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UFMT ATLAS, R.M.; BARTHA, R. Microbial Ecology: fundamentals and applications. Third Edition. 1993. 563p. BROCK, T.D., MADIGAN, M.T., MARTINKO, J.M. et al. Biology of Microorganisms. 7.ed. Prentice-Hall International, Englewood Cliffs, New Jersey, 1994. 900p. CHEEKE, P.R.; DIERENFELD, E.S. Comparative animal Nutrition and Metabolism. CAB International, 2010. 339p. FRANCE, J.; FORBES, J.M. Quantitative aspects of ruminant digestion and metabolism. CAB International, 1993. 515p. HOBSON, P.N.; STEWART, C.S. The rumen microbial ecosystem. Second edition. London. 1997. 719p.
UFMT NELSON, D.L.; COX, M.M.: LEHNINGER: Principles of Biochemistry. Third edition. 2000. 1152p. POND, W.G.; CHURCH, D.C.; POND, K.R.; SCHOKNECHT, P.A. Basic Animal Nutrition and Feeding. USA: Jhon Wiley & Sons, 2005. 580p. RUSSELL, J.B.; O’CONNOR, J. D.; FOX, D. G. et al. A net carbohydrate and protein system for evaluation cattle diets: ruminal fermentation. Journal of Animal Science, v.70, n.12, p.3551-3581, 1992. SNIFFEN, C.J.; O’CONNOR, D.J.; VAN SOEST, P.J. et al. A net carbohydrate and protein system for evaluating cattle diets: carbohydrate and protein availability. Journal of Animal Science, v.70, n.12, p.3562-3577, 1992. VAN SOEST, P. J. Nutritional Ecology of The Ruminant. Cornell University Press. 1994.
UFMT BERCHIELLI, T.T.; PIRES, A.V.; OLIVEIRA, S.G. Nutrição de ruminantes. Jaboticabal: FUNEP, 2006. 583p. CUNNINGHAM, J.G. Tratato de fisiologia veterinária. 3. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2002. 579p. FRANDSON, R.D; WILKE, W.L.; FAILS, A.D. Anatomia e fisiologia dos animais de fazenda. 6. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2005. 454 p. MERTENS, D.R. Regulation of forage intake. In: FORAGE QUALITY, EVALUATION, AND UTILIZATION, 1994, USA, Proceedings… Wisconsin, 1994. REECE,W.O. Dukes - Fisiologia dos animais domésticos. 12. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2006. 926 p.
UFMT 1.
Revista Brasileira de Zootecnia (RBZ)
2.
Revista Pesquisa Agropecuária Brasileira (PAB)
3.
Arquivos Brasileiros de Medicina Veterinária e Zootecnia
4.
Revista Ciência Rural
5.
Scientia Agricola
6.
Ciência Rural
7.
Journal of Dairy Sciene
8.
Journal of Animal Science
9.
Animal Feed Science and Technology
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Sub ordem Tylopoda
Ruminantia Família
Camelidae Alpaca, lhama, camelos
Tragulidae Giraffidae Cervidae Bovidae Antílope, bisão , búfalo, bovino gazela, elandia, cabra, ovinos
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Figura 1. Classificação dos grandes mamíferos ungulados Fonte: Reece (2006)
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Uso de alimentos que não competem com o homem
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UFMT Sistema digestivo: “tubo muscular” revestido por mucosa que é continua com a pele externa na boca e no ânus. FUNÇÕES: 1. Ingestão 2. Mastigação 3. Digestão e a absorção 4. Eliminação de resíduos CONSTITUINTES: boca, faringe, esôfago, estômago, intestino delgado, intestino grosso, reto e glândulas acessórias (glândulas salivares, fígado e pâncreas)
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Figura 2. Tratos gastrintestinais de quatro espécies domésticas Fonte: Reece (2006)
UFMT 1. Boca: língua, dentes e glândulas salivares Mucosa ramificada Palato duro Língua grossa
FUNÇÕES: 1. apreensão do alimento 2. mastigação (ingestiva e ruminatória) 3. Deglutição
UFMT Dentição: • Temporária • Permanente
2 (I 0 C 0 PM 3) = 20 4 0 3
2 (I 0 C 0 PM 3 M 3) = 32 4 0 3 3
Dentes Pinças Primeiros Médios Segundos Médios Cantos
1ª Dentição 3 a 5 dias 3 a 5 dias 8 a 12 dias 25 a 30 dias
2ª Dentição 12 a 18 meses 18 a 22 meses 24 a 30 meses 34 a 38 meses
Desgaste 4 anos 5 anos 6 anos 7 anos
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Glândulas salivares: parótidas,
Células serosas e
submaxilares, sublinguais e parietais
mucosas
Saliva 99 – 99,5% água – MS constituída de materiais orgânicos e inorgânicos CARACTERÍSTICA DA SALIVA: 1. Ação anti-timpânica 2. Presença em íons bicarbonato e fosfato 3. Presença de N
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UFMT 2. Faringe – Esôfago: comunicação da boca com o estômago Esôfago: entre a faringe e cárdia Eructação e ruminação – contração e relaxamento dos esfíncteres esofagianos 3. Estômago: 3.1 “Pré-estômago” •Epitélio escamoso e estratificado, parcialmente queratinizado; • Epitélio não glandular, mucoso; • Desenvolvimento depende do tipo de alimento consumido
UFMT 3. Estômago:
3.1 “Pré-estômago” • Retículo, rúmen e omaso
Retículo-Rúmen: fermentação microbiana Omaso: filtragem de partículas
3.2 “Estômago Verdadeiro” (glandular) • Abomaso (HCl e Pepsina, renina)
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1. Rúmen 2. Reticulo 3. Omaso
Processo fermentativo
4. Abomaso – repleto de glândulas secretoras
UFMT Figura 3. Regiões internas do estômago. A) Equino B) Suíno C) Ruminante E = região esofágica; C = região glandular cardíaca; F = região glandular fúndica; P = região glandular pilórica Fonte: Reece (1996)
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UFMT Rúmen Omaso Intestino Delgado
Retículo
Abomaso
Esôfago
Figura 4. (A) Diagrama esquemático de secção sagital pelo ruminorretículo bovino visto da esquerda, para demonstrar as principais características anatômicas: 1) esôfago 2) Abertura cardíaca 3) Sulco reticular 4) Abertura reticulo-omasal 5) Retículo 6) Prega ruminorreticular 7) Saco cranial do rúmen 8) Pilar cranial 9) Saco dorsal do rúmen 10) Saco cego caudo-dorsal 11) Saco cego caudoventral 12) Saco ventral do rúmen 13) Pilar coronário dorsal 14) Pilar longitudinal direito 15) Pilar coronário ventral 16) Pilar caudal 17) Abomaso 18) Omaso
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Fonte: Reece (2006)
UFMT Figura 5. Face parietal ou esquerda: 1. Saco dorsal 2. Saco ventral 3. Retículo 4. Esôfago 5. Abomaso 6. Sulcos longitudinal esquerdo 7. Sulco caudal 8. Sulco rumino reticular 9. Sulco cranial 10. Sulcos coronários, dorsal 11. Sulcos coronários ventral 12. Átrio do rúmen 13. Recesso do rúmen 14. Sacos cegos caudo-dorsal 15. Sacos cegos caudo-ventral
UFMT Figura 6. Face visceral ou direita 1. Saco dorsal 2. Saco ventral 3. Retículo 4. Omaso 5. Abomaso 6. Esôfago 7. Início do sulco rúmen reticular 8, 9,10 11. Sulco longitudinal direito 12. Sacos cegos caudo-dorsal 13. Sacos cegos caudo-ventral 14. Sulco caudal 15. Sulcos coronários, dorsal 16. Sulcos coronários ventral 17. Curvatura maior do abomaso 18. Curvatura menor do abomaso
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*Produção de AGVs e circulação sanguínea
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capacidade de absorção semelhante às papilas ruminais
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Fonte: Berchielli et al. (2006)
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Fonte: Berchielli et al. (2006)
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Fonte: Berchielli et al. (2006)
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Fonte: Berchielli et al. (2006)
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0 a 3 semanas 3 a 8 semanas
“Não-ruminante”: tamanho relativo do “préestômago Transição: • Colonização ruminal; • Produção de AGVs • Mudança do metabolismo intermediário
Após 8 semanas Ruminante Fonte: Adaptado de Berchielli (2006)
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55 50
Omaso Abomaso Rúmen/retículo
45 % Total do TGI
40 35 30
69
25 20
31
72
73
24
21
4
6
36
15 10
61
59
5 0
8 Nascimento
5 2 semanas
23
7 semanas
4 meses
8 Adulto
FIGURA 7. O estômago dos ruminantes representado como proporção (adaptado de Fradson, 1992).
UFMT Tabela 1. Capacidade das partes do trato digestivo (adaptado de Swenson e Reece, 1993) Animal
Bovinos
Parte do TGI
Capacidade relativa (%)
Capacidade absoluta (litros)
Estômago
70,8
252,5
Intestino delgado
18,5
66,0
Ceco
2,8
9,9
Cólon e reto
7,9
28,0
100,0
356,4
Total
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- Receptores de estiramento e quimiorreceptores
- Contrações primárias ou de mistura - Contrações secundárias ou de eructação
- Sistema extrínsico, intrínsico e endócrino
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Figura 8. Sequência de contração no ruminorretículo. Fonte: Cunningham (2002)
Gás Zona sólida Zona intermediária Zona pastosa Zona de ejeção Zona de escape potencial Zona líquida
1. Processo de ruminação 2. Homogeneizar o meio ruminal 3. Promover o tamponamento 4. Aumentar superfície específica para ataque microbiano
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UFMT 1) Bactérias - 1010/g de conteúdo ruminal 2) Protozoários - 106/g de conteúdo ruminal 3) Fungos - 102 a 104/g de conteúdo ruminal
UFMT 1. Fermentadoras de carboidratos-fibrosos: R. albus, R. favefaciens e F. succinogenes 2. Fermentadoras de carboidratos não-fibrosos: Streptococcus bovis, Ruminobacter amylophilus, Lactobacillus sp. e Prevotella sp. 3. Proteolíticas: Peptostreptococci sp. e Clostridium sp. 4. Lácticas: Megasphaera elsdeniii e Selenomonas ruminantium 5. Pectinolíticas: Succinivibrio dextrinosolvens 6. Lipolíticas: Anaerovibrio lipolytica 7. Ureolíticas: Enterococcus faecium 8. Metanógenas: Methanobacterium sp. Methanobrevibacter sp.
UFMT 1. Bactérias Especializadas: – Ruminobacter amylophilus: utiliza apenas amido e seus produtos da digestão; – Fibrobacter succinogenes: usa apenas celulose e seus produtos;
2. Bactérias Generalistas: – Butyrivibrio fibrisolvens: hidrolisa amido, celulose, xilanas e pectina e usa seus produtos; – Selenomonas ruminantium: tem pouca habilidade para hidrolisar a maioria dos polímeros, mas pode usar uma grande variedade de açúcares; também fermenta ácido láctico a AGV´s
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Adequação para otimizar crescimento de bactérias, protozoários e fungos
Temperatura, pH, ausência de oxigênio, padrões de motilidade
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Figura 12. Localização dos carboidratos estruturais (parede celular) e não estruturais (lamela média e conteúdo celular) nas células vegetais. Fonte: Hall (1998)
PLANTA JOVEM (45 dias) PAREDE CELULAR VEGETAL - FDN
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CONTEÚDO CELULAR - CC
PLANTA MADURA (80 dias) FDN – lenta digestão (2 a 5 %/hora) Incompleta digestão ( 50%) Ocupa espaço no TGI CC – rápida digestão (20 – 30%/hora) Digestão quase completa (90 – 98%)
Celulose Lignina Hemicelulose SiO2 Ptn ligada
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Digestibilidade
Tempo
UFMT Celulose Extracelular
Hemicelulose
Pectina
Amido
Sacarose
Hidrólise(digestão) Glicose Fermentação
Intra-celular
Piruvato
Glicólise
CO2 Metano
Acetato
Propionato Butirato
AGV (1– (1–7 carbonos) ⇒ Maior fonte de energia dos ruminantes
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Figura 13. Fermentação dos carboidratos dietéticos Fonte: Reece (2006)
Glicose ATP
NAD
ATP NADH
CO2
ATP PEP +
NAD
NADH
GDP
PEP carboxiquinase ATP
Lactato
GTP
Piruvato
Oxaloacetato
CO2 + H2O Lactil-CoA
CO2
H2O
4H2
NADH
Acetil-CoA +
H2O
CoA Acrilil-CoA
NAD CH4
Acetil-PO4
Malato
2H Propionil Côa
ATP Acetil-CoA
H2O ATP
Propionato
Fumarato
Acetato
FADH
ATP
Acetoacetil-CoA NADH
FAD
+
ADP
Succinato +
NAD β hidroxibutiril-CoA
Propionil-CoA
H2O Crotonil-CoA
Propionato
FADH +
FAD Butiril-CoA CoA Butiril-PO4
ADP ATP Butirato
CoA
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UFMT Alterações locais de pH: modificação do estado iônico Tamanho da cadeia do ácido
HAc
HAc
HAc
Ac-
Ac-
Ac-
H Ac-
HCO3-
HAc
HCO3CO2 + H2O H2CO3
HAc
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Figura 13. Ácidos graxos dissociados e não dissociados. Fonte: Reece (2006)
UFMT • Acetato e Butirato: – produção de energia nas células – síntese de gordura corporal – 50% da gordura do leite • Propionato: síntese de glicose no fígado – fonte de energia: SNC, feto, eritrócitos – síntese de lactose na glândula mamária
UFMT Tabela 2. Variação na produção de ácidos em função da dieta Ácidos
Proporção Molar Gramínea
Concentrado
Acetato
70
46
Propionato
19
42
Butirato
11
12
Outros
5
5
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• Animal a Pasto – ↑ acetato e ↓ propionato • ↓ produção de leite, ↑ teor de gordura
• Animal suplementado com grãos: – ↓ acetato e ↑ propionato • ↑ produção de leite, ↓ gordura do leite
UFMT O ciclo de formação do metano a partir do CO2 envolve a captação de quatro moléculas de H2: 2CO2+ 4 H2 = CH4 + 2H2O • Glicose + 2H2O → 2 acetato + 2CO2 + 8H+ • Glicose + 4H+ → 2 propionato + 2H2O • Glicose → butirato + 2CO2 + 4H+
IMPORTANTE: relação acetato:propionato
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Figura 14. Fermentação de carboidratos no rúmen. Adaptado de Preston e Leng (1987), Van Soest (1994). Fonte: Berchielli (2002)
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Figura 15. Metabolismo do acetato. Adaptado de Preston e Leng (1987), Bergman (1990). Fonte: Berchielli (2002)
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Figura 16. Metabolismo do propionato. Adaptado de Preston e Leng (1987), Bergman (1990). Fonte: Berchielli (2002)
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Figura 17. Metabolismo do butirato. Adaptado de Preston e Leng (1987), Bergman (1990). Fonte: Berchielli (2002)
UFMT Protéicos Não––protéicos Não Ruminantes - Degradação e síntese no rúmen Enzimas Proteína
R
Microbianas
Fermentado
Peptidases Peptídeos
Microbianas
CO2 + H2O + AGV
Deaminase AAs Microbiana
NH4 + R
UFMT
UFMT NH3 + AGV
NH3 + AGV d
AAs Proteína
a
Proteína solúvel
b
c Peptídeos
g AAs
e h Proteína Microbiana
out a) Solubilização b) Proteólise c) Peptidase extracelular d) Transporte de AAs
e) f) g) h)
in
Transporte de peptídeos Peptidase intracelular Fermentação de aminoácidos Síntese de proteína microbiana
Reciclagem via saliva
Compostos nitrogenados
UFMT Proteína e NNP Efluxo PNDR
PDR PEP
AAS
Proteína Microbiana
PNDRD
Uréia – Fígado
Proteína verdadeira + Ácidos nucléicos
NH3
Influxo Reciclagem via parede do rúmen Uréia – Rins
Proteína verdadeira Microbiana digestível
Proteína Metabolizável
Uréia – Urina
UFMT PROTEÍNA VERDADEIRA
PROTEÍNA QUE ESCAPOU A DEGRADAÇÃO
CO2 NH3
E ENERGIA
AMÔNIA
MICROORGANISMOS INTESTINO
URÉIA Uréia na saliva
AMINOÁCIDOS ABSORVIDOS NO SANGUE
E
Excesso de amônia
FÍGADO
Uréia excretada na urina
Uréia via parede do rúmen
PROTEÍNA MICROBIANA
RÚMEN
PROTÉINA NÃO DIGERIDA NAS FEZES
UFMT 1 NH3 + CO2
c
Carbamil Fosfato
Glutâmico
Citrulina Aspartato
2
3
NH2
Argino– Argino –succinato Ornitina
4
Fumarato – CK
Arginina 1 mol de uréia gastagasta-se para sua síntese um mol de ATP
5 Uréia
1) Carbamil P sintetase 3) Argino succinato sintetase 5) Arginase
2) Ornitina transcarbamilase 4) Arginosuccinase
OAA
UFMT NH3
Proteína
CHO’s
Monoss.
Monoss.
AAS
ADP
ATP NAD
ADP
ATP ADP
ATP
NADH
NH3 Proteína Microbiana
AGV
UFMT Tabela 4. Fórmula estrutural e nomenclatura de alguns ácidos graxos
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UFMT
UFMT
UFMT TRG
Hidrólise
Glicerol
+
Ácidos Graxos
fermentado Ácido propiônico (AGV)
H2 AG saturados
• ↑ [ ] Lipídeos na dieta ↓ digestão da Celulose: – – – –
insaturados são mais prejudiciais proteção física da celulose intoxicação aos microrganismos do rúmen máximo 3 a 5% de lipídeos na dieta
UFMT Vantagens dos Ruminantes Utilização de alimentos fibrosos Síntese de vitaminas do complexo B e K Síntese de AAS a partir de NNP
Desvantagens dos Ruminantes Perda de energia na forma de metano Perda de AAS (Fermentação proteína)
UFMT Figura 18. Diagrama exemplificando os mecanismos de amplificação da área de interface fisiologicamente significativa. A) Viscera oca B) Dobras cincunferenciais ou pregueamento C) Vilosidades D) Miríades de microvilosidades E) Pregueamento da membrana mitocondrial interna Fonte: Reece (2006)
UFMT - Células absortivas, secretoras e endócrinas - Criptas de Lieberkum
Membrana apical e basolateral Glicocálix Células caliciformes Camada aquosa estacionária
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Figura 19. Diagrama esquemático de duas vilosidades seccionadas e uma cripta de Lieberkühn, para ilustrar a organização histológica da mucosa do intestino delgado. Fonte: Reece (2006)
UFMT Quebra física e química de substâncias complexas em moléculas simples
Enzimas do lúmen e de membrana
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Lúmen: α-amilase
Membrana
Dissacarídeos Trissacarídeos Oligossacarídeos
Maltase Isomaltase Sacarase Lactase
Monossacarídeos
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Figura 20. Representação das diferentes fases de digestão e absorção de carboidratos. Fonte: Berchielli (2002); adaptado de Dukes (1993).
UFMT
Lúmen
Tripsina Quimiotripsina Elastase Carboxipeptidase A Carboxipeptidase B
Membrana : peptidases
Aminoácidos e peptídeos
UFMT Tabela 3. Enzimas da fase luminal da digestão de proteínas
Fonte: Berchielli (2002); adaptado de Cunningham (1993)
UFMT
Figura 21. Representação das diferentes fases da digestão e absorção de proteínas. Fonte: Berchielli (2002); adaptado de Dukes (1993).
UFMT
Nutrientes da digestão
Corrente sanguínea
Tecidos periféricos
Proteína carreadora
Importante: Co-transporte de Na+ -Bomba de Na+, K+ e ATPase: gradiente eletroquímico - Proteínas carreadoras
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UFMT
UFMT
UFMT
Figura 22. Metabolismo de nitrogênio em ruminantes Fonte: Berchielli (2002)
UFMT Emulsificação e hidrólise Ácidos biliares
Lipase e colipase
Ác. Graxos livres e 2-monoglicerídeo
RER REL (quilomícrons) (reesterificação)
Vasos linfáticos
Formação de micelas Proteínas ligadoras de AG (FABP)
UFMT
Figura 23. Representação esquemática das etapas principais na digestão e absorção das gorduras da dieta (AG - ácido graxo, MG - monoglicerídeo e TG triglicerídeo). Fonte: Berchielli (2002); adaptado de Dukes (1993)
UFMT • Intestino Grosso: ceco, cólon e reto. 1. Degradação fermentativa dos carboidratos, proteínas e lipídeos não digeridos no rúmen e intestino delgado 2. Absorção de água e minerais 3. Excreção dos compostos indigestíveis
