Download EL PASO DE LA INGESTA A TRAVÉS DEL TRACTO DIGESTIVO.

Rumiantes
herbívoros
•Las plantas tienen carbohidratos fibrosos
•Los animales no poseen enzimas que puedan
digerirlos pero poseen microorganismos que, al
fermentar el alimento, permiten al rumiante lo
siguiente:
• » Digestión de polisacáridos complejos.
• » Aprovechar NNP, para convertir en proteína
microbiana.
• » Síntesis de vitaminas hidrosolubles.
• El rumiante aprovecha :
• los productos finales de la fermentación, spp AGV y
los nutrientes contenidos en los cuerpos celulares de
los microorganismos.
Agua
• Muestra de alimento colocada en estufa a una temperatura
de 105°C durante 24 horas, el agua evapora y el alimento
seco restante se llama materia seca.
• Los alimentos contienen cantidades diferentes de agua. En
sus etapas inmaduras las plantas contienen 70-80% agua (es
decir 20-30% materia seca). Sin embargo, las semillas no
contienen más de 8 a 10% de agua (y 90 a 92% materia
seca).
MS
• La composición nutricional de los alimentos es
comúnmente expresada como porcentaje de materia seca
(%MS) en lugar de porcentaje del alimento fresco (%
"como alimentado") porque:
* La cantidad de agua en los alimentos es muy variable y el
valor nutritivo es más fácilmente comparado cuando se
expresa en base a materia seca.
* La concentración de nutriente en el alimento puede ser
directamente comparada a la concentración requerida en
la dieta.
Cenizas
• Cuando una muestra de alimento colocada en un horno se
mantiene a 550ºC por 24 horas la materia orgánica se
quemada y la materia restante es la parte mineral, llamada
ceniza. En las plantas, el contenido de minerales varía entre
1 a 12%.
• Los forrajes usualmente contienen más minerales que
semillas o granos. Los subproductos de animales que
contienen huesos pueden tener hasta 30% minerales
(principalmente calcio y fósforo).
• Minerales: frecuentemente clasificados como macro- y
micro minerales. Distinción basada solo en la cantidad
requerida por los animales.
Nutrientes que contienen energía
• La mayoría de la energía viene principalmente de los
carbohidratos. Los alimentos para las vacas usualmente
tienen menos de 5% de lípidos pero 50-80% de HC. La
mega caloría (Mcal) es típicamente utilizado como una
unidad de energía, pero el joule (J) es la unidad oficial de
medida.
• En alimentos para las vacas lecheras, la energía esta
expresada como de energía neta de lactancia (ENl), que
representa la cantidad de energía en el alimento que es
disponible para el mantenimiento del peso corporal y la
producción de leche.
• Por ej., se requiere 0.74 Mcal ENl para producir 1kg. de
leche y la energía en los alimentos es entre 0.9 y 2.2 Mcal
ENl/kg. materia seca.
Proteína Cruda (PC)
(método que desarrolló un químico danés, J.G. Kjeldahl, en 1883)
• En proteínas, el promedio del contenido de nitrógeno es
16%. Así, el porcentaje de proteína en un alimento es
típicamente calculado como el porcentaje de nitrógeno
multiplicado por 6.25 (100/16 = 6.25). Esta medida se llama
PC. La palabra cruda refiere a que no todo el nitrógeno en
el alimento esta en forma de proteína.
• La PC en forrajes se encuentra entre menos de 5%
(residuos de cosechas) hasta más de 20% (leguminosas de
buena calidad). Subproductos de origen animal son
usualmente muy ricos en proteína (más de 60% de proteína
cruda).
Nutrientes que contienen nitrógeno
Proteínas y otros compuestos, incluidos en la materia
orgánica de un alimento. Las proteínas tienen una o más
cadenas de AA. Hay 20 AA que se encuentran en proteínas.
Algunos AA son esenciales y otros no-esenciales.
Nitrógeno no-proteína (NNP): h. 20-30% del N total de las
hojas, no proteína (amoníaco, urea, aminas, ácidos
nucleicos). Sin valor nutritivo para monogástricos. Sin
embargo, en los rumiantes, NNP puede ser utilizado por las
bacterias del rumen para sintetizar aminoácidos y proteínas.
Captación de N y S por las bacterias
Tanto el N como el S están en la célula en estado reducido:
•
el radical -NH2 (AA y bases nitrogenadas);
•
el radical -SH (algunos AA y coenz.como la CoA).
¿En qué formas químicas entran N y S a las bacterias?
• Bacterias fotosintéticas y muchas heterotrofas los asimilan en
forma combinada inorgánica oxidada:
• como NO3--, merced a la actuación secuencial de nitratoreductasas y nitrito- reductasas asimilatorias
• como SO4=. Este sulfato se activa con ATP, y luego se reduce
hasta sulfito y finalmente sulfhídrico, que ya tiene el estado
de reducción adecuado para la incorporación del S.
• Muchas bacterias heterótrofas pueden usar
alguna forma reducida:
•
de N inorgánico: amonio (NH4+)
•
de S inorgánico: sulfuros (S=, SH-)
•
de N orgánico: aminoácidos, péptidos
•
de S orgánico: cisteína.
• Muchas de las bacterias que pueden usar
amonio como única fuente de nitrógeno
también pueden usar nitratos.
FIJACIÓN DE NITRÓGENO
• Atmósfera: c/gran cantidad de nitrógeno libre
(gas), el nitrógeno molecular o dinitrógeno (N2),
que procede de microorganismos denitrificantes.
• Sólo puede servir de fuente de N a ciertos
procariotas, las bacterias fijad. de N o diazotrofos.
• Hay ciertos tipos de asociaciones simbióticas
entre procariotas diazotrofos y ciertos eucariotas.
Estas bacterias toman el N atm. (N2) y lo
modifican para que pueda ser utilizado por los
organismos vivos como nitratos o amoníaco NH3.
Desarrollo de un nódulo en una raíz de ciertas plantas (en
general leguminosas) donde viven bacterias en simbiosis con
ella.
Nitrogenasa o dinitrogenasa
•
Componente I o nitrogenasa propiamente
dicha; en el centro activo posee un cofactor de
Fe y Mo (FeMoCo) = molibdoferroproteína.
•
Componente II o nitrogenasa- reductasa,
que posee átomos de Fe acomplejados con S
de determinadas cisteínas (por lo que este
componente se denomina a veces
ferroproteína).
N2 + 8H+ + 8e + 18 ATP -->2NH3 + H2 + 18 (ADP + Pi)
Vía metabólica que
fija el nitrógeno
atmosférico N2, y lo
convierte en
amoníaco NH3
Rumiantes
• Ganado vacuno, caprino, ovino, y grupos como los
camélidos (camellos, dromedarios, llamas, etc.) y jirafas.
La adaptación al sistema rumiante acarrea una serie de cambios fisiológicos en los
animales:
• (1) la saliva deja de una solución enzimática pasa a ser un
tampón formado principalmente por bicarbonato y fosfato
sódicos,
• (2) el rumen y el intestino (algo menos) se han adaptado a
absorber AG de bajo PM que son la principal fuente de C
de estos organismos,
• (3) las células de los rumiantes pueden usar AG de cadena
corta de manera más eficiente que el resto de los animales,
siendo, por consiguiente, fuente de carbono en vez de la
glucosa.
Minutos
dedicados/h
•Saliva
Vacas adultas
100-150 litros/día
Ovinos
8.5-12.5 litros/día
§ Funciones importantes :
§ Mantener un pH constante (agua, fosfatos y
bicarbonatos, Na, K, etc) (Soluc.de simil. [AG] pH=2.78-3.05).
§ Lubricación, amb. acuoso, aporte de Pato y TºC.
§ Fuente NNP(Urea sintetizada en el hígado)
§ Excretora (Hg, K, I)
1 Retículo
7 Omaso
13 Pilar longitudinal
2 Rumen (saco craneal)
8 Abomaso
14 Pilar caudal
3 Rumen (saco dorsal)
9 Orificio retículo-omasal 15 Pilar coronario dorsal
4 Rumen (saco ciego dorsal) 10 Cardias
5 Rumen (saco ventral)
11 Pliege retículo-omasal
6 Rumen (saco ciego ventral) 12 Pilar craneal
16 Pilar coronario ventral
Mucosa
Interior de rumen, retículo y omaso: epitelio
estratificado, c/ mucosa distinta que le facilita su
función:
RUMEN :
Con numerosas y
pequeñas
papilas.
•RETÍCULO
OMASO
•Pliegues del epitelio c/
celdas poligonales, y una
gran cantidad de pequeñas
papilas en su superficie.
Papilas longitudinales y
anchas (hojas, que
atrapan las partículas
pequeñas de la ingesta).
Función General
• Rumen y Retículo
• Conforman una cámara, que
mantiene un ambiente favorable
para la fermentación anaerobia.
•» Volumen (retención). Aporte sufic. de sustratos.
•» Potencial de óxido-reducción de -250 a -450 mV.
•» La temperatura de 39 - 40ºC.
•» Osmolaridad : 280-300 mOsm (260-340). Hasta 350-400
con ingesta de alfalfa granulada o concentrado; se inhibe digest. de HC.
•» pH de 6-7 (otros 5,5 - 7,2).
•» Remoción de los desechos = tránsito.
•» Remoción de microorganismos vs. regeneración.
•» Remoción de los ácidos grasos volátiles (AGV),
producidos durante la fermentación = absorción.
Estratificación
•» Capa gaseosa.
•» Capa sólida: alimento y microorganismos flotantes.
•El alimento consumido en el día, se establece en la parte
superior, pues posee partículas de gran tamaño (1-2 cm), que
atrapan a los gases producidos. El alimento consumido hace 1
día se va más al fondo, ya fue fermentado suficiente y se redujo
su tamaño a 2-3 mm; en este momento puede ser captado por
el retículo y salir a través del orificio retículo-omasal.
•» Capa líquida. líquido con pequeñas partículas de alimento y
microorganismos suspendidos.
•El flujo de material sólido a través del rumen es lento y depende de su tamaño y
densidad. Los alimentos con buena digestibilidad pueden tardar 30 horas.
El contenido del rumen y retículo (alimento y productos de la
fermentación), 4-6 Kg en los ovinos y 30-60Kg en los bovinos,
se acomoda en tres capas por su gravedad específica:
Debido a la fermentación ruminal, se producen y
eliminan diferentes gases.
Bovino adulto
30-50 litros/hora
Borrego
5 litros/hora
Los principales son:
•» Bióxido de carbono (60-70%). » Metano (30-40%).
•» Nitrógeno (7%).
» Oxígeno (0.6%).
•» Hidrógeno (0.6%).
» Ácido sulfhídrico
(0.01%).
•Los AGV son principalmente retirados del líquido ruminal,
al ser absorbidos en las paredes del rumen-retículo.
• Bacterias = 1/2 de la biomasa en el rumen normal
(10.000 a 50.000 millones/ml). Por lo menos 28 especies
son funcionalmente importantes.
• Hongos = h. el 8% de la biomasa intra-ruminal. Se
ubican en la ingesta de lento movimiento evitando su rápido
lavado. Digieren de forrajes de baja calidad.
• Protozoos = 20 – 40 % de la biomasa, contribución
menor por su gran retención y menor actividad metabólica.
• Aspectos importantes:
• Fermentación acoplada al crecimiento microbiano.
• Las proteínas de la biomasa son la principal fuente
de nitrógeno para el animal.
• Los microorganismos del rumen sintetizan
aminoácidos y vitaminas, spp del complejo B (ppal
fuente para el animal).
• También algunas bacterias degradan componentes
tóxicos : AA mimosina y sus derivados (de
Leucaena), fenoles vegetales como la cumarina (1,2
benzopirona), canavanina (análoga de arginina de la
leguminosa Canavalia ensiformis, que inhibe algunas
bacterias del rumen, pero es hidrolizada por otras).
• El rumen incluye entre 109 y 1012
bacterias/ml, y más del 75 % se asocia a
partículas alimenticias.
• La densidad general no varía con la dieta, pero
el número de las diferentes especies esta
afectado a la disponibilidad del sustrato para
la fermentación.
Grupo
Biomasa
Tg % de biomasa total
Mg./100 ml
Bacterias pequeñas
1.600
20 min.
60-90
Selenomonas
300
Oscillospira flagellates
25
Protozoos ciliados
10-40
Entodinia
300
8h
Dashytricha + Diplodinia
300
Isotricha + Epidinia
1100
36 h
Hongos
24 h
5-10
Bacterias del rumen: anaerobias
estrictas, que coexisten con
pocas anaerobias facultativas, adheridas a las paredes del
rumen p/usar el O2 que proviene del torrente circulatorio y los alimentos,
son muy importantes las que fermentan la celulosa.
• Sintrofia: Dos o más microorganismos combinan
sus capacidades metabólicas para degradar una
sustancia que no pueden degradar en forma
individual.
• En el rumen existen grupos sintróficos relacionados
a la degradación de fibras, por ejemplo a los
celulolíticos, hemicelulolíticos y los que los
suceden, como las bacterias metanogénicas.
• Los más competitivos presentan adhesión al sustrato
y almacenamiento de energía dentro de la célula.
Las bacterias del rumen se caracterizan según:
•Su morfología,
•Los productos de fermentación,
•Los sustratos que utilizan,
•La relación molar (G+C) % de su DNA, y
•Por su movilidad.
Organismo
Fibrobacter succinogenes *
Butyrivibrio fibrisolvens *
Ruminococcus albus*
Clostridium polysaccharolyti-cum
Bacteroides Ruminicola,
Selenomonas Lactilytica,
Lachnospira Multiparus
Anaerovibrio Lipolytica
Eubacterium Ruminantium
Methanobrevi-bacter ruminantium
Morfología Movilidad
Bacilo
Bacilo Curvado
Coco
Bacilo (espora)
Bacilo,
Bacilo Curvado,
Bacilo Curvado
Bacilo
Bacilo
Bacilo
+
+
+
-
Productos de Fermentación
DNA (mol
%C+G)
Sustrato
Succinato-Acetato-formiato
Acetato-Formiato-lactato-Butirato-H2 y CO2
Acetato-Formiato- H2 y CO2
Acetato-Formiato-butirato y H2
Formiato-acetato y succinato
Acetato y Succinato
Acetato-Formiato-lactato-H2 y CO2
Acetato-propionato y succinato
Formiato-Butirato-lactosay CO2
CH4 (de H2 + CO2 o formiato)
45-51
41
43-46
40-42
50
31
Celulosa
Celulosa
Celulosa
Celulosa y Almidón
Almidón
Lactato
Pectina
Lipolitico
Xilano
Metanógenos
• Bacterias celulolíticas
• Se adhieren a fragmentos vegetales en los 5´ de
entrados al rumen, segregan sus enzimas hidrolíticas
y liberan principalmente celobiosa.
• Muchas especies celulolíticas pueden también
degradar la fracción mal llamada hemicelulosa.
• Ante la existencia de amonio las bacterias
celulolíticas se multiplican rápidamente (ej. +
Urea).
• Bacterias amilolíticas
• La mayoría de ellas no usan la celulosa.
• Las enzimas amilolíticas se encuentran muy
distribuidas entre las bacterias y convierten los
materiales amiláceos, como granos de cereales, en
AGV.
• Con la presencia de amonio el proceso es más
eficiente.
Hongos (más del 8% de la biomasa)
• Fermentan polisacáridos (celulosa).
• Los flagelados c/ zoosporas móviles (adhieren a fibras vegetales y
desarrollan esporangios y filamentos rizoidales, producen enzimas
que facilitan la desaparición de la pared celular vegetal).
• Colonizan regiones dañadas de las fibras (a 2 horas de la ingestión),
en respuesta a materiales solubles.
• Los hongos producen AGV, gases y trazas de etanol y lactato.
• Se han identificado especies de 4 géneros:
Neocallimastix, Caecomyces (formalmente Sphaeromona),
Pyromyces (formalmente Phyromonas) y Orpinomyces.
Protozoos (1 millón por ml)
• Biomasa similar a las bacterias, pero pueden sobrepasarla
más de 3 veces según la dieta, o inclusive desaparecer.
• La > Ciliata (organismos unicel. más complejos), seg. Spp
de: 25 a 250 micras, c/17 géneros de la subclase
Entodiniomorphes y 2 gén. de la s-clase Holotriches, que
difiere en su morfología y metabolismo.
Características de los
protozoos
Los tiempos de generación
oscilan entre 0.5 a 2 días.
En el rumen consumen y
metabolizan azúcares
solubles y bacterias (con lo
que limitan el crecimiento
bacteriano).
Con los cilios se mueven y
crean corrientes que
arrastran las partículas
nutritivas hacia la pequeña
depresión de la superficie
celular que sirve para
ingerirlas.
Viven en el agua y el suelo,
donde descomponen la
materia orgánica en
sustancias que pueden ser
utilizadas por otros seres
vivos.
PROTOZOOS
• Ingieren partículas del tamaño de bacterias, como
almidón, fibras, cloroplastos y enlenteciendo la
degradación de sustratos rápidam. fermentescibles.
• Las especies presentes varían con la especie animal,
la localidad y la dieta.
• Varios permanecen adheridos a fragmentos de
alimento y son mas retenidos que las bacterias y una
gran parte pueden ser lisados en el rumen.
FLUIDO RUMINAL
En una vaca adulta se producen más de
100 litros de saliva/d. En una vaca de 500
kg. el contenido líquido del rumen es de 50
litros y el flujo de 150 a 170 litros por día.
En cabras se ha determinado que pasan en
ambas direcciones, a través de la pared del
rumen, 40 litros de agua al día : 55 ml/cm2
de pared ruminal/hora (in vitro).
Paso de sólidos, condicionado a:
Las características físico químicas
del alimento y al contenido previo.
Otros factores :
- tamaño de las partículas,
- digestibilidad del alimento y
- volumen consumido.
Composición química proximal de las partes principales de los
granos de maíz (%) Fuente: Watson, 1987.
Componente químico
Pericarpio
Endospermo
Germen
70 al 86 % del peso
7 al 22 %
Proteínas
3,7
8;0
18,4
Extracto etéreo
1,0
0,8
33,2
Fibra cruda (hemicelulosa
86,7
2,7
8,8
Cenizas
0,8
0,3
10,5
Almidón
7,3
87,6
8,3
Azúcar
0,34
0,62
10,8
67%, celulosa 23 % y lignina 0,1%)
Resumidamente
Endospermo = HC y Proteínas de los granos de maíz
Germen = Grasas crudas y, en menor medida, proteínas y
minerales.
Cubierta seminal / pericarpio = Fibra cruda del
grano.
Composición química del grano de maíz
• Almidón = 72-73 % (maíz ceroso formado totalmente por
amilopectina)
• Glc, fruct, sacarosa y azúcares simples = 1 - 3 %
• Proteínas = 8 – 11 % (5 fracciones = alb, glob y NNP de 7, 5
y 6 % del N total; prolamina ó zeína 52 %; glutelina 2 de 8 %;
glutelina 3 de 0,5 % y 5 % de N residual)
• Fibra soluble e insoluble: 10 – 12 y 1 – 2 %
respectiv. Fibra ácido- y neutrodetergente, hemicelulosa y lignina
en el maíz completo (salvado de maíz = celulosa 25 %, hemicelulosa
75 %y lignina 0,1 %)
• Aceite y ácidos grasos 3 – 18 % (c/11 y 2-3 % de palmítico y
esteárico ; oleico  30-36 %; linoleico  24 %; linolénico 0,7 %)
GLUCOSA
GLUCOLISIS
XILOSA
La glucosa y otros azúcares son absorbidos por los
microorganismos y en su citosol se incorporan a la vía
de la glucólisis.
Este proceso enzimático da lugar a la formación de
NADH+H (reducido), ATP y piruvato. La energía
potencial representada por el ATP es la principal fuente
de energía para el mantenimiento y crecimiento de los
microbios.
Digestión NO fermentativa c/ O2 = aeróbica,
piruvato
CO2 , H2O y ATP
Digestión fermentativa (no es un sistema aeróbico);
por el contrario es un sistema altamente
anaeróbico y reductor.
• La restauración de NAD oxidado se logra con otro
compuesto que sirva como el resumidero de
electrones para la oxidación de los cofactores
enzimáticos.
• Si no existiera este mecanismo, todos factores
oxidados presentes podrían rápidamente reducirse y
entonces el metabolismo bacteriano se detendría.
y
AMI
Almidón Nativo
Almidón Soluble
Amilo dextrina
Eritro dextrina
Acro dextrina
Maltosa
Maltasa
2 Glc
2 ATP
Celulosa Nativa
Celulosa Soluble
Celo dextrina PM
Eritro dextrina
Acro dextrina
C1 y Cx
Celobiosa
Celobiosa Celobiasa
Celobiasa
Pi
Fosforilasa 1 Glc-1P
1 Glc
Hexoquinasa
2 ADP
Celulasas
Glc-6P
Piruvato
2 Glc
2 ATP
2 ADP
Síntesis de AGV y
restauración del NAD
PRODUCTOS FINALES (digestión fermentativa):
• Lactato si el piruvato funciona como el
captador de electrones.
• El CO2 puede reducirse para formar metano
aceptando electrones para la regeneración del
NAD y de FAD.
• El proceso transformador del piruvato da lugar
a los los ácidos grasos volátiles (AGV); Acético
(CH3-COOH), Propiónico (CH3-CH2-COOH) y
Butírico (CH3-CH2-CH2-COOH).
Bacterias adheridas
a alimentos (SAB);
Bacterias libres en
el licor ruminal
(LAB) y
Bacterias adheridas
a la pared del
rumen (Epimurales).
Fuentes de proteína
• No-rumiantes :
– AA pre-formados en su dieta. La urea siempre se pierde
en la orina.
• Rumiantes :
– c/distintas fuentes de nitrógeno sintetizan AA y forman
proteína.
– mecanismo para ahorrar nitrógeno :Cuando el
nitrógeno en la dieta es bajo, la urea, catabolito proteico
del cuerpo, puede ser reciclado al rumen en grandes
cantidades.
Contenido de aminoácidos esenciales de las proteínas del germen y el
endospermo del maíz
Aminoacido
(1,26% de N)
(2,32% de N)
mg %
mg/g N
mg %
mg/g N
Modelo
FAO/
OMS
Triptofano
Treonina
Isoleucina
Leucina
48
315
365
1 024
38
249
289
810
144
622
578
1 030
62
268
249
444
60
250
250
440
Lisina
Total azufrados
228
249
180
197
791
362
341
156
340
220
Fenilalanina
359
284
483
208
380
Tirosina
Valina
483
403
382
319
343
789
148
340
380
310
Fuente: Orr y Watt. 1957.
Endospermo
Germen
Peso del grano = Endospermo 70 al 86 %; y germen
= 7 al 22 %, aunque aporta lisina y triptofano (AA
limitantes).
Metabolismo Nitrogenado del Rumen
• La proteína es particularmente vulnerable a la
fermentación ruminal, y sus esqueletos de carbonos
pueden proveer energía a los microorganismos.
• Los microoorganismos pueden utilizar fuentes de
NNP como sustrato para la síntesis de aminoácidos.
• Independencia de la calidad de las proteínas
ingeridas: los microorganismos del rumen son
capaces de sintetizar todos los aminoácidos,
incluyendo los esenciales para el hospedador.
* Las proteínas y el NNP son atacados en el rumen por
enzimas microbianas extracelulares (la mayoría
endopeptidasas parecidas a la tripsina y forman péptidos
de cadena corta).
* Los péptidos son absorbidos hacia el interior de los
microorganismos, son degradados a aminoácidos.
1º Fijación (entrada y salida de materiales al ecosistema)
Ruminococcus flavef., R. albus, B. Succinógenes adhieren a las
membranas veg.por su envoltura glicoproteica. Adhiere 1º una
especie, luego otra...
2º Tiempo medio de generación (< que el interc.Ingesta)
3º Adhesión a partículas (+ los de generación lenta).
Protozoos Oligotricos se retienen por adhesión a partículas y los
Holotricos son secuestralos en la pared del retículo entre dos tomas.
AA limitantes según especie y producción
•
•
•
•
•
Vaca en lactancia.......................met., Lis, Phe (Thr)
Ternero en crecim......................met.
Cabra en lactancia......................met.
Oveja adulta (prod. de lana).....Cisti, Met.
Cordero en crecim.....................Lis. (Met)
• Días antes del parto fijan (g de prot./día)
• Feto ovino................................15-17g/d
• Feto bovino..............................95 g/d
•
* Los aminoácidos son utilizados para la formación de proteína
microbiana o degradados más para producir energía a través de la vía de
los AGV , previa desaminación que da lugar a amoníaco y a un
esqueleto carbonado.
Proteínas
Proteasas
AA - péptidos
Degradabilidad: forrage = 60-80 %;
concentrados y subprod. Industriales = 30-60 %
NH3
NNP
ureasa
Síntesis de proteína
microbiana
Urea
•
* Los aminoácidos forman proteína microbiana o son degradados más
para producir energía a través de la vía de los AGV , previa
Proteína Bacteriana (38-55% de la bacteria)
20 g/100g MO fermentada
400-1500g/día seg digestibilidad
2000-7500g MO/día
ID: Prot.Bact. 60%, comp. constante
Prot.”pasante” 40%, comp. variable
Heces: 20%,
Prot.no digerida
Composición química proximal del contenido ruminal
desecado de bovinos, ovinos y caprinos sacrificados en el
Rastro Municipal de Culiacán, Sinaloa (%).
DETERMINACION
Humedad
BOVINOS
(X DE)
5.45 2.04
OVINOS
(X DE)
6.88 2.77
CAPRINOS
(X DE)
7.14 2.66
Cenizas
19.43 5.89
15.91 3.65
16.64 2.62
Proteína cruda
14.97 1.44
16.01 1.86
16.67 2.88
Grasa cruda
2.23 1.27
2.131.17
2.54 1.31
Fibra cruda
20.32 9.10
33.27 6.47
31.40 7.07
Extr. libre de N
42.01 9.43
33.36 5.2
33.48 5.58
Fuentes de NH3
• Proteínas de alimentos + microorganismos ->
AA -> NH3 y ácidos orgánicos (ácidos grasos
con cadenas ramificadas).
• Fuentes alimenticias de NNP y urea reciclada de la
saliva y a través de la pared del rumen dan ->
NH3
NH3
Principal compuesto que utilizan los
microorganismos para la síntesis de aminoácidos
y proteínas (con suficiente energía o carbohidratos).
Formación de diversos componentes nitrogenados de
la pared celular y ácidos nucleicos.
Liberado en el rumen es absorbido a la sangre,
conducido al hígado en donde se forma urea, la cual
se puede reciclar en la saliva o eliminarse a través de
la orina.
SALIVA
HIGADO
RIÑONES
Destinos de NH3
• NH3 utilizado p/el crecimiento de la población
bacteriana según la disponibilidad de energía
generada por la fermentación de carbohidratos.
•
NH3
escasez de nitrógeno para las bacterias y
reducción de la digestibilidad de los alimentos.
• NH3
pérdida de peso, toxicidad y, en casos
extremos, muerte del animal.
38% de los microorganismos aislados
del rumen tienen actividad proteolítica.
• Hay por lo menos tres tipos de proteinasas:
• 1 - Cisteína o Tiol proteinasa (-COOH de AA
básico, aromático o apolar)
• 2 - Serina proteinasa (-OH + -COOH de
ésteres o amidas de Arg y Lis)
• 3 - Metalo proteinasa (c/Zn++ o Ca++, en Leu,
Ile, Gli, Gli-Pro)
• Algunas bact. Poseen exopeptidasas
Otras enzimas
• Asparaginasa L-Asn + H2O -> L-Asp + NH3
• Glutaminasa
• Ureasa
• Arginasa
Vía de degradación de proteína ingerida a amoníaco por
microorganismos del rumen. La importancia relativa de bacterias y
protozoos depende de las propiedades de la proteína a ser atacada.
• Partículas proteicas pequeñas
»
ingestión
PROTOZOO
Proteína
Soluble
Adsorción
Bacterias
Polipéptidos
Fijación
Oligopéptidos
Proteína
Insoluble
AMONIO
AA
Dipéptidos
Resumen de las propiedades productoras de
amoníaco de bacterias aisladas de rumen
• Alto nº - Baja actividad Bajo nº - Alta actividad
Butyrivibrio fribrisolvens
Megasphaera elsdenii
Prevotella ruminicola
Selenomonas ruminantium
Streptococcus bovis
>109 / ml
10-20 nmol NH3 min-1
Clostridium aminophilum
Clostridium sticklandii
Peptoestreptococcus
anaerobius
Mayormente resistente a monensina
Monensina sensibles
107 / ml
300 nmol NH3 min-1
Producen NH3 y asociados
• 1 - B. Ruminícola, M. Elsdenii, S. Ruminantium
y algs. Butirivibrios (desaminan AA)
• Val->isobutirato; Leu->isoval.; Ile->2-metilbutirato + CO2; Pro,Lis,Arg e HC->n-Valérico
• 2 - Digieren HC complejos y requieren NH3
• 3 - B. Ureolíticas (5% de aislamientos)
• Aspectos importantes:
• Acoplamiento fermentación-crecimiento microbiano (las
proteínas de la biomasa constituyen la principal fuente de
nitrógeno para el animal).
• Además de las funciones digestivas, los microorganismos
del rumen sintetizan aminoácidos y vitaminas, spp del
complejo B (principal fuente para el animal).
• Algunas bacterias degradan componentes tóxicos de la
dieta:
– aminoácidos mimosina y sus derivados, componentes del forraje
de Leucaena,
– fenoles vegetales como la cumarina (1,2 benzopirona),
– canavanina, análoga a la arginina, componente de la leguminosa
Canavalia ensiformis, que inhibe algunas bacterias del rumen, pero
es hidrolizada por otras.
N ingerido
Fracción soluble
NnoAA
NNPAA
Fracción particulada
Nprot.
Nprot.
Degradable
no degradable
Peptidos
AA
Captación
Pasaje
PIA
Fermentación
NH3
estudios in vivo
Sínt. Prot. Microb.
Pasaje
Prot.Microb.
estudios in saco
PIA
Proteínas pasantes
NNP (Urea
NH3,
Biuret, Nitratos,
Nitritos, N2)
Endo- Proteínas Dietarias
pepti- Mucoproteínas Saliva
dasas
Péptidos cadena cta.
Péptidos
NH3
Peptidasas
Proteínas
Microbianas
AA
Piruvato
Esqueletos C
AGV
Glc
ID
NH3
AA
AA Pool interno
Pool
extern
o
NH3
CO2
AA
NH3
1.Proteínas Microbianas (estruct. y
enzimáticas)
2.Desaminación Oxidativa (-cetoác.)
3.Desamin. NO Oxidativa (-cetoác.)
4.Desam. Reduc. (AG saturado) y desat. (AG insat.)
5.Desam. Hidrolítica (Ac.-alcohol)
6.Descarboxilación
7.Síntesis De Novo
8.Eliminación de AA por exceso de
producción
9.Captación de NH3
10.Transaminaciones
DESAMINACIÓN DE AMINOÁCIDOS
• Desaminación Oxidativa (-cetoác.)
c/D-L AA-Oxidasas+FAD-> iminoácido + H2O o GLDH
• Desamin. NO Oxidativa de AA-OH y -SH
(-cetoác.) c/Deshidratasas + Piridoxal-P + H2O
• Desam. Reduc. + H2 (AG saturado)
• Desam. y desat. (AG insat.)
• Desam. Hidrolítica (Acido-alcohol)
Esqueleto carbonado de muchos AA :
*vía de los AGV: acético, propiónico y butírico,
y también de AGV de cadena ramificada o
isoácidos : ác. isobutírico, ác. isovalérico y 2metilbutirato) para los casos de valina, leucina
e isoleucina.
Los AGV de cadena ramificada son utilizados
por las bacterias como factores de
crecimiento.
El esqueleto carbonado de muchos de los
aminoácidos se puede acomodar en varios de
los pasos de la vía de los AGV, con producción
de acético, propiónico y butírico,
y también de AGV de cadena ramificada o
isoácidos (ácido isobutírico, ácido isovalérico
y 2-metilbutirato); solo los tres aminoácidos de
cadena corta ramificada (Val, Leu e Ile),
permiten la producción de estos isoácidos.
Urea
Urea
Ingreso de N: 1-Elev. osmolaridad de panza, c/ingr.de agua; 2-ADH
q`aum. la permeabil. de la mucosa; 3-carencia de agua c/merma en la
eliminación de urea y más entrada de N a la panza.
Vaso sanguíneo
>55-60 mM
Urea NH3
Células
basales
1 % p.v.
20 %
GlDH+ NADH = Glutámico (bact)
Glu+NH3 = Glutamina (bact)
Urea Ureasa NH3 + CO2
Estratos celul. Cornif.
Urea Ureasa bact.NH3 + CO2
NH3 H+ NH+4 pH~6,5
Urea 0,28-0,44 g / Kg p.v. es tóxica
panza= h. 84 mg/100 ml límite detoxif. hepática
aporte de nutrientes y
velocidad de eliminación
de los microorganismos
del rumen
Crecimiento microbiano
(Prot de baja digestibil.
Sínt. de ács. Nucleicos)
carbohidratos
+
proteínas ó NNP
=
microbios + AGV
+
NH3 + CH4 + CO2
La absorción de NH3 depende del pH ya que este pasa más
rápidamente que el ión NH4 (amonio). Al caer el pH a 5,0-6,0
la absorción se reduce a 2/3 de la que ocurre a pH 7,8-6,8.
Cuantificando
• La síntesis de proteína bacteriana puede variar
entre 400 a 1500 gr/día según la digestibilidad
de la dieta.
• El porcentaje de proteína en bacterias varía
entre 38 y 55%.
• Se sintetizan ±20 gr. de proteína bacteriana/c/
100 gr materia orgánica fermentada en el rumen.
Proteína sobrepasante o pasante = Proteína dietaria
que escapa a la digestión ruminal y pasa al intestino sin
modificarse en el rumen.
Degradabilidad usual:
Forraje = 60-80% y
Concentrados o Subpr. industriales = 30-60%.
La relación que existe entre la disponibilidad de
carbohidratos y la de proteínas (o nitrógeno) ejerce un fuerte
impacto sobre la producción de células microbianas y por lo
tanto sobre la nutrición del huésped.
La mayoría de los microorganismos ruminales pueden
sintetizar proteína a partir de amoniaco proveniente de
fuentes no proteicas tales como la urea.
Desde un punto de vista nutricional y económico, esto se ha
explotado utilizando fuentes nitrogenadas de bajo costo en
lugar de proteínas costosas en las dietas de los rumiantes,
permitiendo la síntesis microbiana de proteína para
satisfacer las necesidades del hospedero.
• Proteína microbiana (cuerpos celulares): una
porción se destruye en el rumen; el resto entra el
abomaso pegada a las partículas de alimentos,
donde se inactiva la actividad microbiana, y se
completa la digestión en el intestino (pepsina,
tripsina, quimiotripsina, carboxipeptidasa y
aminopeptidasa) en forma similar a la digestión
proteica en los monogástricos.
Carbohidratos
+
Proteínas/NNP
Microbios + AGV + NH3 + CH4 + CO2
Dieta c/  Forrajes

> galactoglicéridos
 granos o concentrados

> triacilglicéridos
HIDRÓLISIS DE LÍPIDOS
• La digestión de los lípidos en los rumiantes tiene
una etapa peculiar
microbiana ruminal.
• Más del 95% de los lípidos dietarios son
hidrolizados rápidamente por lipasas microbianas,
producidas principalmente por las bacterias
adheridas a partículas alimentarias ( SAB –Solid
Adherent bacteries).
• Más del 70% de los A.G son liberados antes de la
primer hora post-ingestión y se produce según el
siguiente esquema:
lipasas
T.A.G -------------------- 3 A.G + glicerol
D.A.G --------M.A.G
Fosfolipasas
Fosfolípidos------------------2 A.G + glicerol + base
aminada y ac.
Fosfórico.
Galactosidasas
Galactoglicéridos------------2 A.G + glicerol + galactosa
( 1ó2)
lipasas
• A.G liberados:  6- Linoleico y 3- Linolénico.
• El glicerol es transformado por las bacterias en Ac.
Propiónico. La galactosa en Acetato y Butirato y las
Bases Aminadas en NH3 y A.G.V.
• La mayoría de los ácidos grasos presentes en la dieta
de los rumiantes son insaturados; el medio ambiente
reductor del rumen produce la hidrogenación de una
gran cantidad de ellos, previamente hidrolizados .
BIOHIDROGENACION.
• Los A.G liberados son adsorvidos en pequeñas partículas
alimentarias y van a ser hidrogenados secuencialmente.
• Las Isomerasas transforman las formas CIS en TRANS
• Las Reductasas del entorno peri-bacteriano transforman, xej
el Linolénico (18: 3) en Linoleico (18:2), este en  11 trans
octodecenoico (18:1 ó 18:1, 11t ác vaccénico) y, por último,
en Esteárico (18:0). El Palmitoleico (16:1) pasa a Palmítico
(16:0).
• Por lo tanto los principales A.G de cadena larga que serán
incorporados al organismo animal serán:
PALMITICO, ESTEARICO, TRANSVACCENICO y
LINOLEICO.
Las ventajas que presenta la
hidrogenación de ácidos grasos son:
•» Aumenta el crecimiento bacteriano (los AG
insat. provocan cambios en la permeabilidad
de las membranas microbianas (inhibiendo su
desarrollo).
•» Se reduce la producción de metano al haber
menor cantidad de hidrógeno.
•» Aumenta la energía disponible, ya que los
ácidos grasos saturados liberan más energía
al oxidarse que los ácidos grasos insaturados.
SINTESIS DE LIPIDOS EN EL
RUMEN
• Las bacterias son capaces de sintetizar A.G de
cadena larga (saturados, pares, impares y
ramificados).
• Las bacterias NO sintetizan A.G
poliinsaturados; la pequeña proporción que
aparece en los microorganismos ruminales
resulta de la incorporación de A.G exógenos
preformados (18:2).
LIPIDOS PROTEGIDOS
• La disminución de la hidrogenación ruminal logra un mayor
pasaje de A.G insaturados al intestino con aumento de su
absorción (+ en la grasa corporal y láctea)
• Para lograr el by-pass ruminal se puede:
a) Proteger por encapsulamiento, utilizando proteínas
(caseína) tratadas con formaldehido, lo cual impide la
lipólisis y
b) Proteger por saponificación; los jabones formados
se disocian poco en el rumen e impiden la acción de las
isomerasas indispensables para el desarrollo de la
biohidrogenación
RESUMEN
• Los microorganismos fermentan Glu para
obtener la energía para crecer y prod. AGV
como productos finales de fermentación.
• Los AGV cruzan las paredes del rumen y
sirven como fuentes de energía para el
rumiante.
• Mientras que crecen los microorganismos del
rumen, producen aminoácidos, fundamentales
para proteínas.
• Rumen: ambiente apropiado, suministro
generoso de alimentos
crecimiento y
reproducción de los microorganismos.
• Ausencia de oxígeno favorece el crecimiento
de bacteria que pueden digerir las paredes de
las células de plantas (celulosa) para producir
azucares sencillos (glucosa).
• Las bacterias pueden utilizar NH3 o urea
como fuentes de N. Sin la conversión
bacteriana, el amoníaco y la urea serían
inútiles para los rumiantes.
• Sin embargo, las proteínas bacterianas
producidas en el rumen son digeridas en
el intestino delgado y constituyen la
fuente principal de aminoácidos para el
animal.
• La mayor parte de los AGV del líquido ruminal se absobe allí,
el resto se absorbe en omaso, para posteriormente
incorporarse a la circulación general pasando por la vena porta.
•
Cambios en la dieta pueden modificar el patrón de
fermentación. Cuando la dieta del animal está basada en
forrajes, la proporción molar en que se encuentran los AGV es:
10%
25%
65%
• Mientras que si la dieta es alta en granos o
concentrados la proporción será de:
15%
40%
45%
En el hígado el propionato y el acetato son incorporados al metabolismo
energético, el ácido propiónico es el único de los AGV que el hepatocito
puede transformar en glucosa, en la vía de la gluconeogénesis . Las
moléculas de glucosa sintetizadas en este proceso, serán exportadas hacia los
tejidos extrahepáticos, quienes serán los encargados de utilizarla como la
primera fuente de energía altamente disponible para sostener las necesidades
fisiológicas de mantenimiento y reproducción.
Esquema de la regulación del pH
•
RACIÓN RICA EN FIBRA
BRUTA (60% forrajes groseros
y mucha celulosa)
•
LARGO TIEMPO DE
RUMIA (45-70`/Kg de MS)
•
ALTA PRODUCC. DE
SALIVA (Aprox. 12-14 L/Kg
MS)
•
CONCENTRACIÓN Y
VELOC DE
ABSOR. DE
AG RELATIV`
BAJAS
RACIÓN RICA EN
CONCENTRADOS (35-60%
forrajes groseros y mucho
almidón)
•
CORTO TIEMPO DE RUMIA
(35-45`/Kg de MS)
•
BAJA PRODUCC. DE SALIVA
(Aprox. 10-12 L/Kg MS)
•
BAJO pH EN RUMEN (pH 5,46,0 c/alta prod. de ác propiónico)
•
ALTO pH EN RUMEN (pH 56,8 c/alta prod. de ác acético)
•
pH FAVORABLE A LA
• pH FAVORABLE A LA
DIGESTIÓN DE LA
DIGESTIÓN DEL ALMIDÓN
CELULOSA 35% DE FORRAGES GROSEROS ES EL LÍMITE INFERIOR BAJO EL CUAL CESA LA CAPACIDAD DE
REGULACIÓN, COMIENZA LA FERMENTACIÓN LÁCTICA Y CAE EL % GRASO DE LA LECHE.
FORRAJES GROSEROS = HENO, ENSILAJE PREMARCHITO (40% DE MS; ENSILAJE HÚMEDO) - 2-4
Kg DE HENO O PAJA.
CONCENTRACIÓN
Y VELOC
DE
ABSOR.
DE AG
RELATIV`
ALTAS
Incorporación Y Aprovechamiento
DE AMINOÁCIDOS
Absorción de AA
• Aproximadamente 60% derivados de proteína
bacteriana, y 40% de proteína no degradada en el
rumen.
• Contribución en % de los AA a la gluconeogénesis
en ovinos adultos (% del flujo de AA):
• Asp
30
Gli
7
• Ala
25
Met
<1
• Glu
16
Treo
3
• Ser
7
Ile
<1
MOLECULAS DE ALIMENTO
Digestión
MOLECULAS SENCILLAS
Absorción
VIAS ANFIBOLICAS
VIAS
CATABOLICAS
2H
P
CO2 + H2O
VIAS
ANABOLICAS
Otros procesos
endergónicos
O2
PROTEÍNAS
CARBOHIDRATOS
LÍPIDOS
ACS. NUCLEICOS, ETC
La transformación de ácido pirúvico en el proceso
glucolítico de la manera siguiente: