doi: 10.15389/agrobiology.2018.2.223rus
УДК 636.08:636.018:577.12/.17
ГИПОТЕЗА О СПЕЦИФИЧЕСКОЙ ВЗАИМОСВЯЗИ
ПЕРОКСИСОМАЛЬНЫХ, МИТОХОНДРИАЛЬНЫХ И
ЦИТОПЛАЗМАТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В РЕГУЛЯЦИИ ОБМЕНА
ВЕЩЕСТВ У ВЫСОКОПРОДУКТИВНЫХ ЖВАЧНЫХ
В.П. ГАЛОЧКИНА, А.В. АГАФОНОВА, В.А. ГАЛОЧКИН
Авторы считают, что объяснение накопленных данных об обменных процессах у высокопродуктивных жвачных животных, которое пока что остается в рамках существующей физиолого-биохимической парадигмы, требует углубленной интерпретации на принципиально новой экспериментальной и концептуальной основе, предполагающей анализ комплексных взаимосвязей совокупности объектов и их функций, которые ранее не рассматривались. Во-первых, под иным углом зрения надлежит подходить к биохимизму внутриклеточной компартментализации, учитывая строгую взаимную комплементарность функционирования митохондриального цикла Кребса и цитоплазматических процессов гликолиза и глюконеогенеза с пероксисомальным глиоксилатным циклом. Принципиальную возможность функционирования цикла двууглеродных кислот (глиоксилатного цикла) у высокопродуктивных жвачных авторы впервые постулировали, получив экспериментальные данные о проявлении каталитической активности его ключевых ферментов — изоцитратлиазы (КФ 4.1.3.1) и малатсинтазы (КФ 4.1.3.2) (В.П. Галочкина с соавт., 2012). Наличие этих ферментов позволяет синтезировать дефицитную глюкозу из уксусной кислоты, поступающей в больших количествах из содержимого рубца. Жвачные считаются физиологически гипогликемичными животными. Филогенетически сложилось, что их основной корм — грубая растительная пища, увеличивающая долю ацетата в содержимом рубца. Легкогидролизуемые углеводы в содержимом рубца снижают процент ацетата и повышают долю пропионата и бутирата, что результируется в понижении рН (M. Oba с соавт., 2015). При перманентном дефиците глюкозы повышается соотношение соматотропина и инсулина, что свидетельствует об активизации метаболически неэффективного процесса глюконеогенеза. Одновременно в крови возрастает концентрация неэтерифицированных жирных кислот, указывающая на рост липолиза в жировых депо. Отмечается низкое отношение количества инсулина и глюкагона при увеличении концентрации мочевины. Снижается жирность молока (F. Piccioli-Cappelli с соавт., 2014). Пероксисомы частично способны осуществлять b-окисление жирных кислот до 13-го углеродного атома, что снимает напряженность с цикла Кребса и потенцирует изменения его метаболической направленности. Авторы рассматривают глиоксилатный цикл в организме животного как возможность форсифицировать обмен веществ и продуктивность. Путь окисления двууглеродных кислот энергетически более экономичен и эффективен, чем окисление в цикле трикарбоновых кислот, поскольку глиоксилатный цикл представляет собой укороченный цикл трикарбоновых кислот, способный функционировать, исключая лимитирующие реакции с участием изоцитратдегидрогеназы и a-кетоглутаратдегидро-геназы (В.П. Галочкина с соавт., 2011). Во-вторых, обязательному рассмотрению подлежат новые гипотетические положения о ведущей роли в регуляции обмена веществ многофакторных взаимосвязей между моно- и мультимолекулярными констелляциями (как временно образующимися, так и постоянно действующими) моно- и полимерных биологически активных веществ, гормонов и ферментов. В эту обширную специфическую группу входят инсулин, пероксисомальный цистеамин, глиоксилевая кислота, кислород, гидропероксид и оксидазы D-аминокислот. Излагаемые в статье теоретические положения прошли первичную валидацию в модельных экспериментах на интенсивно откармливаемых бычках с применением агониста b-адренэргических рецепторов кленбутерола.
Ключевые слова:регуляция метаболизма, пероксисомы, глиоксилатный цикл, оксидаза D-аминокислот, глиоксилат, цистеамин, инсулин, гидропероксид, кислород.
V.P. Galochkina, A.V. Agafonova, V.A. Galochkin
The authors believe that the explanation of the accumulated data on metabolic processes in highly productive ruminant animals, which for the time being remains within the framework of the existing physiological and biochemical paradigm, requires an in-depth interpretation on a fundamentally new experimental and conceptual basis, which assumes an analysis of the complex interconnections of the set of objects and their functions that were previously not considered. First, , it is necessary to consider the biochemistry of intracellular compartmentalization from a different point of view based on the strict mutual complementarity of the mitochondrial Krebs cycle and the cytoplasmic glycolysis and gluconeogenesis with a peroxisomal glyoxylate cycle. The possibility of glyoxylate cycle functioning in highly productive ruminants was postulated by the authors for the first time following from experimental data on catalytic activity of isocitrate lyase (EC 4.1.3.1) and malate synthase (EC 4.1.3.2) (V.P. Galochkina et al., 2012). The presence of these enzymes allows the synthesis of glucose from acetic acid, which comes in large quantities from the contents of the rumen. Ruminants are physiologically hypoglycemic. Phylogenetically, they mainly eat coarse vegetable food which increases the proportion of acetate in the rumen content. Easily hydrolyzed carbohydrates in the rumen content reduce the percentage of acetate and increase the proportion of propionate and butyrate, which results in a decreased pH (M. Oba et al., 2015). Permanent glucose deficiency causes an increase in the somatotropin to insulin level indicating an increase in the metabolically ineffective gluconeogenesis. Simultaneously, the blood concentration of unesterified fatty acidы increases, indicating an increase in lipolysis in fat depots. There is a low ratio of insulin to glucagon with an increase in urea concentration. Milk fat content reduces (F. Piccioli-Cappelli et al., 2014). Peroxysomes are partially capable of beta-oxidation of fatty acids to C 13, which facilitates Krebs cycle and allows changes in its metabolic orientation. The authors consider the glyoxylate cycle as a chance which enables the animal to improve metabolism and intensify productivity. Bicarbon acid oxidation is energetically more effective compared to tricarboxylic acid cycle, since the glyoxylate cycle is a shortened of tricarboxylic acid cycle capable of functioning without limiting isocitrate dehydrogenase and alpha-ketoglutarate dehydrogenase reactions (V.P. Galochkina et al., 2011). Secondly, one must considered hypothetical provisions on the leading regulatory role of multifactorial interrelationships between mono- and multimolecular constellations of mono- and polymeric biologically active substances, hormones and enzymes, both temporarily formed and constant. This extensive group of specific agents includes insulin, peroxisomal cysteamine, glyoxylic acid, oxygen, hydroperoxide and D-amino acid oxidases. The theoretical positions stated in the article have passed primary validation in model experiments on intensively fattened bulls with the use of clenbuterol, the agonist of beta-adrenergic receptors.
Keywords: regulation of metabolism, peroxisomes, glyoxylate cycle, D-amino acid oxidase, glyoxylate, cysteamine, insulin, hydroperoxide, oxygen.
ФГБНУ Всероссийский НИИ физиологии, биохимии |
Поступила в редакцию |
