动物营养学Protein-nutrition课件

Chapter3

ThePrincipleofProteinNutrition蛋白质营养原理11.Tounderstandandgraspthesimilarityanddifferenceintheproteinnutritionbetweenmonogastricandruminantanimals.2.Tounderstandtheconceptonthequalityoffeedproteinandapproachestoimprovingtheutilizationoffeedprotein.3.Tolearntheturn-overmetabolismofprotein.TheObjective2ContentsSectionI:ThecompositionandphysiologicalfunctionsofproteinsSectionII:ThePrincipleofproteinnutritioninmonogastricanimalsSectionIII:ThePrincipleof

proteinnutritioninruminantsSectionIV:Theturn-overmetabolismofprotein3SectionI:Thecompositionandphysiologicalfunctionsofproteins2.Thephysiologicalfunctionsofproteins1.Thecompositionandstructureofproteins4Proteinsarecomplexorganiccompoundsofahighmolecularweight.Theycontaincarbon,hydrogen,oxygen,nitrogenandoftensulphur(andPhosphorus).

Theapproximateelementarycontentofproteins：

C50~55%H6~8%O20~23%

N15~18%(16%onaverage)S+P<1%(1)Theelementarycompositionofproteins:1.Thecompositionandstructureofproteins5Aminoacid(AA)isthefundamentalstructuralunitofproteins.Thus,proteinsarepolymersofAAs.ThebasicstructureofanAAisshownbelow:(2)Basicstructuralunitofproteins:R–

C–

COOHHNH2ThecharacteristiccomponentsofanAAarethecarboxylgroup(COOH)andtheaminogroup(NH2)onthe

-carbonatom.Thus,allAAsarecalledas

-aminoacids.The

-carbonatomisasymmetricifRisnotequaltoH.AllnaturalAAaretype-Limage.1.Thecompositionandstructureofproteins6TwentyAAsexistinnaturallyoccurringproteins.Theycanbeclassifiedintothreegroups,namely,--aliphatic(脂肪族)--aromatic(芳香族)--heterocyclic(杂环族):(3)Classificationofaminoacids:1.Thecompositionandstructureofproteins7GroupI.AliphaticAAs:

A.NeutralAAs

(monoamino-monocarboxylicacids)

Glycine(Gly);Alanine(Ala);Serine(Ser)

Threonine(Thr)

BranchedChainAAs:

Valine(Val);Leucine(Leu)

Isoleucine(Ile)

B.AcidicAAs(mono-amino-dicarboxylicacids)AsparticAcid(Asp);GlutamicAcid(Glu)1.ThecompositionandstructureofproteinsC.BasicAminoAcids(Diamino-monocarboxylicacids)Lysine(Lys);Arginine(Arg);Citrulline(Cit)D.Sulphur-containingAminoAcids

Cysteine(Cysh);Cystine(Cys-Cys);Methionine(Met)81.ThecompositionandstructureofproteinsGroupII.AromaticAminoAcids:

Phenylalanine(Phe);Tyrosine(Tyr)GroupIII.HeterocyclicAminoAcids:

Histidine(His);Tryptophane(Try);

Proline(Pro);Hydroxyproline(Hyp)GroupsIV.Non-proteinAminoAcids

Asparagine(Asn)Glutamine(Gln)9(4)Structureofproteins:describedat4levelsPrimaryStructure:thecombinationofaminoacidsinapropersequencethroughpeptidebondsSecondaryStructure:thepolypeptidechainfoldsintothepropernativeconfirmation.TertiaryStructure:QuarternaryStructure:1.Thecompositionandstructureofproteins101.Thecompositionandstructureofproteins

(5)Crudeprotein(CP):CrudeproteinisthesumofallN-containingcompoundsinfeedstuffs,includingtrue

proteinsandnon-proteinnitrogenouscompounds(NPN).ItcanbeestimatedbymultiplyingtheNcontentoffeedstuffsbyafactorof6.25.TheNcontentisdeterminedwiththeKjeldahlprocedure.(6)Non-proteinnitrogenouscompounds(NPN):TheNPNincludesaminoacids,amides(asparagine,glutamine,urea,etc),nitrogenousglucosides,alkaloids,ammoniumsalts,nitratesetc.112.Thephysiologicalfunctionsofproteins

Tissuessuchasskin,muscle,cartilage(软骨);Productssuchaseggs,milk,meat,semen,hair,etc

是除水之外含量最多的养分，占干物质的50%，占无脂固形物的80%。(1)Structuralandimportantcomponentsofthebodytissuesandproductsofanimals122.Thephysiologicalfunctionsofproteins(2)Anessentialnutrientforanimalstorenewtheirbodytissuesandcells

动物体蛋白质每天约0.25%-0.3%更新，约6-12月全部更新一次13(3)Thebasicmatterforanimalstoembodytheirlivingactivitiesandregulate

bodymetabolismB.Muscularproteins:MuscularcontractionA.Haemoglobin：oxygen

carriageC.Enzymesandhormones:Regulationofbodymetabolism2.Thephysiologicalfunctionsofproteins14(3)Thebasicmatterforanimalstoembodytheirlivingactivitiesandregulate

bodymetabolism2.ThephysiologicalfunctionsofproteinsF.Nucleoproteins:Transmissionandexpressionofgeneticinformation

E.Transportproteins

(carrier):lipoprotein,calciumbindingglycoproteinetc.D.Immunoglobulin：Anti-disease15(4)Supplyingenergybyoxidation,orbeingconvertedintoglucoseandfatinanimalbodies

2.Thephysiologicalfunctionsofproteins16SectionII:ThePrincipleofproteinnutritioninmonogastricanimals1.Digestionandabsorption2.Aminoacidsnutrition3.ThetheoryofAAbalanceandidealprotein17

Dietaryproteinismainlydigestedinthestomach(20%)anduppersmallintestine(60-70%)

一、Digestionandabsorption1.Digestionsites18表3.1消化道内主要蛋白酶类种类来源分解底物最终产物胃蛋白酶胃液蛋白质、胨凝乳酶胃液（幼龄动物）酪蛋白酪蛋白钙、、胨胰蛋白酶胰液蛋白质、胨、肽糜蛋白酶胰液蛋白质、胨、肽羧基肽酶小肠液肽氨基酸氨基肽酶胰液二肽氨基酸小肠液、胨、肽氨基酸二肽酶小肠液、胨、肽氨基酸2.Digestiveenzymes193.消化过程（图）20HCL胃蛋白酶胰蛋白酶糜蛋白酶羧肽酶胃蛋白酶原胰蛋白酶原糜蛋白酶原羧肽酶原壁细胞主细胞胰AA&二/三肽刷状缘(肠细胞)LargeProteinUnfoldedProteinSmallerProteinSmallerProteinSmallerProteinSmallerProteinAA,di&tripeptides

吸收肠激酶胃21（4）顺序：L-AA>D-AA

Cys>Met>Try>Leu>Phe>Lys≈Ala>Ser>Asp>Glu4.吸收（1）部位:小肠上部（2）方式:主动吸收（3）载体:碱性、酸性、中性系统225.影响蛋白质消化吸收的因素(1)动物年龄：消化酶发育的时间效应(2)日粮蛋白质种类与水平：底物诱导效应(3)日粮矿物元素水平：酶激活剂(4)日粮粗纤维水平：缩短消化时间23(8)影响吸收的因素：AA平衡、肠粘膜状态(5)抗营养因子：胰蛋白酶抑制剂(6)饲料加工：热损害(7)饲养管理：补饲、饲喂次数、饲喂量

24二、Aminoacidsnutrition1.Aminoacids

metabolism饲料蛋白葡萄糖酮体游离氨基酸能量肌肉、酶、抗体25(4)Trp------>5-HT(5-羟色胺)，调节采食量

2.Nutritionalfunctionofaminoacids(1)合成蛋白质：Lys的作用几乎全在于此(2)分解供能：小肠可能不能降解Asp、Cys、Trp(色)、His(3)参与免疫调节过程:Thr(苏)、SAA(硫)、Gln、Val(5)Thr

与生糖、维持和采食量调节(7)Gln在仔猪肠道发育和供能中具有重要作用(6)BCAA与体蛋白周转和能量代谢

Leu

促进骨骼肌蛋白的合成26Growingpiglet：10种EAA-赖、蛋、色、苯丙、亮、异亮、缬、苏、组、精氨酸3.Essentialaminoacids(EAA）必需氨基酸Concept:Theycannotbesynthesizedintheanimalsbodyorsynthesizedatasufficientrateenoughtomaintainmaximumperformancebytheanimal.Thustheyarerequiredinthediet.Mature

pig：8种---不包含组氨酸和精氨酸Poultry：13种-包含甘氨酸、胱氨酸、酪氨酸275.条件性必需氨基酸：

特定条件下必需由饲料供给的AA.

如：对仔猪，Arg、Gln是条件性EAA6.非必需氨基酸（NEAA）4.Semi-essentialaminoacid(Semi-EAA)—能代替或部分节约EAA的AA丝氨酸甘氨酸（部分）胱氨酸蛋氨酸（50%）酪氨酸苯丙氨酸（30-50%）287.必需氨基酸和非必需氨基酸比较（1）相同构成蛋白质的基本单位；维持动物生长和生产的必需成分；数量必须满足蛋白质合成需要；（2）不同点

在体内合成的速度和数量不同；血液中的浓度是否取决于饲粮中相应氨基酸的浓度；是否必须从饲粮中供给-----缺乏症；29（2）与EAA比较

相同：LAA一定是EAA

不同：LAA是针对特定的饲料而言

EAA是针对特定的动物而言8.Limitingessentialaminoacids(LEAA,LAA)

限制性氨基酸（1）概念：与动物需要量相比，饲料（粮）中含量最不足的EAA。由于他们的不足，限制了动物对其他氨基酸的利用，导致蛋白质利用率下降。满足需要程度最低的为第一LAA，依次为第二、三、四……等LAA。30（3）确定AA限制顺序的方法（表3.2）表3-2仔猪玉米——豆粕型日粮（粗蛋白18%）的氨基酸化学评分31表3.3饲料AA的限制顺序猪

禽第一第二第三第一第二第三玉米LysTrp

ThrLysArgIle小麦LysThrValLysThr

Arg

大麦LysThrSAALysArgSAA玉米蛋白粉LysTrp

ThrLysTrp

Arg

米糠LysSAAThrLysSAAIle麦麸LysThrSAALysSAAThr32猪

禽第一第二第三第一第二第三豆粕SAAThrLysSAAThrVal棉饼LysSAAThrSAALysIle菜饼SAALysTrpSAAArgIle鱼粉Trp

ThrSAASAA

Arg

Thr

血粉IleSAAThrIleSAAThr

肉粉TrpSAAThrSAATrp

Thr表3.4饲料AA的限制顺序33（2）实践意义：提高蛋白质利用率的有效途径，是配合饲料生产的理论基础之一。9.EAA的作用与蛋白质的互补效应（1）互补效应(Complementaryeffect)

:

由于各种饲料所含EAA种类、含量、限制的程度不同,多种饲料混合可起到AA取长补短的作用。互补作用也可能发生在不同时间饲喂的多种饲料中，但随间隔时间增长，互补作用减弱。

34

(1)AA平衡的概念体内蛋白质合成时，要求所有的必需氨基酸都存在，并保持一定的相互比例。该比例是根据动物的需要来确定。若某种饲粮（料）的EAA的相互比例与动物的需要相比最接近，说明，该饲粮（料）的氨基酸是平衡的，反之，则为不平衡。三、ThetheoryofAAbalanceandidealprotein1.AA平衡理论35饲料中某些氨基酸的缺乏会造成其它氨基酸的浪费,增加动物对日粮蛋白的需要量（2）水桶理论36（1）氨基酸的缺乏1）概念：某种或几种氨基酸含量不足，不能满足动物需要，而影响动物的生产性能。2）缺乏症：氨基酸的缺乏引起其他氨基酸脱氨、氧化分解供能，使蛋白质利用率下降，产生蛋白质缺乏症，个别氨基酸产生特异性症状，如赖氨酸使禽类的有色羽毛白化等。2氨基酸相互作用的类型373）特点：缺乏的氨基酸常常是EAA；常发生在低蛋白饲粮和生长快、高产的动物；缺乏症可通过补充所缺乏的氨基酸而缓解或纠正。蛋白质不足38由于饲粮中某种氨基酸含量过高(大大超过需要量)而引起动物生产性能下降，添加其他氨基酸可部分缓解中毒症，但不能完全消除。在必需氨基酸中，蛋氨酸最容易发生。（2）氨基酸中毒391）概念：由于某种氨基酸含量升高而引起另一种或几种氨基酸需要量提高，这就称为氨基酸拮抗作用。（3）氨基酸拮抗作用(Antagonism

)2）拮抗作用的实质：干扰吸收----竞争相同的吸收载体，或影响代谢----影响酶活性3）常见类型：

赖氨酸与精氨酸亮氨酸与异亮氨酸、缬氨酸40例：Lys与Arg拮抗对鸡生产性能的影响WeightgaininchicksTimeBasalDiet+Lys+ArgBasaldietBasaldiet+excessLys411）概念：饲料氨基酸的相互比例与动物的需求比例不一致2）氨基酸失衡的结果

—蛋白质利用率下降—能量利用率下降—有机物利用率下降—生产水平和效益降低（4）Imbalanceofaminoacids42（1）Concept:Idealproteinistheproteinwiththehighestutilizationefficiency,inwhichthequantitiesofvariousaminoacidsandtheirratiosmatchwiththerequirementformaintainingoptimalperformanceofanimalstotheutmostextentandnoanyaminoacidisunderthelimitation(namely,optimalbalance).

理想蛋白中各种氨基酸(包括NEAA)具有等限制性，不可能通过添加或替代任何剂量的任何氨基酸使蛋白质的品质得到改善。

3.Idealprotein(IP)理想蛋白质43A.Theneedofdevelopingresourcesofproteinfeedstuffsandsubstitutesforhigh-qualityproteinfeedstuff.

B.Theneedofreadjustinglevelsofdietaryproteinandaminoacidsintimewhenthepriceofproteinfeedstuffsrisesortheefficiencyofanimalproductionisreduced.C.TheproblemofseriousenvironmentalpollutionresultedfromagreatdealofNexcretioninanimalfeedingduetolowNavailability.(2)Thenecessityofestablishingidealproteinconcept44D.Excessorunreasonablesuppliesofaminoacidsandproteinsresultinthelossoffeedenergyandincreasethemetabolismloadtoanimals,henceimpairingtheirhealth.E.Theneedofreasonableutilizationofsyntheticaminoacids(kinds↑,price↓)(2)Thenecessityofestablishingidealproteinconcept45Lys的分析测试简单易行；Lys的主要功能是合成蛋白质；Lys需要量大，且常是日粮的第一、二LAA；Lys有关研究资料最多；配制日粮时可应用价格便宜的合成Lys。（3）ThemodelofexpressingidealproteinA.EssentialAminoacidsg/16gN(EAAg/100gCP)B.ComparativeproportionsofEAAtoLys(Lys100)—IdealAAmodel

Reason：46（4）IdealAAmodel(Table3-5,Table3-6）TheproportionofEAAtoNEAA:

Pig：

ARC(1981):45:55 Fuller(1989):50:50 Colin(1993):43.5:56.5 Wang(1989):45:55

Broiler：55:4547Table3.5IdealAAmodelforgrowingpiglet48Table3.6IdealAAmodelforpoultry49—Digestibleidealprotein；—Idealproteinmodelmaychangewithdifferentgenetype,productionpurposeandgrowthstageofanimals;—Effectofoligopeptidenutritiononidealprotein；—Effectoftheturn-overofAAandproteinsonidealprotein；(5)Developmentofidealprotein(Tab.3.7~3.10)50Table3.7DigestibleidealAAmodelforgrowingpiglet

Yenet.al.Yenet.al.Wanget.al.

(1986a)(1986b)(1990)

Lys100100

100

His4346

Met3739

Met+Cys525860

Ile737660

Leu130140111

Phe8695120

Thr646766

Trp192119

Val909775

51Table3.8IdealAAmodelrequiredformainten-anceandproteindepositionofpiglet52Table3.9DigestibleidealAAmodelforthedifferentstagesofgrowingpiglet53Table3.10DigestibleidealAAmodelforthedifferentstagesofBroilers54—EstablishingrequirementofAAforanimals;—GuidingtherationformulaandapplicationofsyntheticAA.Fullreasonableuseoffeedresources;—Predictingtheperformanceofanimals(Tab3.11)

—Realizingtoreducethedietarynitrogencontentandprice,hencereducingnitrogenexcretionandrelievingenvironmentalpollution.（6）Applicationofidealproteinmodel55

Growingperiod

finishingstage

CPintake0.550.50DCPintake0.630.59TotalLysintake0.670.53L-Lysintake0.850.87DigestibleIP

0.850.87Table3.11Theprecisionofpredictingaveragedailygainofpigletswithdifferentindices561）TheadvantageofapplyingsyntheticAA:—Flexibilityofdietaryformula

（7）ApplicationofsyntheticAA—Beneficialforenvironmentalprotection

（Table3.12）—Moreeconomicinanimalproduction572）Strategy

ofaddingsyntheticAA

requirement

Strategy

ofaddition123LimitingAA32158EffectofaminoacidadditiononweightgainandNexcretioninchicks59CPAddition(%)BW(kg)DG(%)Excreta(%)C-LLysMetThrTrpDMNP18-160.10---9-25+2.8-16.7-10.6-14.718-160.20---9-25-1.3-22.5-17.7-20.914-140.15---25-30+14.5--33.7-14-140.30---25-30-36.0--31.7-16-120.34-0.160.0722.3-3.6-4.4-29.3-18-150.28---14-26-8.7-0.1-6.7+1.618-150.280.04--14-26-7.1-1.1-7.6-0.618-150.28-0.12-14-26-3.5-4.7-11.0-1.418-150.280.040.12-14-26+0.2-7.3-17.2-0.618-150.280.040.120.0214-26-0.6-7.9-17.7-0.6EffectofaminoacidadditiononweightgainandNexcretioninswine60Treatment15%CP14%CPⅠⅡⅢⅣRP-Lys00.610.610.610.61RP-Met00.260.260.260.26RP-Thr

000.2900.28RPPhe

0000.240.24MP,%DM9.79.49.59.59.6Lys,%MP6.197.27.27.27.2Met,%MP1.932.42.42.42.4Lys/Met3.2/13.0/13.0/13.0/13.0/1ExperimentaldesignAdditionofrumen-protectedAAs

Yangetal.(unpubl.)61Items15%CP14%CPSEMⅠⅡⅢⅣDMI(kg/d)21.721.221.420.720.90.7Milkyield(kg/d)27.8b29.3ab29.4ab29.3ab30.9a0.66Fat(%)3.673.653.643.653.670.05Protein(%)3.11c3.23b3.27b3.25b3.41a0.04Nefficiency(%)0.26c0.32b0.32b0.33b0.36a0.01UreaN(mg/dL)

inmilk16.3a13.8b13.5b13.6b12.3c0.31

inblood14.8a13.0ab13.3ab13.2ab12.3b0.55

inurine575.0a489.0b476.6b472.1b413.6c15.0Additionofrumen-protectedAAs

MilkyieldandcompositionsYangetal.(unpubl.)62Additionofrumen-protectedAAs

MilkproteinyieldCP(%)1514Lys+Met-++++Thr-++Phe-++cbbbaYangetal.(unpubl.)

63SectionIII:ThePrincipleofproteinnutritioninruminants四.小肠消化三.瘤胃降解蛋白与非降解蛋白及其调控一.瘤胃微生物对氮的消化与利用二.微生物蛋白质的品质五.大肠消化六.氨基酸营养七.NPN的利用64一、瘤胃微生物对N的消化与利用摄入蛋白质的70%（40%-80%）被瘤胃微生物消化，其余部分（30%）进入真胃和小肠消化。65日粮皱胃唾液尿素尿素肝脏NH3真蛋白NPN瘤胃蛋白质肽菌体蛋白氨基酸NH3NPN1.消化过程66蛋白质肽氨基酸Proteoses

蛋白胨小肠氨基酸胰液（胰蛋白酶）（糜蛋白酶）小肠液肽酶胃液（胃蛋白酶）唾液尿素氨基酸肝组织氨基酸皱胃图3-1反刍动物对蛋白质的消化吸收67乳蛋白日粮蛋白乳腺维持需要瘤胃小肠瘤胃可降解蛋白代谢蛋白粪尿氮不可利用氮瘤胃不降解蛋白(RUP)微生物蛋白(MCP)奶牛日粮蛋白代谢RUPMCP68（1）饲料蛋白质（2）蛋白质降解率（%）=RDP/食入CP

（degradability）瘤胃降解蛋白（rumendegradableprotein,RDP）瘤胃非降解蛋白(undegradeddietaryprotein,UDP）692.利用瘤胃NH3浓度达到5mM(9mg/100ml)，微生物蛋白合成达到最佳，超过此浓度的NH3被吸收入血，通过合成尿素而解毒。最大解毒能力：80mg/100ml。NH3+α-酮戊二酸Glu其他AA微生物蛋白70

唾液腺

口腔80%

瘤胃

血液

肝脏尿素尿

NH3图3.2瘤胃的氮素循环意义：节约蛋白质71（3）蛋白质种类：NPN与真蛋白

CP<13%,加NPN有效;高于13%,效果差（4）其他养分：碳水化合物、P、S（2）日粮CP水平：13%NH3浓度5mM3.影响消化利用的因素（1）瘤胃内环境的稳定

72理论上，当瘤胃微生物的外流速度和微生物的繁殖速度相近时，MCP的产量最高。最大产量随瘤胃的稀释速度的增加而增加。瘤胃MCP可满足100kg动物的正常生长需要或日产10kg奶的奶牛需要。二、微生物蛋白质(microbialprotein)1.数量73微生物蛋白平均含

AA79%，DNA4.1%,RNA11.3%

细菌含CP58-77%，原生动物24-49%3.品质MCP含有全部必需氨基酸，品质仅次于动物性蛋白质，与豆粕蛋白质相当，优于谷物蛋白质。2.组成74（1）MCP生物学价值平均为70-80%

原生动物（真消化率88-91%）优于细菌（真消化率66-74）（2）绵羊的MCP

表观消化率 77.5% 小肠真消化率 84.7% 生物学价值 66-87%

总氮利用率 54%75优质饲料蛋白的AA组成比微生物蛋白好；饲料蛋白转化为微生物蛋白时，有20%-30%的N损失；微生物N中有10-20%是核酸N，对动物无营养价值；（3）微生物蛋白品质次于优质饲料蛋白,原因:因此，保护优质饲料蛋白,防止瘤胃降解,可提高饲料蛋白质的生物学价值。

76三、瘤胃降解蛋白与非降解蛋白及其调控1.饲料蛋白的降解率平均约60%酪蛋白90豆粕39-60花生饼63-78棉仁饼60-80秘鲁鱼粉30菜籽饼75大麦72-90玉米40白三叶47黑麦草59-70苜蓿干草40-60玉米青贮40表3.13饲料蛋白的降解率(%)77影响降解率的因素（1）溶解度（2）蛋白质结构（蛋白质种类）（3）采食量（4）食糜通过速度（5）碳水化合物水平与种类78（1）加热（2）甲醛处理（3）血粉包被（4）丹宁处理（5）膨化处理（6）金属离子：Zn、Cu等（7）抗生素：瘤胃素、氯霉素2、调控方式

791.方式与产物：与单胃动物相同2.底物：

与单胃动物不同MCP占50-90%UDP占10-50%底物

四、小肠的消化

80与单胃动物相同。进入盲肠的N占摄入N的20%。

五、大肠的消化

812.中等生产水平的动物，不需补充EAA。3.高产动物，需添加EAA

日产奶> 15kg,Met、Leu是LAA 30kg，Met、Leu、Lys等是LAA六、AA营养1.EAA： 40%来自微生物蛋白 60%来自饲料中的UDP

82七、非蛋白氮的利用2.利用NPN的意义

节约蛋白质、降低成本1.NPN的利用原理尿素NH3+CO2碳水化合物VFA+酮酸NH3+酮酸AA菌体蛋白833.