Lee, Chul-Won: Untersuchungen zum Threoninstoffwechsel bei Laborratten und Küken in Abhängigkeit von der Protein- und Threoninversorgung

Dissertation (PDF (.pdf), 536 KB)

Schlüsselwörter
Threonin, Glycin, Aminoaceton, Threonindehydrogenase Aktivität, Threoninwirksamkeit
threonine, glycine, aminoacetone, threonine dehydrogenase activity, threonine efficiency

Sachgruppe der DNB
39 Landwirtschaft, Garten
Basisklassifikation
48.61 Tierernährung, Tierfutter
Göttinger Online Klassifikation
YA

Dissertation zur Erlangung des Doktortitels, angenommen von: Georg-August-Universität Göttingen, Fakultät für Agrarwissenschaften, 2001-07-12

Abstract (english)

Aim of this research was to determine the effects of different supply of crude protein (CP), threonine (Thr) and glycine (Gly) on threonine dehydrogenase activity (TDG activity) in the liver of chickens and laboratory rats under conditions of different threonine supply. A total of 7 experiments with feather-sexed male Cobb chickens and white Wistar rats were done in different age periods:
Experiment 1:
Chicken day 15-25, different CP contents. The calculated CP contents were 5.5%, 11.0%, 16.5%, 22.0%, 27.5% and 33.0%.
Experiment 2:
Chicken day 17-30, 18.5% and 22.5% CP and 0.45% and 0.60% true fecal digestible threonine (dThr).
Experiment 3:
Chicken day 10-20, 16.5% and 22.0% CP and different threonine levels.
Experiment 4:
Chicken day 1-49, standard feeding program. Determination of liver threonine dehydrogenase at days 7, 21, 35 and 49.
Experiment 5:
Chicken day 5-15, 22.0% CP content, different glycine and threonine levels.
Experiment 6:
White Wistar rats in live weight range from 106-140 g with CP contents of 0%, 6.0%, 12.0%, 18.0% and 24.0%.
Experiment 7:
White Wistar rats in live weight range from 149-167 g and CP contents of 12.0% and 18.0% with different threonine levels. At the end of the experiments the livers were taken from 6 animals for the in vitro TDG assay. The threonine efficiency was calculated from results of N-balance trials with an exponential N-utilization model.
Summary of the Results:
1. The elevation in CP content caused a significant increase in TDG activity in the livers of chickens starting at 22.0% CP in the feed mixtures despite a limited threonine supply. Threonine efficiency remained unchanged up to an CP content of 27.5%, dropping off significantly at 33.0% CP. This means that an intensified TDG-induced breakdown of threonine caused a reduction in threonine efficiency in the feed mixtures with a high CP content.
2. There was no effect on the TDG activity in the chick liver in the presence of an CP content of 18.5% and an increase in threonine concentration from 0.45% to 0.60 % dThr. However, TDG activity in the chick liver was elevated at an CP content of 22.5% and a 0.60% content of dThr. These findings might delineate the range in which threonine no longer has a limiting effect.
3. At a content of 16.5% CP and an increase in the Thr concentration from 0.65% to 0.79%, no influence on TDG activity was determined in the chick liver. By contrast, there was a significant increase in TDG activity when the CP content was 22.0% and the Thr content increased from 0.86% to 1.05%.
4. During the course of the phase-feeding experiment, there proved to be age-dependent changes in TDG activity that can be explained as phases in which a specifically high metabolic need for glycine existed.
5. At an CP content of 22.0% (Gly + Ser content 1.55%), the elevation in Thr content from 0.45% to 0.60% dThr led to an increased accumulation of Gly in the liver mitochondria, but not to a significant increase in TDG activity. After adding Thr at 1.90% Gly+Ser and 22.0% CP, TDG activity increased significantly. This finding would indicate the end of the Thr limit range.
6. In laboratory rats fed on a protein-free diet, TDG activity was at its lowest, increased during an CP rise to 12.0% CP, decreased slightly down to 18.0% CP and showed a trend to increase from 18.0% to 24.0% CP. Overall, the CP level only had a random effect on TDG activity.
7. The increase in Thr content from 0.28% to 0.72% in the presence of 12.0% CP caused a gradual increase in TDG activity in rat liver mitochondria. This similarly applied to the feed admixed with 18.0% CP, but at a higher level. The TDG activity was almost exclusively modulated by amino acetone accumulation. TDG activity and Thr efficiency would indicate the end of the Thr limit range. Accordingly, the in vitro TDG activity in the livers of chicks and laboratory rats is not solely affected by the Thr concentration in the feed, but also by the CP content and, hence, by the supply of other amino acids and by the animal's age. Interpretation of the TDG changes (in vitro) is difficult since there are apparent connections to the non-specific catabolism rate of other amino acids. There is obvious, albeit limited evidence of connections to the parameter of Thr efficiency. Further research is required before quantitative conclusions can be drawn.

Abstract (deutsch)

Ziel der vorliegenden Arbeit war es festzustellen, ob die unterschiedliche Versorgung mit Protein (XP), Threonin (Thr) und Glycin (Gly) bei einer limitierten Threoninversorgung einen Einfluss auf die Threonindehydrogenase-Aktivität (TDG-Aktivität) in der Leber von Küken und Laborratten hat. Dazu wurden 7 Versuche mit federgesexten männlichen Cobb-Küken und weißen Wistar-Ratten in verschiedenen Altersstufen und Lebendmassebereichen durchgeführt:
Versuch 1:
Küken vom 15. - 25. Lebenstag bei unterschiedlichen Rohproteingehalten. Die kalkulierten XP-Gehalte lagen bei 5,5%; 11,0%; 16,5%; 22,0%; 27,5% und 33,0%.
Versuch 2:
Küken vom 17. - 30. Lebenstag bei XP-Gehalten von 18,5% und 22,5% mit jeweils 2 Threoninstufen von 0,45% und 0,60% wahr fäcal verdaulichem Threonin.
Versuch 3:
Küken vom 10. - 20. Lebenstag bei XP-Gehalten von 16,5% und 22,0% und einer Steigerung des Threoningehaltes von 0,65% auf 0,79% Threonin bei 16,5% XP und 0,86% auf 1,05% Threonin bei 22,0% XP.
Versuch 4:
Küken vom 1. - 49. Lebenstag in Bodenhalten bei praxisnaher Phasenfütterung. Die Prüfung der Leber-Threonindehydrogenase erfolgte am 7., 21., 35. und 49. Lebenstag.
Versuch 5:
Küken vom 5. - 15. Lebenstag bei einem XP-Gehalt von einheitlich 22,0% und Glycingehalten von 0,64% und 0,98% und wahr fäcal verdaulichen Threoningehalten von 0,45% und 0,60% bei 0,64% bzw. 0,98% Glycingehalt. Die Gly+Ser-Gehalte betrugen insgesamt 1,55% bzw. 1,90%.
Versuch 6:
Weiße Wistar-Ratten im Lebendmassebereich von 106 - 140 g bei XP-Gehalten von 0%, 6,0%, 12,0%, 18,0% und 24,0%.
Vesuch 7:
Weiße Wistar-Ratten im Lebendmassebereich von 149 - 167 g und XP-Gehalten von 12,0% und 18,0% mit unterschiedlichen Threoningehalten von 0,28%, 0,42% und 0,72% bei 12,0% XP bzw. 0,42%, 0,52% und 0,72% bei 18,0% XP. Am Ende des jeweiligen Vesuches wurden die Lebern von jeweils 6 Tieren entnommen und für die Bestimmung der TDG-Aktivität in vitro aufbereitet. Die Threoninwirksamkeiten wurden aus N-Bilanzversuchen mit einem exponentiellen N-Verwertungsmodell abgeleitet.
Folgende Ergebnisse wurden erzielt:
1. Durch die Erhöhung der XP-Gehalte stieg die TDG-Aktivität in der Kükenleber ab 22,0% XP in der Futtermischung trotz limitierter Threoninversorgung signifikant an. Die Threoninwirksamkeit war unverändert bis zu einem XP-Gehalt von 27,5% und fiel bei 33,0% XP signifikant ab. D. h. durch einen verstärkten Abbau von Threonin durch die TDG erfolgte eine Verminderung der Thr-Wirksamkeit bei der Futtermischungen mit hohem XP-Gehalt.
2. Bei einem XP-Gehalt von 18,5% und einem Anstieg der Thr-Konzentration von 0,45% auf 0,60% dThr zeigte sich kein Einfluss auf die TDG-Aktivität in der Kükenleber, wohl aber bei einem XP-Gehalt von 22,5% und einem Gehalt von 0,60% dThr war die TDG-Aktivität in der Kükenleber erhöht. Das könnte den Bereich angeben, in dem Threonin nicht mehr limitierend wirkt.
3. Bei einem Gehalt von 16,5% XP und einem Anstieg der Thr-Konzentration von 0,65% auf 0,79% wurde kein Einfluss auf die TDG-Aktivität in der Kükenleber ermittelt, dagegen stieg die TDG-Aktivität bei einem Gehalt von 22,0% XP und einer Erhöhung des Thr-Gehaltes von 0,86% auf 1,05% signifikant an.
4. Im Verlauf des Phasenfütterungsversuches zeigten sich altersabhängige Veränderungen der TDG-Aktivität, die mit Phasen eines besonders hohen metabolischen Bedarfes an Glycin erklärt weden können.
5. Bei einem XP-Gehalt von 22,0% (Gly + Ser-Gehalt 1,55%) führte die Erhöhung des Thr-Gehaltes von 0,45% auf 0,60% dThr zu einer mehreren Akkumulation von Gly in den Lebermitochondrien, jedoch nicht signifikantem Anstieg der TDG-Aktivität. Bei 1,90% Gly+Ser und 22,0% XP stieg die TDG-Aktivität nach Thr-Zulage signifikant an. Dieser Befund weist auf das Ende des Thr-Limitierungsbereiches hin.
6. Bei Laborratten lag die TDG-Aktivität bei einer proteinfreien Ration am niedrigsten, erhöhte sich bei einer XP-Steigerung bis 12,0% XP, verringerte sich geringfügig bis 18,0% XP und stieg von 18,0% bis 24,0% XP tendenziell an. Insgesamt beeinflusste das XP-Niveau die TDG-Aktivität aber nur zufällig.
7. Der Anstieg des Thr-Gehaltes von 0,28% auf 0,72% bei 12,0% XP bewirkte einen allmählichen Anstieg der TDG-Aktivität in den Rattenlebermitochondrien. Das trifft ebenfalls für die Futtermischung mit 18,0% XP zu, allerdings auf einem etwas höheren Niveau. Die TDG-Aktivität wurde nahezu ausschließlich durch die Aminoacetonakkumulierung moduliert. TDG-Aktivität und Thr-Wirksamkeit zeigten das Ende des Thr-Limitierungsbereiches an. Die in vitro TDG-Aktivitäten der Leber von Küken und Laborratten wird demnach nicht nur durch die Thr-Konzentrationen im Futter sondern auch vom XP-Gehalt und damit dem Angebot anderer Aminosäuren sowie vom Alter beeinflusst. Da offensichtlich Zusammenhänge zur unspezifischen Katabolisierungsrate anderer Aminosäuren bestehen, wird die Interpretation von TDG-Veränderungen (in vitro) erschwert. Bezüge zum Parameter Thr-Wirksamkeit sind mit Einschränkungen deutlich geworden und müssen, bevor quantitative Aussagen möglich sind, weiter erforscht werden.

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