베타인은열스트레스조건하에서육계의건강및대사효율에많은기능들을수행한다. 베타인은 사막이나 강수가 적은 지역의 생물에서 발견되는 트리메틸 유도체(메틸기를 세 개 가진 아미노산)이다. 이러한 베타인은 생물 세포의 수분밸런스 유지에 기여하는 삼투질(삼투압 조절물질)로 작용하며 또한 메티오닌 합성에 필요한 메틸기 공여체로도 작용한다.
베타인의 삼투질적 효과로 인한 증가된 수분 보존력은 세포의 부피를 증대 시키고 그로 인하여 신진대사 와 세포막의 무결성 그리고 닭의 전체적 효율을 증진 시킨다.
베타인의 삼투질적 특징은 덥고 습한 기후에서의 역삼투압환경에 세포적응을 가능케 하는 것으로 알려졌다. 조류를 포함한 척추동물은 충분한 양의 베타인을 합성 하지 못 하지만 식물에서는 염과 온도 스트레스를 방어하기 위하여 베타인을 합성하고 축척한다.
실제 사용되는 가금 사료에서 베타인은 대사효율 및 육질 성분 개선 그리고 계분 함수율 감소 뿐 만 아니라 콕시듐증과 스트레스 극복에 도움을 주는 역할을 수행할 수 있다.
대사작용과기능
정제된 형태의 베타인은 닭의 공장 중앙부에서 흡수되어 지며, 콜린(choline)이나 메티오닌 보다 빠르게 흡수된다. 콜린과 메티오닌은 혈장 지방 단백질과 결합되어 있으나 베타인은 혈장에서 독립적으로 존재한다.
콜린은 세포질로부터 베타인으로 산화되어지는 미토콘드리아로 전달되어져야 하며 생성된 베타인은 다시 세포질로 옮겨 진다. 그러나 콜린에서 베타인으로의 전환은 미토콘드리아 막을 통한 합성물 전달을 방해하는 폴리에테르 이온 투과담체 항콕시듐제에의해 그 효율이 감소된다.
베타인의 메틸 그룹은 메티오닌을 생성하기 위하여 베타인-호모시스테인 메틸 전달 효소에 의해 호모시스테인(메티오닌에서 메틸기가 분리되어 생성된 물질)으로 전달되어 질 수 있다. 그러나 호모시스테인이 메티오닌으로부터 합성되어졌을때 이 반응은 세포에 추가적 메티오닌을 공급하지 않는다.
베타인은 메틸 공여체와 세포 수분 균형을 돕는 삼투질로 작용한다. 베타인의 사료내 공급은 메티오닌과 콜린과 같은 메틸 공여체의 요구를 감소 시킬지도 모르며, 또한 베타인은 S-아데노실 메티오닌을 통한 카르니틴 합성에 메틸 공여체로 기여한다. 베타인은 간의 S-아데노실 메티오닌과 호모시스테인 농도를 증가시키고, 이는 단일 탄소 저장소로부터 메틸 그룹을 이용하는 것에 의해 생체내 메티오닌 합성을 용이하게 한다.
닭에서 베타인은 메티오닌을 합성하기위하여 호모시스테인에 메틸기를 공여한다. 이 반응은 콜린보다 약 3배 더 효과적이다. 그러나 시스테인의 적당한 농도가 베타인 공급의 긍정적 효과를 성취하기 위해 요구된다. 부적합한 시스테인 농도는 메티오닌 생성시 호모시스테인 농도를 감소 시키는 것에 의하여 베타인 활성에 영향을 줄 수 있다.
베타인의 삼투 방어적 특징은 이극성 이온 성질과 물에 대한 높은 용해도에 기인한 것 일 수 있다. 삼투질은 세포의 탈수반응에 중요하다. 베타인은 세포와 주변 환경 사이의 일반적인 삼투압 차이에 의한 세포 수분 손실을 최소화 한다.
베타인 축적은 장세포의 수분 보유력 증대시키고 장상피 구조 변형을 촉진하여 장 표면적을 증가시키며, 점막과 같은 장 조직에서 세포증식을 자극한다. 결과적으로 확대된 장벽 상피는 영양소 흡수를 증가시킬 수도 있고 베타인 공급에 의한 감소된 장 pH와 장 융모 높이는 메티오닌과 다른 영양소의 소화를 개선 시킬 지도 모른다.
영양분이용
베타인은 콕시디아가 투여된 육계에서 라이신, 단백질, 지방과 카르테노이드의 겉보기 소화율 그리고 세포밖 메티오닌 흡수를 개선하는 것으로 보고되었다. 베타인 공급에 의해 개선된 세포 무결성과 위장 표면적은 사료 영양성분의 소화를 높이는 것으로 나타났다.
산란계에 베타인 공급은 황체 형성 호르몬, 여포자극호르몬, 트리요도트로닌(갑상선호르몬일종), 티록신, 에스트라디올과 프로게스테론과 같은 몇몇 호르몬의 활성을 증가시킨다. 이와 같은 호르몬 활성 및 점막 표면적 그리고 세포 무결성 증가는 세포를 동화작용(세포에 필요한 물질을 합성하는 작용) 상태로 유도하고 세포 증식 및 대사활성에 도움을 주고, 장 점막의 표면적과 활력 증가는 소화 효소 분비와 장 흡수 표면적을 증가 시킬 지도 모른다.
메틸공여체활성
베타인은 세개의 메틸기를 가지고 있고 이들을 몇몇 대사 반응에 공여한다. 그 결과, 베타인은 메티오닌, 콜린, 엽산과 같은 물질을 절약할 수 있다. 따라서 베타인 공급은 이들 영양분의 요구성을 감소 시킬 수 있을 지도 모른다. 분자량에 근거하여 베타인은 메티오닌과 콜린 보다 약3.75와 0.9배의 메틸 그룹을 각각 포함한다. 첫번째 메틸기는 간에서 메티오닌의 합성에 공여되고, 나머지 두 개의 메틸기는 싱글 탄소 저장소에 공급되어 엽산에 의해 조절 될 것이다.
삼투질적활성
베타인은 간을 포함한 모든 조직에서 삼투질로 작용하여 비특이적 설사와 콕시듐증과 같은 높은 삼투압 조건에서 수분 밸런스를 유지함으로써 소장 상피에서 삼투압 균형 지속에 도움을 준다. 열 스트레스나 탈수 조건 하에서, 나트륨 이온은 체액으로부터 세포로 이동 될 것이다. 세포 내 나트륨 이온의 높은 농도는 세포에 의한 영양분 흡수를 저해하며, 칼륨, 마그네슘, 인 이온의 높은 농도 역시 영양분 대사에 필요한 효소 활성을 저해한다.
정상적 효소 활성, 기능 그리고 부피를 유지하기 위하여 세포는 메틸 아민, 콜린, 베타인과 같은 유기 삼투질의 세포내 농도를 높인다. 조류에서 미오이노시톨, 베타인, 타우린은 주요 생리학적 유기 삼투질이다. 베타인은 세포의 수분 보유 능력을 증가 시킴으로써 탈수를 방지 한다.
삼투질로 베타인의 이용은 삼투압 조절에서의 에너지 소비와 세포 기관의 적합성 측면에서 무기 전해질을 이용한 것 보다 더 이롭다. 베타인이 포함된 사료를 공급한 조류의 위장에서 점막 세포 구조의 안정성이 증가되고 심지어 높은 삼투압 조건하에서 점막세포로부터 수분이동이 감소 하였다. 또한 베타인 공급은 ATP(에너지 저장물질) 사용하는 세포 기관의 활성을 감소 시킴으로써 삼투압 조절에 필요한 에너지를 줄여준다.
전해질 농도는 탈수 상태에 있는 세포에서 증가한다. 세포내 원하는 수분 농도를 조절하기 위하여 칼륨 이온은 농도차에 반대하여 세포 밖으로 내보내 진다. 이와 같은 작용은 항상 에너지가 요구된다. 또한 세포내 높은 전해질 농도는 효소의 활성 부위화 결합하여 효소를 불활성화 시키고 단백질 역시 불활성화 시킨다고 알려 졌다.
세포막을 가로지른 베타인의 이동은 에너지를 요구 하지 않고 세포 생태계 및 대사를 방해하지 않는다. 따라서 사료나 음수에 포함된 베타인은 설사, 배변, 이뇨 그리고 복수을 포함하는 삼투조절 조건을 컨트롤 할 수 있다.
적용
대사효율향상
육계의 대사 효율에 대한 베타인 공급의 영향은 주요하게 사료내 불안정한 메틸기 농도와 스트레스에 달려 있다. 베타인 공급은 메티오닌이 적당하거나 또는 매우 부족하게 포함된 사료 어느 것도 조류의 대사 효율에 영향을 주는 것에는 효과가 없었다. 그러나 베타인 공급에 의해서 체중 및 가슴살 수율, 사료효율 증가와 복부지방층 감소가 보고 되었다.
우리 최근 연구 결과들에 의하면 아미노산 농도에 상관없이 메티오닌이 최적수준 이하로 포함된 사료에 베타인을 800mg/kg으로 급여한 육계에서 사료 효율이 유의성 있게 개선됨을 확인하였다.
함수율감소
설사와 같은 장 스트레스 조건에서 장 융모막을 통한 나트륨과 염소 이온의 흡수는 감소 하고 이는 장내를 높은 삼투 용액이 생성된다. 베타인 공급은 장 점막 세포의 무결성을 증가 시키고 세포가 정상적으로 기능하게 한다. 결과적으로 영양분 소화를 최적화 하고 방출을 감소 시킨다.
음수에 베타인을 2.5g/L로 급여하였을 경우 6일째에 계분 함수율이 46%에서 27%로 감소 되었다. 가금류에서 설사를 조절하기 위한 베타인 투여량은 0.15~1.5g/kg(체중)으로 알려 졌다. 또한 베타인은 콕시듐증에 노출된 육계에서 수분 균형에 긍정적인 영향을 주는 것으로 보고되었으며 변내 수분 함량도 감소 시키는 것으로 알려졌다.
육질특성
베타인은 메티오닌 절약 효과를 가지고 있으며 카르니틴 합성에 포함된다. 따라서 베타인은 단백질 및 지방 대사에서 기능을 수행하고 육질 성분을 변화 시킬 수 있다. 베타인은 단백질 전환을 감소시키며 이는 높은 질소 보유로 귀결된다. 바꾸어 말하면 근육에서 단백질 증량에 긍정적 효과를 가지는 것이다. 또한 베타인은 카르니틴 합성에서 지방 대사를 높임으로써 체내 낮은 지방 축척을 유도한다. 복부지방 축적과 육질 수율에 대한 베타인의 효과는 다양한 영양분 요소에 달려 있다.
최근 데이터에서는 메티오닌 농도에 관계없이 사료에 800mg/kg로 베타인을 첨가첨가 급여하였을 때 가슴살 수율을 유의성 있게 개선하였다. 그러나 조단백질 함량의 2.5%로 메티오닌을 첨가한 사료에서 베타인은 육계의 가슴살 수율에 어떠한 효과를 보이지 않았다.
콕시디아증조절
장삼투압손상에노출되었을때삼투질로서의베타인의효과는명확하다. 콕시디아증은 융모 높이를 감소시키고 십이지장의 용질을 증가 시킨다. 콕시디아에 감염된 조류에서 베타인의 이로운 효과는 삼투활성 뿐만 아니라 장 점막에서의 식균 활성을 증가 시키는 것에 기인 할 지 모른다. 0.1%의 베타인은 콕시디아으로 감염된 닭의 상피층과 고유층에서 십이지장의 용질 삼투압을 감소 시키며 백혈구 수치를 증가 시켰다.
베타인은 대식세포 및 산화질소 방출에 의한 콕시디아의 식균작용을 증가 시킨다. 항콕시듐 물질의 효력은 사료 내 베타인 공급에 의해 조절 될 수 있다. Eimeriaacervulina의 성장은 살리노마이신만을 투여 하였을 경우보다 살리노마이신(66mg/kg)과 베타인(0.075%)를 동시 투여 하였을 때 감소하였다. 그러나 폴리에테르 이온투과담체와 같은 항콕시듐 물질은 콜린으로부터 베타인으로의 전환을 방해한다.
스트레스완화
스트레스는 많은 활성 산소 물질을 방출한다. 이들은 장 세포막 및 이온펌프를 손상시키며, 탈수는 세포 대사기능 혼란을 유도한다. 세포 구조의 변형은 영양분 흡수, 세포막이동 그리고 대사기능(아미노산, 지방산, 탄수화물 대사)을 손상 시킨다. 극한 상황에서 점막세포 감소는 장점막 무결성 손상을 유도하고 이는 혈액으로 유해균과 독소가 들어오는 것을 가능케 할 지 모른다.
베타인은 스트레스 받은 세포의 세포질 삼투압을 증가 시키고 온도와 이온 동요에 저항성을 높여 준다. 칼륨과 같은 삼투질의 세포 내 축적은 효소 활성에 영향을 줄 수 도 있다. 베타인의 축적은 삼투압으로부터 세포를 보호하고 세포를 비활성화 시키는 스트레스 조건하에서 세포가 정상적인 대사기능을 수행 하도록 도와준다. 열 스트레스 과정 중 베타인 공급은 이호성과 림프구 비율을 감소 시킨다. 이 비율은 가금류에서 스트레스에 대한 기준 요소 이다.
투여량
육계사료에 요구되는 베타인의 양은 다른 메틸그룹(메티오닌, 콜린, 엽산) 농도와 온도, 장 무결성, 콕시듐증, 항콕시듐 물질 사용에 크게 달려 있다. 일반적으로 베타인은 육계사료에 0.05~0.08%로 첨가 될 수 있다. 콕시듐증에 대한 이점은 0.05%에서 보여 졌지만 삼투질적 활성은 베타인 첨첨가량 증가했을 때 높아 졌다. 설사하는 동안 삼투압 균형이 손상되었을 경우 설사를 조절에 효과적인 베타인양은 체중 kg당 0.15~1.5g으로 알려 졌다.
결론
베타인은 강수량이 적은 지역의 동물 및 식물에서 발견되는 자연의 삼투질로서 동물에서 삼투질과 메틸기 공여체로 기능한다. 이와 같은 베타인의 삼투질적 특징은 열 스트레스나 소화 불균형 시 장 점막을 정상적으로 유지하게 도와준다. 또한 메틸기 공여체로서 베타인은 메티오닌의 합성에 포함되며 육계의 가슴살 수율을 개선하는 것으로 보고되었다.
(자료 : Poultry international. 2008)
