The Amino Acid Requirements of Laying Hens: Models for Calculation. I Physiological Background

Summary

In the past ten years amino acid requirements of laying hens have been determined or estimated using at least two approaches. One was based on a basal diet supplemented with mixtures of selected amino acids in changing amounts. Another was based on the summation of the estimated or determined requirements for maintenance, growth and egg protein synthesis. Some of the variations in these suggested requirements, would have originated from differences in the assumed efficiencies of utilization of the amino acids. Hurwitz and Bornstein (1973) adopted an alternative approach to estimate the inefficiency of conversion of diet protein to egg protein. Two models were proposed to estimate the requirements; both assumed the same requirements for maintenance and growth, and that yolk synthesis was a continuous process. It was suggested that the rate of synthesis of egg white proteins was variable and for a period of time the overall demand for amino acids exceeded dietary supply, the balance being supplied from tissue proteins with an efficiency of 25 to 50%.

This paper suggests some refinements to the models of Hurwitz and Bornstein (1973) and concentrates on the physiological basis of the suggested refinements. The most recent amino acid analyses of egg white proteins are listed. An associated paper (Smith, 1978b) is concerned with the practical application of the refinements and compares two alternative models with Model B of the above authors.

Research on the sites and hormonal control of protein synthesis is reviewed. It is suggested that fluctuations in plasma concentrations of estrogen, progesterone and testosterone would provide for a variable rate of synthesis of oviduct proteins, especially that of avidin, ovomucoid and ovotransferrin. The problem of the nature of the inefficiency of amino acid utilization is discussed and four possibilities are listed. Regulation of amino acid metabolism is reviewed and the nature of protein reserves in birds and mammals is critically reviewed to decide, in the absence of direct evidence, which organ and protein type is the majority supplier of amino acids when dietary sources are limiting. It is suggested that liver proteins (of which plasma proteins are a part) and/or plasma proteins fulfil this role.

Resume

Dans les dix dernières années les besoins en acides aminés des poules pondeuses one été déterminés ou entimés en utilisant au moins deux approches. L'une était fondéesur une ration de base supplémentée par des mélanges d'acides aminés choisis en proportions variables. L'autre était basée sur l'addition des besoins estimés ou mesurés pour l'entretien, la croissance et la synthèse des protéines de l'oeuf. Certaines des variations dans ces besoins suggérés seraient issues de différences dans l'efficacité supposée de l'utilisation des amino-acides. Hurwitz et Bornstein (1973) ont adopté une autre approche pour estimer l'inefficacité de la conversion des protéines alimentaires en protéines de l'oeuf. Deux modeles ont été proposés pour estimer les besions; tous deux supposaient les mêmes besoins pour l'entretien et pour la croissance et considéraient la synthèse du jaune comme un processus continu. Il était suggéré que le taux de synthèse des protéines du blanc d'oeuf était variable et que momentanément la demande totale d'acides aminés excédait l'apport alimentaire, l'équilibre étant apporté par les protéines tissulaires avec une efficacité de 25 à 50%.

Cet article suggère certains raffinements aux modèles de Hurwitz et Bornstein (1973) et se concentre sur la base physiologique de ces raffinements. Les analyses les plus récentes de la composition en acides aminés du blanc d'oeuf sont passées en revue. Un papier associé (Smith, 1978b) concerne 'application pratique de ces raffinements et compare deux modèles en alternative avec le modéle B des auteurs précédents.

La recherche sur les sites et le contrôle hormonal de la synthèse des protéines est passée en revue. Il est suggéré que les fluctuations des concentrations du plasma en oestrogènes, progestérone et testostérone permettraient un taux de synthèse variable des protéines de l'oviducte, spécialement de l'avidine, de l'ovomucoide et de l'ovotransferrine. Le problème de la nature de l'inefficacité de l'utilisation des acides aminés est discutè et quatre possibilités sont énumérées. La régulation du métabolisme des acides aminés est revue et la nature des réserves protéiques des oiseaux et des mammifères est examinée d'une façon critique pour décider, en l'absence d'une évidence directe, quel organe et quel type de protéine est en majorité la source d'acides aminés lorsque les sources alimentaires sont un facteur limitant. Il est suggéré que les protéines du foie (dont les protéines du plasma sont une partie) et/ou celles du plasma jouent ce rôle.

Zusammenfassung

Der Aminosäurebedarf von Legehennen wurde unter Verwendung der Methode von Hurwitz und Bornstein (1973) und zusätzlicher Verfeinerungen aufgrund neuerer Informationen über Aminosäureanalysen von Eibestandteilen, Aminosäurestoffwechsel und Ovarhormonen der Henne berechnet. Die Physiologie des Eileiters der Henne in seiner Beziehung zur Synthese des Eiklars, der Membran und des Schaleneiweisses wird beschrieben und mögliche Ursachen für einen unzureichenden Wirkungsgrad bei der Umwandlung von Futtereiweiß zu Eiprotein werden diskutiert. Es wird eine Übersicht über die Regulation des Eiweißstoffwechsels und die Natur der Eiweißreserven von Tieren gegeben. Vor dem Hinter-grund gegenwärtigen Wissens muß das Serumalbumin als die wesentlichste Quelle für Aminosäuren angesehen werden, wenn die Bedarfsdeckung des Eileiters zur Eiweißsynthese über das Futter unzureichend ist.

Der Aminosäurebedarf für die Eibildung wurde unter Verwendung von zwei Modellen und der Gesamtbedarf der Legehenne dadurch berechnet, daß zusätzlich die Angaben von Hurwitz und Bornstein (1973) über den Bedarf für Wachstum und Erhaltung verwendet wurden. Die Ergebnisse der Berechnungen des Bedarfs für bestimmte Körpergewichte, Wachstumsrate und Eimenge von Modell 1 und 2 wurden mit denen des Modells B der genannten Autoren verglichen. Modell 1 gab gleichförmig geringere Bedarfserwte als Modell B, während Modell 2 sowohl höhere als auch niedrigere Bedarfswerte als Modell B ergab. Von wirtcshaftlicher Bedeutung ist der höhere Bedarf beim Modell 2 für Lysin und der geringere Bedarf für schwefelhaltige Aminosäuren, sowie Isoleucin. Letzteres ist von besonderer Bedeutung in Ländern wie Neuseeland, deren Futtereiweißversorgung in stärkerem Maße von Fleisch- und Knochenmehl als von Sojabohnen abhängt.