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Metabolismo das Proteínas e Aminoácidos Prof. Dr. Guilherme Ribeiro Alves
Introdução • As ptns são os constituintes orgânicos essenciais de todas as células e constituem aproximadamente 18% do peso corpóreo dos animais • Os animais necessitam receber uma quantidade de proteína e a quantidade é tão importante quanto a qualidade – Ruminantes e Equinos • A ptn forma o principal constituinte do organismo animal, sendo, indispensável para crescimento, reprodução e a produção
Introdução • Cada espécie animal tem suas ptns específicas e seus órgãos, tecidos e fluídos encerram proteínas diferentes • As ptns de origem vegetal diferem entre si e diferem das de origem animal. • Do ponto de vista da nutrição, o aspecto característico que as distingue é o teor em aminoácidos de cada uma delas • Não há duas ptns que sejam iguais em sua ação fisiológica
1. Composição elementar das proteínas •
•
•
Ptns são constituídas de C, H, O e N. Contêm porcentagem regular de nitrogênio.
% Carbono
51 a 55
A maioria delas, contêm S e algumas F e Fe. Podem apresentar também Cu, Ca e Mg.
Hidrogênio
6,5 a 7,3
Nitrogênio
15,5 a 18
Oxigênio
21,5 a 23,5
A composição elementar das proteínas típicas:
Enxofre
0,5 a 2
Fósforo
0 a 1,5
Introdução • São substâncias complexas, de natureza coloidal e de peso molecular elevado • São unidades polimerizadas de aa • Os produtos finais da hidrólise, qdo fervidas durante muitas horas com ácidos fortes ou qdo atuadas por enzimas próprias – aa
• Na digestão dá-se também o seu desdobramento até aa, que são as unidades de absorção
Introdução •
As proteínas funcionam como:
1.
Reguladoras do metabolismo
2.
Componentes estruturais
3.
Transporte de materiais
4.
Osmoreguladoras
5.
Constituintes do ácido nucléico
6.
Defensoras do organismo
Funções das Proteínas 1.
Estrutural
•
Formação dos tecidos
- Os órgãos e a maioria dos tecidos são formados principalmente por substâncias protéicas, cuja função nenhuma outra substância pode exercer. Pele, pêlos, penas, unhas, chifres e músculos são constituídos quase que exclusivamente de ptns.
Funções das Proteínas 1.
Estrutural
•
Manutenção e reparo
- As ptns são necessárias, não somente para a contrução dos tecidos novos, mas tb para renovação dos mesmos, com necessidades que variam segundo o estágio de desenvolvimento e a categoria do animal dentro da espécie.
Funções das Proteínas 2.
Fonte de Energia
- As ptns atuam como fonte de energia qdo em excesso, ou qdo faltam os carboidratos e gorduras, que representam o material combustível do organismo.
Funções das Proteínas 3.
Regulação do metabolismo
•
Secreção gladulares
- Muitos hormônios e enzimas são material protéico ou contêm resíduos de aminoácidos como parte essencial de sua estrutura.
Funções das Proteínas 3.
Regulação do metabolismo
•
Desintoxicação do organismo
•
Síntese de outras substâncias importantes para o metabolismo, como a creatina
Funções das Proteínas 4.
Mecanismo de defesa
-
Ptn desempenha uma importante função no mecanismo de defesa pela formação dos anticorpos imunoglobulinas
5.
Balanço dos fluídos
-
Manutenção do equilíbrio ácido-base tem a participação das ptns. Albumina sérica tem poder tamponante neste sistema
Funções das Proteínas 6.
Genética
-
Nucleoproteínas
7.
Transporte
-
Hemoglobina, mioglobina e globulinas
Digestão e Absorção de Proteínas
Para que a ptn dos alimentos possa ser usada pelos animais, tem que sofrer digestão e absorção e tornarse apta ao metabolismo
Ptn deve ser desdobrada até aa, que é a forma com que ela é absorvida. Entretanto, sabe-se que pequenos peptídeos podem ser absorvidos nas vilosidades.
Ptn não digerida aparece na MF juntamente com as ptns de origem microbiana e das enzimas utilizadas na digestão. De maneira geral, a ptn da MF humana é composta de 40% não digerida, 40% bacteriana e 20% enzimática.
Digestão e Absorção de Proteínas
Animais domésticos, 20 a 25% da proteína ingerida são excretados. No humano, essa quantidade baixa para 7 a 8%.
Qualidade das Proteínas
Experiencias realizadas em 1914 já demostravam que o valor de uma determinada proteína para a nutrição depende de seus próprios aa, já que o organismo animal é incapaz de sintetizar muito dos aa presentes nas substâncias protéicas.
Deduz-se que a importância de se conhecer a qualidade das proteínas que comumente integram os alimentos.
Qualidade das Proteínas 1.
Valor Protéico Bruto
As ptns de um alimento podem ser estimadas quimicamente a partir do seu conteúdo em N. A % de nitrogênio obtida, x 6,25 do teor de PB.
Este processo se baseia em duas suposições:
1)
Todas as proteínas contêm 16% de N
2)
Todo N contido no alimento está na forma protéica
Qualidade das Proteínas 1)
As ptns dos alimentos possuem diferentes teores de N e, portanto, seria necessário usar fatores de conversão diferentes.
O emprego do fator 6,25 nada mais é do que uma simplificação do problema e, embora errôneo, justificase na prática, exceto quando a maior parte do N de uma dieta provém de um só alimento.
Na verdade, o teor de N varia de 13 a 18%.
Qualidade das Proteínas 2)
A suposição de que todo N presente no alimento vem da ptn tb não é correta.
Sabe-se que podem estar presentes muitos outros compostos nitrogenados não protéicos (CNNP). São eles: amidas, aminas, áa livres, sais de amônio, glucosídeos, alcalóides, pigmentos, etc.
O critério de N x 6,25 não determina grande erro porque apenas as aminas e os aa têm importância quantitativa e existem em maior quantidade em um nº pequeno de alimentos de origem vegetal, consumidos mais frequentemente por ruminantes
Essencialidade de Aminoácidos
Aminoácidos Essenciais
Definição de essencial e não essencial
De modo geral são necessários ao crescimento e à produção
O valor biológico de uma ptn não é afetado, se lea for deficiente num aa não essencial
Considerando as exigências dos animais em relação à presença dos aa nos seus alimentos, verifica-se que o conceito da essencialidade apresenta certa elasticidade
Essencialidade de Aminoácidos
Aminoácidos Essenciais
Do ponto de vista fisiológico, todos os aa são essenciais, uma vez que são necessários à nutrição animal.
Do ponto de vista da alimentação, enquanto para os ruminantes não se cogita do fornecimento de aa essenciais, para aves e suínos é necessário que sejam fornecidos nos seus alimentos
Essencialidade de Aminoácidos
Aminoácidos Essenciais
Os conceitos sobre os aa essenciais dizem respeito a suínos, aves, cães, gatos, ratos e o homem e evidenciam que há diferenças quantitativas e qualitativas qdo se consideram essas espécies e as funções dentro das mesmas
O nº exato de aa não é fixo, mas aceita-se entre 21 a 23. Os 21 têm estrutura de aa e os outros são parecidos com eles. A expressão essencial está relacionada com três fatores: dieta, espécie animal e idade animal.
Essencialidade de Aminoácidos
Aminoácidos Essenciais
Os conceitos sobre os aa essenciais dizem respeito a suínos, aves, cães, gatos, ratos e o homem e evidenciam que há diferenças quantitativas e qualitativas qdo se consideram essas espécies e as funções dentro das mesmas
O nº exato de aa não é fixo, mas aceita-se entre 21 a 23. Os 21 têm estrutura de aa e os outros são parecidos com eles. A expressão essencial está relacionada com três fatores: dieta, espécie animal e idade animal.
Essencialidade de Aminoácidos
Aminoácidos Essenciais
Todos os aa naturais sintetizados pelo organismo são de configuração isomérica L. Entretanto, as pesquisas têm mostrado que o organismo pode usar as configurações D e L somente para 4 aa: metionina, histidina, triptofano e fenilalanina.
Particularmente importante na síntese industrial de aa, na forma L têm preços mais elevados do que a DL.
Essencialidade de Aminoácidos
Inter-relação entre aa essencial e não essencial
Se os não essenciais não forem fornecidos em quantidade adequada, terão que ser sintetizados e os seus radicais amínicos são retirados dos aa presentes, sendo assim, é necessário incluir nas rações tanto os essenciais como os não essenciais.
Metionina → Cistina
Fenilalanina → Tirosina
Glicina → Serina
Avaliação das Proteínas
Proteínas completas ou de 1ª Classe
São as ptns que contêm todos aa essenciais em quantidade que se aproxima do ideal.
As ptns de origem animal, exceto a gelatina, se enquadram nesta categoria.
A caseína e a albumina do ovo são consideradas padrão para efeito de comparação
Avaliação das Proteínas
Proteínas incompletas ou de 2ª Classe
São as ptns deficientes em 1 ou mais aa.
As ptns da maioria dos vegetais estão neste grupo.
Os cereais têm ptns de qualidade média, sendo deficientes em lisina e, em menor grau, em metionina.
Os farelos de oleaginosas têm ptns de boa qualidade, com bons teores de lisina, embora sejam deficientes em metionina.
Avaliação das Proteínas
Taxa de Eficiência Protéica
-
Osborne e Mendel propuseram a taxa de eficiência protéica, que assim se expressa: TEP = Ganho de Peso (g)/Proteína Ingerida (g)
Avaliação das Proteínas
Valor Biológico das Proteínas
-
Na maioria dos métodos de laboratório empregados para medir o valor nutritivo das proteínas de uma ração, determina-se seu valor biológico, que é a % dela que é utilizada pelo organismo animal, relativamente à quantidade absorvida, ou seja: VB = N fixado/N absorvido x 100
-
Nesses experimentos, as cuidadosamente coletados
fezes
e
a
urina
são
-
Conhecendo-se o teor de ptn do alimento, a quantidade de ptn armazenada é dada pela diferença entre a quantidade de ptn ingerida e excretada
Avaliação das Proteínas
Valor Biológico das Proteínas
-
O método de Thomas-Mitchell leva em consideração a teoria de Folin, segundo a qual há duas formas de metabolismo do N:
Exógeno, de natureza variável, dependendo da quantidade de proteínas ingeridas
Endógeno, de natureza constante, representando a excreção de N, qdo o animal recebe uma dieta sem N
Avaliação das Proteínas
Valor biológico das proteínas, segundo este método, é determinado pela seguinte fórmula: VB = Ni-(Nf-Nm)-(Nu-Ne)/Ni-(Nf-Nm) x 100
Em que: VB = valor biológico em %
Ni = nitrogênio ingerido no alimento Nf = nitrogênio das fezes Nm = nitrogênio metabólico fecal, eliminado nas fezes em regime isento de N Nu = nitrogênio da urina Ne = nitrogênio urinário endógeno, eliminado na urina em regime isento de N
Avaliação das Proteínas
Valor Biológico das Proteínas
As frações de Nm e Ne são suntraídas porque, apesar de serem excreções, já foram aproveitadas pelo corpo.
Uma peroteína de eficiência perfeita para crescimento e mantença teria valor biológico teórico de 100%.
Somente poucos alimentos apresentam valores próximos desse ideal (ovo inteiro = 94%, leite = 85%)
Valor de 90% ou + indicará que a ptn do alimento revela excepcional eficiência; de 75 a 90%, é considerado superior a média
Avaliação das Proteínas
Valor Biológico das Proteínas
As frações de Nm e Ne são suntraídas porque, apesar de serem excreções, já foram aproveitadas pelo corpo.
Uma peroteína de eficiência perfeita para crescimento e mantença teria valor biológico teórico de 100%.
Somente poucos alimentos apresentam valores próximos desse ideal (ovo inteiro = 94%, leite = 85%)
Valor de 90% ou + indicará que a ptn do alimento revela excepcional eficiência; de 75 a 90%, é considerado superior a média
Avaliação das Proteínas
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Fatores que Afetam o Valor Biológico
O VB de uma ptn depende do nº e da categoria dos aa que compõem sua molécula. Quanto mais se assemelhar em constituição à ptn orgânica, mais alto será o seu VB.
Por essa razão, as ptns animais têm VB mais alto que as vegetais.
Fatores que Afetam o Valor Biológico
O VB é função da qualidade de proteínas absorvidas, numa relação inversa, como verificado na fórmula de Thomas-Mitchell. À medida que aumenta a fração absorvida, o VB dimminui.
Relação ptn consumida x ptn (N) excretado
Fatores que Afetam o Valor Biológico
Quando se tem em conta apenas a manutenção, é possível uma comparação entre diferentes fontes de ptns quanto ao seu VB
O VB depende da função exercida e da espécie animal considerada. Se uma função específica está em jogo, portanto as necessidades em aa irão modificar-se, e o VB deverá variar
As ptns dos alimentos não têm um VB fixo e não aparecem nas tabelas de composição dos alimentos
Fatores que Afetam o Valor Biológico
O VB máximo nunca será atingido com rações de crescimento, gestação ou lactação
O VB depende ainda da quantidade de outros nutrientes não nitrogenados na dieta. Essa quantidade deve ser tal que o organismo não passe a utilizar as ptns do alimento como fonte de energia.
Proteína Digestível
A ptn digestível é a % da ptn ingerida que é absorvida.
%PD = Ni-(Nf-Nm)/Ni x 100
Em que:
-
PD = proteína digestível
-
Ni = nitrogênio ingerido
-
Nf = nitrogênio das fezes
-
Nm = nitrogênio metabólico fecal, eliminado nas fezes em regime isento de nitrogênio
Introdução •
As proteínas dietéticas são hidrolisadas, no lúmen intestinal e nas células mucosas do TGI (proteases e peptidases).
•
Veia porta => Fígado => tipo e quantidade dos aa disponíveis nos tecidos não-hepaticos.
•
Catabolismo de ptns tissulares contribui com 2 ou 3 vezes + aa do que a dieta.
•
A descarboxilação dos aas resulta na produção das aminas necessárias como neurotransmossores e poliaminas.
Introdução •
Catabolismo nos tecidos, envolve a remoção do grupo amino e utilização dos α-cetoácidos para oxidação e produção de CO2 e ATP, síntese da glicose e lipídios.
•
A condição de essencial varia de acordo com a espécie e o estado fisiológico.
•
Cérebro, Musculo Esquelético, Intestinos e Fígado são os principais tecidos envolvidos na remoção dos aas em excesso.
Aminoácidos Aminoácidos Essenciais
Aminoácidos não essenciais
Leitões/Aves
Suínos/Aves
Pintos
Lisina
Lisina
Lisina
Glicina
Metionina
Metionina
Metionina
Serina
Triptofano
Triptofano
Triptofano
Alanina
Valina
Valina
Valina
Ácido aspártico
Histidina
Histidina
Histidina
Ácido glutâmico
Fenilalanina
Fenilalanina
Fenilalanina
Cistina
Leucina
Leucina
Leucina
Prolina
Isoleucina
Isoleucina
Isoleucina
OH – Prolina
Treonina
Treonina
Treonina
Tirosina
Glicina
Asparagina
Serina
Glutamina
Arginina
Prolina
Proteínas •
Proteínas são polímeros de aminoácidos, que variam em quantidades relativas e por vezes em espécie, de proteína para proteína.
•
A estrutura da molécula protéica classifica-se como: primária, secundária, terciária e quaternária.
•
Classificação das proteínas: Simples e Conjugadas (nucleoproteínas, fosfoproteínas, metaloproteínas, lipoproteínas, flavoproteínas e glicoproteínas)
Fatores que modificam a digestibilidade das proteínas •
Embora esteja prevista a variação de digestibilidade entre alimentos, há pelo menos 3 fatores que pode alterar, de maneira marcante, a utilização da proteína:
1.
Idade do animal
2.
Presença no alimento de inibidores da protease ou enzima proteolítica
3.
Estragos à proteína pelo calor, mediante reação de Maillard
Metabolismo •
Rações com níveis protéicos elevados sobrecarregam a digestão, absorção e eliminação do nitrogênio não aproveitável, havendo sobrecarga de fígado e rins no animal.
•
A associação de todos estes efeitos reduz a eficiência destas rações além do seu maior custo.
•
Esta maneira de adequar os aminoácidos deveria ser a última instância a não ser que a elevação necessária do nível de proteína para atendimento da necessidade do aminoácido seja pequena, não afetando significativamente o desempenho destas rações.
Metabolismo •
Após absorção, os aminoácidos portais chegam ao fígado que controla o nível de influxo para a circulação sistêmica. Assim, existe um perfeito controle do nível de aminoácidos circulantes, evitando excessos.
•
O perfil de aminoácidos que chegam no fígado via absorção é diferente do encontrado na circulação sistêmica.
•
O consumo de dietas imbalanceadas em aminoácidos afeta o nível de consumo das mesmas.
Digestibilidade e biodisponibilidade •
A digestibilidade das proteínas depende de uma série de fatores relacionados com a composição e estrutura química das mesmas. A qualidade protéica depende não somente da digestibilidade da fonte, mas também, da quantidade e balanço ou equilíbrio dos aminoácidos essenciais contidos na proteína.
•
As proteínas com estruturas mais complexas, principalmente aquelas que possuem muitas ligações covalentes ou pontes de enxofre, são de difícil digestão.
•
As proteínas vegetais apresentam digestibilidade inferiores às de origem animal. Exceto pena e sangue (processada pelo calor).
•
A qualidade da proteína é que define a utilização dos aminoácidos no anabolismo orgânico. Para que uma proteína seja de alta biodisponibilidade, deve ser primeiramente de alta digestibilidade. Mas, o conteúdo de aminoácidos essenciais é que define sua utilização metabólica e biodisponibilidade.
Metabolismo •
A Lei do Mínimo (Liebig) também é aplicada na nutrição animal. O aminoácido que estiver em menor concentração da sua exigência é que limitará o desempenho do animal.
•
Salienta-se que os animais possuem a capacidade de regular o consumo da ração para adequar as pequenas deficiências dos aminoácidos. Poedeiras ↑ o consumo quando a deficiência de metionina+cisteina (5%).
Aminoácido Limitante
Não há síntese de uma ptn nos tecidos se os alimentos não fornecerem cada um dos aa necessários
A mistura de alimentos apresentam VB mais alto do que dos alimentos isoladamente. Segundo Mitchell, qto mais próxima estiver a proporção de aa da mistura daquela dos aa da ptn produzida, maior será seu VB
A Lei do Mínimo (Liebig) também é aplicada na nutrição animal. O aminoácido que estiver em menor concentração da sua exigência é que limitará o desempenho do animal
Aminoácido Limitante
Os VBs obtidos para alimentos individuais não devem ser usados para misturas de alimentos, pois o VB da mistura não é igual à média dos componentes
Na suplementação proteica é necessário que seja fornecida a mistura num mesmo momento
Maneiras de adequar os níveis de aminoácidos na dieta •
Existem basicamente 3 formas para equilibrar os níveis dos aminoácidos nas rações:
-
Combinação de ingredientes da ração, no entanto, eventuais deficiências podem ocorrer dependendo do número de ingredientes e da qualidade do processamento das fontes protéicas.
-
Utilização dos aminoácidos sintéticos, no entanto, dependem de suas formas levógiras e dextrógiras, que interferiram na eficiência relativa. Contribuem para redução da PB na dieta e redução da excreção de N no meio ambiente.
-
Formulação da ração com excesso de proteína, apesar desta maneira de elevar os níveis mínimos dos aminoácidos limitantes ser prática, acarreta problemas de metabolismo e de custo da ração.
Exigências de proteínas/aminoácidos •
Existem uma série de fatores que influem nas exigências dietéticas de proteínas, porém, pode-se destacar:
a)
Idade do animal, devido a redução do peso metabólico relativo e o aumento da capacidade de consumo em relação ao peso.
b)
Função fisiológica, crescimento, postura, mantença, leite.
c)
Nível de energia da ração, ↑ na EM da ração ↓ seu o consumo.
d)
Temperatura ambiente, incremento calórico e dificuldade de dissipar calor ↓ o consumo de ração.
e)
Sexo, há diferenças nas exigências nutricionais.
Imbalanço de aminoácidos •
O consumo alimentar de dietas com conteúdo de aminoácidos desproporcionais às reais necessidades metabólicas dos animais, leva a alterações fisiológicas com efeitos metabólicos que influenciam no comportamento alimentar, provocando diminuição do consumo. Este fato seria uma tentativa do organismo em diminuir os feitos deletérios de uma dieta imbalanceada.
•
Existem basicamente 3 tipos de imbalanços:
a)
Ingestão de dietas com conteúdos desequilibrados;
b)
antagonismo entre os aminoácidos;
c)
Toxidez dos aminoácidos.
Relação ideal de aminoácidos •
O conceito da relação ideal de aminoácidos descrita primeiramente como proteína ideal, por MITCHEL (1964).
•
A proteína ideal refere-se a dietas que possuem o perfil de aminoácidos nas proporções exatas das necessidades dos animais. Supõe-se que todos aminoácidos sejam utilizados por completo para a biossíntese de tecidos.
Equilíbrio de Aminoácidos nas Rações Excesso de aminoácidos
Redução do consumo Fonte de energia Toxicidade Deficiência de aminoácidos Crescimento lento Pelos, penas, ... Canibalismo
Metabolismo do Nitrogênio nos Ruminantes • Ruminantes são capazes de utilizar compostos NNP, como uréia e biureto, como fonte de nitrogênio para síntese de aa, e fontes apropriadas de carbono e enxofre
• Fontes de aa para ruminantes são: ptns que escapam a hidrólise ruminal e M.O. que atingem o abomaso e ID • Vacas leiteiras em alta produção têm exigências elevadas, principalmente de lisina e metionina
• Pseudo ruminante sintetiza ptn a partir das dietéticas, que escapam a hidrólise e absorção no ID, entretanto, contribuem pouco com aa para os animais
Destino da Amônia •
Varia de acordo com o tipo e hábitat do animal;
1.
Formação e excreção da uréia nos vertebrados terrestres (ureotélicos)
2.
Síntese do ácido úrico nas aves e répteis terrestres (uricotélicos)
3.
Eliminação direta na urina dos animais aquáticos (amoniotélicos)
Excreção de Nitrogênio •
AVES
-
Gasta-se aproximadamente 3,75 ATP/mol de N excretado na forma de ácido úrico.
-
Os níveis de ácido úrico no sangue são de 5 a 10 mg/100ml, uma ave adulta consegue eliminar de 4 a 5 g/dia.
•
MAMÍFEROS
- Gasta-se aproximadamente 2,0 ATP/mol de N excretado na forma de uréia. Ciclo da ornitina – mitocôndria.
Metabolismo dos Nucleotídeos •
As células animais contêm os nucleotídeos purina e pirimidina, envolvidos em vários processos metabólicos:
1.
Metabolismo energético
2.
Síntese do ácido nucléico
3.
Mediação fisiológica
4.
Componente da coenzima
5.
Intermediários ativados
6.
Efetores alostéricos
