид Илларионович, доктор

сельскохозяйственных наук, профессор, главный научный сотрудник Института

животноводства НААН Украины.

Монография подготовлена при поддержке Украинского отделения

Всемирной научной ассоциации по птицеводству.

Содержание

Перечень условных обозначений, символов, единиц и

сокращений

Введение

Глава 1. Фитиновая кислота и ее соли

1.1. Структура

1.2. Химические свойства

1.3. Фитин, фитат и фитаты

1.4. Распространенность фитиновой кислоты в растительных

субстратах

1.4.1. Содержание фосфора растительных кормах

1.4.2. Фитиновые глобоиды

1.4.3. Содержание фитина в различных органах растений

1.4.4. Содержание фитина в различных видах растений

Глава 2. Биодоступность фитинового фосфора

2.1. Факторы, влияющие на усвоение фитинового фосфора

2.1.1. Уровень кальция и фосфора в рационе

2.1.2. Витамин D

2.1.3. Состав рациона

2.1.4. Содержание клетчатки в рационе

2.1.5. Возраст и генетические особенности животных и

птицы

Глава 3. Антипитательные свойства фитатов

3.1. Снижение биодоступности микро- и макроэлементов

3.1.2. Кальций

3.1.3. Цинк

3.1.4. Железо

3.1.5. Прочие микроэлементы

3.2. Влияние на биодоступность белков

3.2.1. Белок-фитатные комплексы в кормах

3.2.2. Образование бинарных белок-фитатных комплексов в

пищеварительном тракте de novo

3.2.3. Образование трехсоставных белок-фитатных

комплексов в пищеварительном тракте de novo

3.3. Взаимодействие фитата с пищеварительными ферментами

Глава 4. Фитазы

4.1. Определение

4.2. История открытия и применение

4.3. Ферментативные свойства фитаз

4.3.1. 3-фитазы (КФ 3.1.3.8)

4.3.2. 5-фитаза (КФ 3.1.3.72)

4.3.3. 4/6-фитазы (КФ 3.1.3.26)

4.3.4. 3/6-фитаза (КФ 3.1.3.26)

4.4. Источники фитазы

4.4.1. Фитазы растений

4.4.2. Фитазы микроорганизмов

Глава 5. Влияние фитазы на биодоступность нутриентов

5.1. Фосфор

5.2. Кальций и прочие минералы

5.3. Белки и аминокислоты

5.4. Энергия

Глава 6. Применение фитазы в кормлении животных и птицы

6.1. Фитаза в кормлении цыплят-бройлеров

6.1.1. Продуктивность

6.1.2. Биодоступность протеина и аминокислот

6.1.3. Усвоение энергетических субстратов

6.1.4. Биодоступность фосфора и кальция

6.1.5. Прочие микроэлементы

6.2. Фитаза в кормлении кур-несушек

6.3. Фитаза в кормлении свиней

6.4. Фитаза в кормлении крупного рогатого скота

Глава 7. Загрязнение окружающей среды

Глава 8. Экономический эффект применения фитазы

Глава 9. Десять критериев выбора препарата фитазы

9.1. Субстратная специфичность

9.2. Активность

9.3. Первая реакция

9.4. Происхождение

9.5. Микроорганизмы-продуценты

9.6. Экологические группы бактерий

9.7. Термостабильность

9.8. Оптимальная кислотность среды (рН-оптимум)

9.9. Оптимальное значение температуры

9.10. Устойчивость к действию протеаз

Заключение

Литература

Перечень условных обозначений, символов, единиц, терминов и

сокращений

АДФ – аденозиндифосфорная кислота

АТФ – аденозинтрифосфорная кислота

ББК – большеберцовая кость

ДТ – дикий тип

ЖКТ – желудочно-кишечный тракт

ИСП-МС – масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой

кДНК – комплементарная ДНК

– константа Михаэлиса, равная концентрации субстрата, при которой

скорость ферментативной реакции составляет половину от максимальной

КРС – крупный рогатый скот

КФ – (классификация ферментов) – это классификационный номер

фермента по международной иерархической классификации, основанной

Комиссией по ферментам при Международном союзе биохимии и

молекулярной биологии.

НФФ – нефитиновый (нефитатный) фосфор

мкм – микрометр

мкмоль – микромоль

ммоль – милимоль

ПК – положительный (позитивный) контроль

ФЕ – единицы фитазной активности; 1 фитазная единица соответствует

количеству фермента, необходимому для высвобождения 1 мкмоль

неорганического фосфата в минуту из 5,1 ммоль фитата натрия при рН 5,5 и

температуре 37 С

ЭДТА – этилендиаминтетраацетат

BPP – (англ.: β-propeller phosphatase) β-пропеллерноя фосфатаза

Са:Р – соотношение кальция и фосфора в рационе

Da – дальтон, либо атомная единица массы (а. е. м.), – внесистемная

единица массы, применяемая для обозначения масс молекул, атомов, атомных

ядер и элементарных частиц

de novo – (лат. «вновь, с самого начала») синтез макромолекулы из

максимально простых предшественников, а не из метаболитов сложного

строения

et al. – (сокр. от лат. et alii — «и другие»); используется для сокращѐнной

записи списка авторов

HAP – (англ.: histidine acid phosphatases,) гистидиновая кислая фосфатаза

in vitro – (лат. «в стекле») – проведение экспериментов вне живого

организма.

in vivo – (лат. – буквально «в (на) живом»), проведение экспериментов на

живом организме

-IP

(или InsP

-InsP

) – продукты гидролиза фитиновой кислоты,

представляющие собой фосфаты инозитола, содержащие от одного до пяти

остатков фосфорной кислоты

– фитиновая кислота

kDa – килодальтон (см. Da)

IUPAC-IUBMB – Международный союз теоретической и прикладной

химии и Международный союз биохимии и молекулярной биологии, англ.: the

International Union of Pure and Applied Chemistry and the International Union of

Biochemistry and Molecular Biology

– константа Михаэлиса, равная концентрации субстрата, при которой

скорость ферментативной реакции составляет половину от максимальной

Me – металл

MINPP – (англ.: multiple inositol polyphosphate phosphatase) множественная

инозитолполифосфат-фосфатаза

NRC – «Потребности птицы в питательных веществах» (англ. «Nutrient

Requirement of Poultry»)

PAP – (англ:. purple acid phosphatase) пурпурная кислая фосфатаза

рН – водородный показатель, количественно выражающий кислотность

раствора; вычисляется как отрицательный десятичный логарифм активности

водородных ионов, выраженной в молях на литр

– неорганический фосфат (англ. inorganic phosphate)

– отрицательный десятичный логарифм константы диссоциации

кислоты; K

– константа равновесия реакции диссоциации кислоты

max

– максимальная скорость ферментативной реакции при избытке

субстрата

Введение

Фитиновая кислота (химическое название – мио-инозитол-1,2,3,4,5,6-

гексакисдигидрофосфорная кислота); является комплексным соединением

ионов кальция и/или магния с шестиатомным циклическим спиртом –

инозитолом.

Первая глава данной монографии посвящена структуре и физико-

химическим свойствам фитиновой кислоты и ее солей – фитатов. Приведены

данные о содержании фитатов в различных кормах растительного

происхождения и их содержание в морфологических структурах семян и

вегетативных органах кормовых культур. О наличии фитиновой кислоты в

семенах растений известно более ста лет, однако все еще недостаточно ясна ее

роль в питании животных. Фитиновая кислота известна как антипитательный

фактор, связывающий фосфор и другие важные нутриенты и превращающий их

в менее доступные для животных и птицы.

Во второй главе рассмотрена питательная ценность фитина и проблема

усвоения фитинового фосфора в желудочно-кишечном тракте

сельскохозяйственных животных и птицы. Перечислены факторы, влияющие на

биодоступность фитинового фосфора.

Не менее важный круг проблем, связанных с антипитательными

свойствами фитиновой кислоты, освещен в третьей главе. Изложены сведения о

влиянии фитатов на усвоение минералов, белков и углеводородов, а также на

активность пищеварительных ферментов.

В четвертой главе читатель познакомится с фитазами – решением

создаваемых фитиновой кислотой проблем. Описаны известные в настоящее

время типы фитаз, имеющие различное происхождение, механизм действия,

активность и стабильность. Показана универсальность этого фермента в живом

мире – от бактерий и грибов, до высших растений. Перечислены основные

свойства фитаз различного происхождения, знание которых поможет сделать

правильный выбор при составлении рационов для сельскохозяйственных

животных и птицы.

Следующая, пятая, глава посвящена описанию основных механизмов

действия и физиологических эффектов фитаз на переваримость и усвояемость

нутриентов. Результаты многочисленных исследований не оставляют никаких

сомнений в необходимости включения фитаз в состав комбикормов и ясно

показывают, что проблему низкой биодоступности основных макро- и

микроэлементов, а также белков и аминокислот можно решить. И существует

лишь одно решение – фитаза.

В шестой главе приведены многочисленные примеры применения

препаратов фитаз в кормлении основных видов сельскохозяйственной птицы

(цыплят-бройлеров и кур-несушек) и животных (свиней и крупного рогатого

скота). Животноводы и птицеводы-практики смогут оценить эффективность

действия фитазы при дефиците фосфора в рационе на основании данных о

продуктивности животных и эффективности усвоения питательных веществ.

Также представлены сведения об оптимальных уровнях ввода фитазы в корм.

Седьмая глава будет интересна всем, кто не равнодушен к проблеме

загрязнения окружающей среды вследствие неконтролируемой и безотчетной

деятельности человека. Прочитав эту главу, Вы узнаете, как предотвратить

снижение плодородия почв, избежать цветения водоемов и ухудшения качества

пресной воды. Кроме того, для растениеводов ценной будет информация о том,

что навоз, полученный с фермерских хозяйств, в которых технология

производства предусматривает применение фитазы, является более ценным и

экологически безопасным удобрением, чем обычный навоз, в котором

содержание фосфора в несколько раз превышает предельно допустимый

уровень.

В восьмой главе приведены показатели экономической эффективности

использования препаратов фитазы в рационах для сельскохозяйственных

животных и птицы, ознакомившись с которыми каждый сможет убедиться в

целесообразности включения фитазы в состав корма для своих животных.

Последняя и, вероятно, наиболее значимая для практиков – девятая – глава

представляет собой краткое руководство по выбору препарата фитазы среди

множества коммерческих аналогов. В данной главе перечислены все основные

свойства фермента, на которые необходимо обращать внимение в процессе

принятия решения о включение в рацион живоным того или иного ферментного

препарата.

Глава 1. Фитиновая кислота и ее соли

1.1. Структура

Фитиновая кислота, или мио-инозитгексафосфорная кислота, – это

тривиальные названия D-мио-инозитол-1,2,3,4,5,6- гексакисдигидрофосфорной

кислоты (молекулярная масса 660), которая представляет собой сложный эфир

циклического шестиатомного полиспирта мио-инозитола (или мио-инозита) и

шести остатков ортофосфорной кислоты. Полное название этого соединения

точно характеризует его химическое строение: приставка мио- указывает на

определенную ориентацию гидроксильных групп относительно инозитольного

кольца. Префикс «гексакис» (в отличие от «гекса») означает, что фосфатные

группы не связаны друг с другом (Johnson, L.F., Tate, M.E., 1969). Впервые

химическая формула фитиновой кислоты была предложена Anderson R. J. в

1914 году (рис. 1).

HO OH

OHHO

Рис. 1. Химическая формула фитиновой кислоты по Anderson R. J., 1914.

Фосфаты инозитола состоят из инозитольного кольца и, как минимум,

одной фосфатной группы. К инозитольному кольцу мио-инозитол-1,2,3,4,5,6-

гексакисфосфата присоединены 6 фосфатных групп с помощью

сложноэфирных связей. Фитиновую кислоту условно обозначают IP

(или

InsP

), а низшие фосфаты инозитола, т. е. содержащие пять или меньше

остатков фосфорной кислоты, – IP

-IP

(или InsP

-InsP

Существует несколько способов описания девяти возможных

конфигураций молекулы инозитола. Наиболее удачной считается

номенклатура, предложенная T. Posternak (1965). Основным стереоизомером

инозитола, присутствующим в живых организмах, является мио-инозитол.