Innhold
Proteiner består av lange kjeder av aminosyrer som er bundet sammen med peptidbindinger. Disse kjedene kalles polypeptider, og et protein kan bestå av en eller flere polypeptidkjeder. Aminosyrenes struktur kan skrives som H2N-RCH-COOH, der COOH er syregruppen, NH2 er aminogruppen og R er en sidegruppe som er forskjellig for hver aminosyre (Figur 1). De 20 viktigste aminosyrene er listet i Tabell 1.
Proteiner og aminosyrer er viktige for å opprettholde de normale fysiologiske/biokjemiske prosessene i kroppen og for å syntetisere vev. Et protein vil alltid inneholde grunnstoffene nitrogen (N) og svovel (S), noe de andre makronæringsstoffene ikke bidrar med. Det finnes titusentalls typer proteiner produsert av biologiske organismer, og de har forskjellige funksjoner, både kjemisk og strukturelt. Primærstrukturen til proteiner bestemmes av aminosyresekvensen, som også gir proteinet sin spesifikke egenskap. Sekundærstrukturen bidrar til den tredimensjonale formen, hvor de to vanligste strukturelle elementene er alfa(α)-helixer og beta(β)-ark/plater/flak (Figur 2). Betasvinger og omegaløkker forekommer også. Sekundære-, tertiære- og kvartærnære strukturer av proteinet angir hvor peptidkjeden er plassert i proteinet (Figur 2).
Protein kan deles inn i to hovedgrupper: globulære og fibrøse proteiner. Globulære proteiner er formet som en kompakt kule, der polypeptidkjedene er kveilet sammen. Disse proteinene er vanligvis vannløselige. For eksempel har plasmaproteiner denne formen. Fibrøse proteiner er ikke vannløselige. Disse proteinene har en struktur hvor peptidkjedene ligger ved siden av hverandre langs en akse. Dette resulterer i lange proteintråder som gir en fleksibel styrke. Kollagen, samt aktin og myosin, som deltar i muskelkontraksjoner, er fibrøse proteiner.
Proteinfordøyelse
Fordøyelsen av proteiner starter i magesekken. Først blir proenzymet pepsinogen skilt ut av hovedcellene i magesekkveggen. Pepsinogen blir omdannet ved lav pH fra magesyre, til det aktive enzymet pepsin. Hos fisk har pepsin et pH-optimum på ca. 4. Fordøyelsesenzymet pepsin er en protease (også kalt proteinase), som hydrolyserer proteiner til polypeptider, ved å splitte peptidbindingene mellom aminosyrene i proteinet. Pepsin er en av de viktigste proteasene i magen til laksefisker.
I pylorusblindsekkene blir fordøyelsesinnholdet blandet med bikarbonat, gallesyre og fordøyelsesenzymer. Fordøyelsen av polypeptidene fortsetter i tarmen ved hjelp av peptidaser. Trypsinogen skilt ut fra pankreas blir omdannet til trypsin, som katalyserer hydrolyse av flere peptidbindinger. Chymotrypsin er et annet enzym som tar del i denne hydrolyseringen. De pankreatiske enzymene har et pH-optimum på 8,5. Disse og andre peptidaser hydrolyserer polypeptider til di- og tripeptider og frie aminosyrer slik at tarmen kan absorbere dem til blodstrømmen. Absorpsjonen skjer hovedsakelig i fremre del av tynntarmen. Absorpsjonen av hydrolysatene skjer enten via aktiv transport, som krever natrium (Na+) for å fungere, eller via passiv transport, som er uavhengig av Na+. Etter absorpsjon blir hydrolysatene transportert via portvenen (vene i bukhulen) til leveren hvor de lagres og brukes for proteinsyntese til forskjellige vev ved behov. Dette inkluderer biosyntese av kroppsproteiner og funksjonelle proteiner som er nødvendige for kroppsfunksjoner (Figur 3).
Kroppen har en konstant proteinomsetning, som gjør at overflødige aminosyrer brytes ned og enten syntetiseres til andre aminosyrer eller brukes til energi. Laks har god evne til å bruke aminosyrer som energikilde ved deaminering. Deaminering er nedbryting av aminosyrer til energi når laksen har overflødig opptak av proteiner. Deaminering kan også skje via glukoneogenese.
Urea og NH3 (ammoniakk) er sluttproduktene når proteiner og andre nitrogenholdige stoffer blir brutt ned. De skylles ut gjennom nyrene og utgjør en god del av avfallsstoffene i urin. Laksen har begrenset ureasyklus i leveren, og derfor blir om lag 80 % av overskuddet av nitrogen fra proteinene skilt ut gjennom gjellene som NH3.
Essensielle aminosyrer
Fisk har ikke et primært behov for proteiner for å vokse, men de trenger aminosyrene som er bestanddeler av proteinene. Aminosyrebehovet hos laks er et speilbilde av aminosyresammensetningen i musklene. Proteinsyntesen trenger 20-22 forskjellige aminosyrer. Ca. 10 av disse er essensielle aminosyrer (EAA) (Tabell 1). De essensielle aminosyrene må tilføres gjennom fôret da de ikke kan syntetiseres i kroppen. Cystein og tyrosin blir betraktet som semi-essensielle aminosyrer siden de kan delvis erstatte metionin og fenylalanin. Behovet angis derfor ofte som summen av henholdsvis Cys+Met og Tyr+Phe. Resterende aminosyrer er ikke-essensielle og kan bli syntetisert i kroppen i stor nok mengde for å oppnå maksimal vekst. Taurin er en aminosyre som ikke er proteinbundet, men blir ofte kategorisert som en essensiell aminosyre for laksen. Det er spesielt viktig i fôr til laks når fôret er basert på vegetabilske råvarer og inneholder lite naturlig taurin. Taurin er en viktig del av gallesyrene og spiller en sentral rolle i fettfordøyelse og absorpsjon, samt osmoregulering og flere andre funksjoner. Prolin og hydroksyprolin er to aminosyrer som er viktige for proteinsyntese, struktur og metabolisme. Animalsk protein inneholder tilfredsstillende mengder av disse to aminosyrene, men vegetabilsk protein inneholder lite og de anses derfor som semi-essensielle for fisk fôret med plantebasert fôr.
Fisk har et minimumskrav for protein i fôret for å sikre en tilstrekkelig tilførsel av alle aminosyrer for maksimal vekst. For å vokse må fisk ha en konstant tilførsel av aminosyrer fra fôret. Ved mangelfull tilførsel av aminosyrer vil veksten avta og muskelprotein brytes ned for bruk til andre vitale funksjoner. Behovet for aminosyrer i fôret til laks kan beskrives med en tønneteori (engelsk: Barrel Theory) (Figur 4). Tønnen representerer proteinavleiringen eller veksten til laksen, og hver stav representerer det individuelle aminosyrekravet. Tønnen kan bare fylles til nivået for den korteste staven før vannet renner ut. Det betyr at proteiner bare kan syntetiseres opp til nivået for den begrensende aminosyren. De resterende aminosyrer vil oksidere og bli brukt til energi via deaminering, noe som vil bety mindre effektivitet.
Behovet for hver aminosyre kan uttrykkes i forhold til behovet for andre aminosyrer. Innholdet av lysin, som ofte er en begrensende aminosyre, blir vanligvis brukt som grunnlag i denne vurderingen. Når lysinbehovet er kjent og satt til 100 %, kan behovet for andre aminosyrer uttrykkes i forhold til lysinbehovet.
Tabell 1: Oversikt over aminosyrer.
| Oversikt over aminosyrer | |
| Essensielle aminosyrer | Arginin |
| Fenylalanin | |
| Histidin | |
| Isoleucin | |
| Leucin | |
| Lysin | |
| Metionin | |
| Treonin | |
| Tryptofan | |
| Valin | |
| Ikke-essensielle aminosyrer | Alanin |
| Asparagin | |
| Asparaginsyre (aspartat) | |
| Cystein | |
| Glutamin | |
| Glutaminsyre (glutamat) | |
| Glysin | |
| Prolin | |
| Serin | |
| Tyrosin |
Råprotein
Råprotein (CP, engelsk: Crude Protein) blir beregnet som N x 6,25 og er et samleuttrykk for alle nitrogenholdige stoffer i en råvare eller et fôr. Faktoren 6,25 kommer fra den danske kjemikeren Johan G. C. T. Kjeldahl og er basert på antakelsen om at det er 1 gram nitrogen i 6,25 g protein i gjennomsnitt. Med andre ord, faktoren 6,25 fra Kjeldahl bygger på den forutsetning at protein inneholder 16% nitrogen (100/16=6,25).
Innholdet av råprotein er den vanligste metoden for å uttrykke proteininnholdet i fôr eller råvarer. En begrensning ved Kjeldahl-metoden er at nitrogeninnholdet i aminosyrene varierer noe. Dette gjør at råprotein ikke gir presist uttrykk for proteininnholdet i fôr med forskjellig aminosyresammensetning. Fôrråvarer inneholder også varierende mengder av nitrogenholdige forbindelser som ikke er protein (NPN), og dette vil også påvirke innholdet av råprotein bestemt med Kjeldahl-metoden. Eksempler på NPN er frie aminosyrer, nukleinsyrer, urea og amider.
Mål for proteinutnyttelse og fordøyelighet
Fiskeoppdrett er en betydelig kilde til nitrogenutslipp i havet. Fisk skiller ut økende mengder nitrogen når proteininnholdet i fôret overstiger behovet; derfor er lavt nitrogenutslipp et tegn på god proteinutnyttelse. Proteinutnyttelsen kan måles som proteinretensjon (PR).
Fordøyd protein kan defineres som mengde protein som er spist og som ikke er utskilt i gjødselen. Hos laks brukes tilsynelatende fordøyelighet (AD, engelsk: Apparent Digestibility) og ikke «sann fordøyelighet». Tilsynelatende fordøyelighet kan regnes ut slik, hvor F er nitrogen-tap i gjødsel og I er spist nitrogen:
Det er vanskelig å samle opp helt nøyaktig mengde gjødsel siden fisken lever i vann. Dette vanskeliggjør måling av fordøyelighet hos fisk. Derfor brukes indirekte metoder som innebærer bruk av ufordøyelige markører som tilsettes fôret. Når fôret fordøyes, øker konsentrasjonen av markøren i forhold til mengden av næringsstoffene som absorberes. Fordøyeligheten av næringsstoffene i fôret kan da beregnes ut fra forholdet mellom næringsstoff og markør i fôr og gjødsel gjennom dette regnestykket for tilsynelatende fordøyelighetskoeffisient (ADC, engelsk: Apparent Digestibility Coefficient):
Regnestykket kan også gi svaret i prosent, slik:
Ved måling av ADC for råvarer brukes en annen utregning. Metoden går ut på å bruke et referansefôr og et testfôr som ofte består av 70% av protein fra referansefôret og 30% protein fra testråvaren. Fordøyeligheten av proteinet i råvaren beregnes da ut fra differansen mellom kjent fordøyelighet i referansefôret og fordøyeligheten av forsøksfôret som er vist nedenfor.
I dette regnestykket kan DR enten være prosent av testnæringsstoffet, eller kJ/g (energi) av fôret. DI er prosent av testnæringsstoffet, eller energimengden, i testråvaren.
PER (engelsk: Protein Efficiency Ratio) er en metode for å måle proteinets evne til å fremme vekst:
Nettoproteinutnyttelse (NPU) gir informasjon om hvor mye aminosyrer fra fôret som er omgjort til protein, sammenlignet med hvor mye fisken har spist. Den måles ved å ha data for mengde nitrogen fisken har spist og avleiret.
