•Az Agrármérnöki MSc szak tananyagfejlesztése •TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0010 projekt
TERMELÉSÉLETTAN
Debreceni Egyetem Nyugat-magyarországi Egyetem Pannon Egyetem
A projekt az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg.
A növekedés szabályozása, a hústermelés élettani alapjai
Tartalmi összefoglalás
A fejezet tárgyalja a növekedési hormon hatását a fejlődő (növendék) állatok gyarapodásának intenzitására, valamin testösszetételük befolyásolására Foglalkozik a növekedési hormon hatásának fokozása érdekében használatos eljárások élettani alapjaival Bemutatja az IGF és az egyéb növekedési faktorok hatásának élettani alapjait a hústermelő állatokban
Hipofízisirtás borjakban •Kemény (1974)
Hypophysectomia 21 napos korban 21,6 kg
Ugyanez a hypophysisétől megfosztott borjú, 3 év múlva 166,6 kg
Kontroll ikerborjú, 21 napos 21,8 kg
Ugyanez a kontroll borjú, 3 év múlva 503 kg
A bovin növekedési hormon (bST) aminosav szekvenciája; WALLIS (1978) H2N 1 60
10 50
160
70
20 40
170
180 190 COOH
150 140
80
30
130
90
120
100
110
Jerkebárányok hízlalási paraméterei, a vérplazma hormonjainak koncentrációja és a húsipari test összetétele napi bGH (0,1 mg / Hkg /nap) 12 héten keresztül történő injektálását követően ( JOHNSSON és mtsai.,1985)
Paraméterek Élőtömeg gyarapodás (g/nap) Végleges testtömeg (kg) Tak. Értékesítés (kg száraz tak./ kg testtömeg) Húsipari testtömeg (kg) Zsíros gyapjú
Kontroll
284 41,8 4,49
21,70
bGH
347 46,6 3,94
23,0
A kontroll % - ban kifejezve
122,0 111,5 88,0
110,0
0,99
1,49
150,0
0,50
2,40
480,0
28-órás átlagos hormonkoncentráció a 18. héten Plazma GH (ng/ ml) Plazma inzulin (µU/ ml)
53,0
83,9
158,0
Jerkebárányok húsipari testösszetétele napi bGH (0,1 mg / Hg kg/nap) injektálását követően (táblázat folytatása)
Paraméterek
Kontroll
bGH
A kontroll % - ban kifejezve
Sovány hús (kg)
9,2
11,4
124
Csont (kg)
2,4
2,8
117
11,1
9,6
Fehérárú (kg) összes zsír
86,5
A GH néhány biológiai hatása I. A GH által stimulált folyamatok A) Sejtosztódás Sejtszám növekedés DNS polimeráz aktivitás B) Fehérje metabolizmus N -retenció Sejtek aminosav- felvétele Aminosavak beépülése a fehérjékbe RNS polimeráz aktivitás Messenger RNS meghosszabbodás Ornitin-dekarboxiláz aktivitás (poliamin-szintézis) C) Lipidmetabolizmus Zsírsav oxidáció Zsírsavak kiszabadulása az adiposa szövetből
A GH néhány biológiai hatása (MACHLIN, 1976) D) Szénhidrát metabolizmus Szöveti glikogén raktározás Inzulin felszabadulás a hasnyálmirigyből különböző stimulánsok hatására Perifériás inzulin rezisztencia (glükóz intolerancia) Vérplazma glükózszint növekedés E) Ásványianyag metabolizmus Ca és P beépülés a csontokba Ca-forgalom Na, K, P-retenció II., A GH által gátolt folyamatok A) Zsírszintézis és zsírsejt méret
Növekedési hormon (ng ml-1)
A vérplazma növekedési hormon koncentrációjának napszakonkénti változása négy növendék bárányban (Davis és mtsai., 1977)
A napszakok órákban (h)
A központi idegrendszer hatása a növekedési hormon (GH)szekréciójára (BAILE és mtsai., 1985) GABA - gamma-aminovajsav; SRIF – szomatosztatin; GRF - növekedési hormon relasing factor; GH - növekedési hormon; IGF=szomatomedin
Szubsztansz-P α-adrenerg
Opioátok
Kolinerg
(-)
(+)
Dopaminerg
(+)
GABA
(-)
α-adrenerg
(+)
GABA α-adrenerg
(+) (-)
SRIF GRF
(-)
(+)
5-HT
(+)
(+)
Hipophysis
(-)
GH
(-)
Máj IGF
(-)
Növekedési hormon (ng ml-1)
A GH vérszérum koncentrációjának változása humán pancreas GRF-44-NH2 intravénás injektálását követően növendékbikákban
● ○ ■ □
sóoldat -10 μg - sóoldat -10 µg -25 μg - 25 µg
- 50 μg -50 µg ▲ - 100 μg -100 µg
Injektálás ideje
Idő (perc)
Növekedési hormon (ng ml-1)
A GH vérszérum koncentrációjának változása juh GRF-44-NH2 intravénás injektálását követően növendék bárányokban
● ○ ■ □
sóoldat - sóoldat
-10 μg
-0,0625 µg kg-1
-25 μgµg kg-1 -0,125 -0,25 - 50 µg μgkg-1
µg μg kg-1 ▲ --0,5 100 -1,0 µg kg-1
Injektálás ideje
Idő (perc)
Növekedési hormon, ng/ml
A szérum növekedési hormon (ST) koncentrációinak alakulása húshasznú üszőkben 2,5 µg/ ttg. kg növekedési hormon releasing faktor (GRF) intravénás adagolását követően; SIMPSON és mtsai., (1992).
GRF CON
Az adagolás tól eltelt idő percben kifejezve
Napi 1 µg/ ttg.kg növekedési hormon releasing faktor (GRF) s. c. adagolásának hatása hízóüszők hízlalási teljesítményre; ENRIGHT és mtsai., (1993) Kontroll
GRF
Szign.
Kezdeti tömeg, (kg)
344,4
345,7
NS
Befejező tömeg, (kg)
446,3
453,0
NS
Napi tömeggyarapodás, (kg)
1,17
1,26
Takarmányértékesítés
8,27
7,36
NS = nem szignifikáns
NS
P<0,01
Növekedési hormon, ng/ml
Növekedési hormon releasing faktor ellen immunizált (GRFi)* és kontroll (HSAi)** hízóüszők növekedési hormon (ST) koncentrációi a vérszérumban; SIMPSON és mtsai., (1991).
GRFi HSAi
Az immunizálástól eltelt idő percben kifejezve
* a GRF elleni immunizáció 5 µg/ ttg.kg mennyiségű antipeptid (FK33-824) intravénás adagolásával történt ** a kontroll egyedek 5 µg/ ttg.kg mennyiségű humán szérumalbumin ellen kifejlesztett antipeptidet kaptak intravénásan
Testtömeg, kg
GRFi HSAi
Faggyúréteg, cm
Csípőmagasság, cm
Növekedési hormon releasing faktor ellen immunizált (GFRi) és kontroll (HSAi) hízóüszők csípőmagassága, testtömege és faggyúrétegének vastagsága (11. és 12. bordák között); SIMPSON és mtsai.,(1991) GRFi HSAi
GRFi HSAi
A kísérlet kezdetétől eltelt napok
Szomatosztatin ellen immunizált növendékbikák
tömeggyarapodása (RODER & GARBER, 1989 Napi átlagos tömeggyarapodás (kg) Változat
Kontroll
SS immunizált
SE
0-100 nap
1,09
1,14
0,03
0-184 nap
1,20
1,33*
0,05
*p < 0,10
)
Rekombinált bovin növekedési hormon (rbST) hatása hízóbikák teljesítményére; DALKE és mtsai., (1992) Az adagolt rbST mennyisége
Szign. 0
40
80
160
Kezdeti tömeg, (kg)
378
375
387
379
NS
Befejező tömeg (kg)
552
548
555
563
NS
Napi tömeggyarapodás, (kg)
1,70
1,68
1,72
1,79
NS
Napi szárazanyag-felvétel, kg/ ttg.kg
1,88
1,82
1,82
1,74
L**
Takarmányértékesítés
6,20
5,91
5,85
5,45
L**
L = lineáris ; **P < 0,05; ***P < 0,01
Somatostatin (SRIF) ellen immunizált bárányok növekedési intenzítása
Immunizálás Élősúly (kg)
SRIF ellen: ●- - -● Globulin ellen (kontroll):
o
o
Passziv immunizáció : ▲- - - - -▲
Kor (hetek)
Szintetikus (recombinált) DNS segítségével előállított STH •Egy humán STH szekrécióját kodoló gén előállítása (Goedel et al. 1979)
Szintetikus aminósaclánc (DNA 1-23)
+
a humán hipofízis sejt DNS szekvenciája (24-191)
rh DNS
E. coli plasmid
rh STH
Rh = rekombinált humán (emberi)
Napi 4 mg rekombinált bovin (rbST) és ovin növekedési hormon (roST) s. c. adagolásának hatása hízóbárányok teljesítményére; McLAUGHLIN és mtsai., (1993)
Kontroll
rbST
roST
Szign.
12
-
Állatszám
11
Napi tömeggyarapodás, g
290
380 (131%) 370 (127%)
P<0,05
Takarmányértékesítés
8,45
6,74 (80%)
P<0,05
12
6,77 (80%)
Rekombinált bovin növekedési hormonnal (rbST) kezelt hízóbikák vágott testtömegének fehérjemennyisége; DALKE és mtsai., (1992)
Kg
50
40
30 0
40
80
Adag, rBST (mg/ttkg)
160
Rekombinált bovin növekedési hormonnal (rbST) kezelt hízóbikák vágott testtömegének zsírmennyisége; DALKE és mtsai., (1992) 90
Kg
80
70
60 0
40
80
Adag, rBST (mg/ttkg)
160
Rekombinált bovin növekedési hormonnal (rbST) kezelt hízóbikák vágott testtömegének vízmennyisége; DALKE és mtsai., (1992) 160
Kg
150 140 130 120 0
40
80
Adag, rBST (mg/ttkg)
160
Monoklonális ellenanyagok hatása a növekedési hormon aktivitásának fokozására ASTON, 1987
Az immunoglobulin (IgG) szerkezete
A molekula két polipeptidből áll: a., nehéz lánc (fehér és világos részek) b., könnyű lánc (bíbor és sötétkék részek)
Antigén-ellenanyag reakció az állati szervezetben kötőhelyek
ellenanyag
antigén
Precipitáció
2
1,5
1
0,5
35 SO
4
beépülés a bordaporcokba
Bovin növekedési hormon (bGH)* aktivitásának** fokozása monoklonális ellenanyaggal (OA11) hipofízis-törpe egerekben (n=6); ASTON és mtsai., (1987)
0
0
2
2,8
3,3
4,2
Monoklonális ellenanyag (OA11) Log10ABT50 *A kísérleti állatok naponta 50 µg bGH injekcióban részesültek ** A GH aktivitását az SO4 bordaporcokba épülésének mértékén keresztül minősítették;
mértékegysége: dpm / mg x 10-3
Bovin növekedési hormon (bGH) aktivitásának fokozása a peptidlánc eltérő szekvenciáira irányuló antiszérum restrikcióján (korlátozásán) keresztül, hipofízis-törpe egerekben; ASTON és mtsai., (1987) 35-53 **MAB+Kontroll + 50 μg bGH 167-191 134-154
Az antiszérum 120-140 által 53-73 blokkolt peptidegység (Ig) 32-46 *Kontroll Sóoldat 0
1
2
3
Növekedés mértéke (35 SO4 felvétel) *Kontroll Ig = ovalbuminnal immunizált juhokból származó Ig **MAb = monoklonális ellenanyag
4
A növekedési hormon hatásmechanizmusának vázlata és a „hatásfokozó” antitest feltételezett szerepe: ASTON és mtsai. (1991) GH receptorok növekedési célra GH receptorok nem növekedési célra R1
Kötő fehérje
Hipofízis
R2
Máj
IGF-1 IGF-1BP
Kötő fehérje Izom
Hormon
Zsír
GH
Homológ MAb Prolaktin vagy placentális laktogén
MAb= Monoklonális antitest
Egyéb
A test összes fehérjetartalma (kg-ban)
A növekedési hormon 134 -154-es peptidegysége ellen irányuló aktív és passzív vakcinázás hatása hízóbárányok vágótömegének fehérjetartalmára; 4,5
ASTON és mtsai., (1991).
4
3,5
3 Kezeletlen kontroll (ovalbumin)
*Passzív
**Aktív
*Passzív = 0,1 mg/ ttg.kg GH + ovalbuminhoz kötött antipeptid (134-154 Ig)
**Aktív = 0,1 mg/ ttg.kg GH + aktív immunizáció ovalbuminhoz kötött 134-154 Ig peptidszekvencia
A vérszérumból izolált növekedési faktorok I. SALMON és DAUGHDAY, (1957) - Szulfatizációs faktor: serkenti az [ 35S ] szulfát beépülését a porcszövetekbe - A későbbiekben (1972) szerzők más biológiai aktivitást is tulajdonítanak neki, így elnevezik Szomatomedinnek (SM) II. FROESCH és mtsai., (1978) - Egy olyan faktort izolál a vérszérumból mely inzulin-szerű aktivitással bír, mivel ezt inzulin elleni antitesttel nem tudja inaktiválni elnevezik: el nem nyomható inzulin-szerű aktivitásnak (NSILA) - Későbbi kutatásokban két peptidfaktor: IGF-1 és IGF-2 III. PIERSON és TEMIN, (1972) - Az in vitro sejtosztódás csak vérszérum jelenlétében mehet végbe normálisan; multiplication stimulating activity (MSA)
Az IGF tulajdonságai
IGF-1 kb. 7500 Da molekulasúly 70 AA-ból álló peptid a bovin és a humán szérumból azonos szerkezetben izolálták IGF-2 kb. 7000 Da molekulasúly 67 AA-ból álló peptid a humán és a bovin 3 aminósavban eltér
Plazma IGF (ng/mL)
A plazma IGF-I koncentrációinak alakulása növendékbárányokban különböző formájú bovin (methionil; M-bST és alanil; A-bST) és ovin (oST) 4 mg/ nap dózisú intravénás adagolását követően; McLAUGHLIN és mtsai., (1993).
4 mg/nap O-bST 4 mg/nap A-bST
kontroll
A kísérlet kezdete napokban
Az inzulinszerű növekedési faktor (IGF) endokrin, parakrin és autokrin aktivitásának vázlata. A vázolt folyamatokat a növekedési hormon (szomatotropin) szabályozza; McGUIRE és mtsai., (1992).
MÁJ Hipofízis
IGF
IGF
Célsejt
Célsejt
Az IGF-I hatása a fehérje-degradációra patkányból származó miotubulus kultúrákban; HONG és FORSBERG, (1994)
Napi fehérje-degradáció
20
15
10 DMEM / 0,5 % BSA
+ 200 ng/ml IGF-1
- DMEM ( Dulbecco szerint módosított Eagle medium)= inkubációs anyag - BSA = Bovin szérumalbumin
30
20 (ezer)
TCA-val precipitálható DPM
Az inzulin és az IGF-I hatása a fehérjeszintézisre sertés embrionális eredetű miotubulus kultúrákban; HEMBREE és mtsai., (1991).
10
0 DMEM
BSA
TCA = triklórecetsav
BSA/IGF
BSA/INS Kezelések
DPM = differenciálódott sertés miofibrillum
DMEM (Dulbecco szerint módosított Eagle medium) = inkubációs anyag BSA = bovin szérumalbumin
Az inzulinszerű növekedési faktorok élettani hatása; FLORINI (1987) Serkenti: - A sejtek aminosav felvételét - A fehérjeszintézist
- A sejtek glükóz-felvételét - A DNS – szintézist - Az RNS – szintézist
- A sejtproliferációt - A sejtosztódást
Gátolja: A fehérjék lebomlását az izmokban
•Az IGF-I mint genetikai marker a húsmarha nemesítésében Borjazási százalék növelése (REDDY és mtsai., (1996) - Fajta: Angus
- Vizsgálat: A vérplazma IGF-I cc.– it mérték növendéküszőkben a választást követő 28., 42. és 56. napon.
- Eredmény: A nagyobb IGF-I cc.-val rendelkező vonal 7%-al jobb borjazási eredménnyel rendelkezett mint a kisebb vérplazma cc.-jú. Következtetés:
A választást követő vér IGF-I cc. hasznos szelekciós marker lehet a borjazási százalék növelésére.
Ellenőrző kérdések
A növekedési hormon (STH) milyen szabályozó folyamatokon keresztül serkenti a fiatal állatok növekedését? Az STH hogyan befolyásolja a vágottárú összetételét? Mit tud az inzulin-szerű növekedési faktorokról (IGF), milyen élettani szerepük van a növekedés szabályozásában?
KÖSZÖNÖM FIGYELMÜKET !
Következő előadás címe: A hímivarú állatok szaporodásbiológiai folyamatai és azok szabályozása • Előadás anyagát készítették:
Dr. Husvéth Ferenc
