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1 Metabolismo de Carboidrato Introdução Carboidratos são compostos orgânicos constituídos de C, H e O, sendo responsáveis por suprir 45% do requerimento energético dos animais. Os carboidratos são também importantes na síntese do leite, uma vez que um dos principais constituintes do leite é a lactose, e são ainda importantes como componentes celulares e como participantes da síntese de lipídeos e proteínas e na absorção de cálcio. Os carboidratos (também chamados sacarídeos, glicídios, oses, hidratos de carbono ou açúcares), são definidos, quimicamente, como poli-hidróxi-cetonas (cetoses) ou poli-hidróxi-aldeídos (aldoses), ou seja, compostos orgânicos com, pelo menos três carbonos onde todos os carbonos possuem uma hidroxila, com exceção de um, que possui a carbonila primária (grupamento aldeídico) ou a carbonila secundária (grupamento cetônico). Possuem fórmula empírica Cn(H2O)m desde os mais simples (os monossacarídeos, onde n = m) até os maiores (com peso molecular de até milhões de daltons). Alguns carboidratos, entretanto, possuem em sua estrutura nitrogênio, fósforo ou enxofre não se adequando, portanto, à fórmula geral. A grande informação embutida por detrás desta fórmula geral é a origem fotossintética dos carboidratos nos vegetais, podendo-se dizer que os carboidratos contém na intimidade de sua molécula a água, o CO2 e a energia luminosa que foram utilizados em sua síntese. As principais fontes de carboidratos são as plantas, nas quais estes compostos são sintetizados a partir da H2O e do CO2 através do processo fotossintético: Energia + CO2 + H2O carboidratos + O2 A conversão da energia luminosa em energia química faz com que esses compostos fotossintetizados funcionem como um verdadeiro combustível celular, liberando uma grande quantidade de energia térmica quando quebrada as ligações dos carbonos de suas moléculas, liberando, também, a água e o CO2 que lá se encontravam ligados. A relação entre a fotossíntese e a função energética dos carboidratos é indiscutível. De fato, a clorofila presente nas células vegetais é a única molécula da natureza que não emite energia em forma de 2 calor após ter tido seus elétrons excitados pela luz: ela utiliza esta energia para unir átomos de carbono do CO2 absorvido, "armazenando-a" nas moléculas de glicose sintetizadas neste processo fotossintético. A D-glucose é o principal carboidrato produzido na fotossíntese, ela é utilizada pela planta para construir polímeros como a celulose e o amido. A celulose, substância orgânica mais abundante na terra, é o componente estrutural das plantas. O amido serve como material de reserva energética. Os animais que consomem carboidratos transformam essas moléculas, na presença de oxigênio, em energia requerida para o trabalho mecânico, dióxido de carbono e água. Este processo é o reverso da fotossíntese. Os animais podem ainda transformar a D-glucose num polímero chamado de glicogênio, que serve como reserva energética. Os animais não são capazes de sintetizar carboidratos a partir de substratos simples não energéticos, precisando obtê-los através da alimentação, produzindo CO2 (excretado para a atmosfera), água e energia (utilizados nas reações intracelulares). Nos animais, há um processo chamado neoglicogênese que corresponde a uma síntese de glicose a partir de percursores não glicídicos. Outro processo de síntese endógena de glicose se dá através da glicogenólise do glicogênio sintetizado no fígado e músculos (glicogênese). Esses processos, entretanto, só são possíveis a partir de substratos provenientes de um prévio metabolismo glicídico, o que obriga a obtenção de carboidratos pela alimentação, fato que torna os animais dependentes dos vegetais em termos de obtenção de energia. A energia térmica contida na molécula de glicose é liberada nas mitocôndrias e, por fim, convertida em ligações altamente energéticas de fosfato na molécula de ATP (adenosina tri-fosfato) durante o processo de respiração celular (fosforilação oxidativa). As duas primeiras ligações liberam alta energia (± 10 Kcal) quando quebradas, ao contrário da segunda que possui baixa energia de ligação em relação às primeiras (± 6 Kcal). Note que o ATP corresponde, então, a um verdadeiro armazém da energia solar que foi conservada durante todo esse fantástico processo biológico. São três as principais funções dos carboidratos: ENERGÉTICA: são os principais produtores de energia sob a forma de ATP, cujas ligações ricas em energia (±10 Kcal) são quebradas sempre que as células precisam de energia para as reações bioquímicas. É a principal função dos carboidratos, com todos os seres vivos (com exceção dos vírus) possuindo metabolismo adaptado ao consumo de glicose como substrato energético. Algumas bactérias consomem dissacarídeos (p.ex.: a lactose) na ausência de glicose, porém a maioria dos seres vivos a utiliza como principal fonte energética. GILIARDE Realce GILIARDE Realce GILIARDE Realce 3 ESTRUTURAL: a parede celular dos vegetais é constituída por um carboidrato polimerizado - a celulose; a carapaça dos insetos contém quitina, um polímero que dá resistência extrema ao exo-esqueleto; as células animais possuem uma série de carboidratos circundando a membrana plasmática que dão especificidade celular, estimulando a permanência agregada das células de um tecido - o glicocálix. RESERVA ENERGÉTICA: nos vegetais, há o amido, polímero de glicose; nos animais, há o glicogênio, também polímero de glicose, porém com uma estrutura mais compacta e ramificada. Além dos carboidratos constituírem um grupo muito importante de moléculas nas funções definidas acima, elas são também constituintes principais de diversos produtos naturais: Antibióticos naturais como estreptomicina e puromicina contém amino-açúcares como seus principais constituintes; Os ácidos nucléicos, também contêm carboidratos, controlam a síntese de proteínas e são os responsáveis pela transmissão da informação genética. ATP (adenina trifosfato) e ADP (adenosina difosfato) são moléculas que contém carboidratos e são responsáveis pelo balanceamento energético de muitas reações metabólicas: ATP ADP + Pi + energia Muitas proteínas contêm carboidratos e são denominadas de glicoproteína Proteoglicanos são componentes dos tecidos conectivos animais. Classificação dos Carboidratos Os carboidratos podem ser classificados em dois grupos principais: carboidratos simples e carboidratos complexos. Os carboidratos simples são moléculas que contêm apenas carboidratos na sua estrutura, já nos carboidratos complexos ocorrem ligações covalentes com lipídeos, proteínas, glicanos, etc. Carboidratos simples Baseado no seu tamanho molecular, os carboidratos simples podem ser divididos em três grupos principais: monossacarídeos e seus derivados, oligossacarídeos e polissacarídeos. O termo sacarídeo significa semelhante a açúcar. Os monossacarídeos consistem de uma única unidade de poliidroxialdeído ou cetona. Já os oligossacarídeos contêm de 2 a 10 unidades de monossacarídeos e os polissacarídeos contêm mais de 10 unidades. Tanto os oligossacarídeos quanto os polissacarídeos podem ser hidrolisados aos monossacarídeos e seus derivados. GILIARDE Realce GILIARDE Realce GILIARDE Realce 4 Carboidratos complexos Muitos produtos naturais caem nesta categoria, entre eles podemos citar glicosídeos complexos, alguns antibióticos, ácidos nucléicos, glicoproteínas, dentre muitos outros. Monossacarídeos Aldopentoses – Existem duas aldopentoses com importância nutritiva. São a DL-arabinose e a D-xilose (- D-xilopiranose). A DL-arabinose não aparece em sua forma livre senão como uma unidade das gomas (polissacarídeos viscosos) e as hemiceluloses (principais polissacarídeos da membrana celular). A arabinose aparece como um furano no enlace glucosídico.de um complexo enzimático* apresentaram um maior peso final e uma melhor conversão alimentar. Os resultados são mostrados na tabela 7: Tabela 7 - Desempenho de leitões submetidos a diferentes tratamentos durante a lactação. Variáveis Controle Enzima CV % Peso Inicial 2,44a 2,39a 2,43 Peso Final 5,75a 5,90b 2,18 CMD 0,231a 0,189b 4,25 GMD 0,181a 0,183a 2,99 CA 0,600a 0,550b 5,04 *Complexo enzimático: Xilanase 4000 U/g; Beta-glucanase 150 U/g; Alpha-amylase 1000 U/g e Subtilisin 200 U/g. Inclusão de 5%. Segundo NERY et al. (2000) a adição da amilase, lipase e protease (Tabela 8) não influenciaram significativamente o ganho de peso diário médio (GPMD) e o consumo de ração diário médio (CRMD). O uso da protease melhorou a conversão alimentar (CA). Embora não tenham sido encontradas diferenças significativas, observou-se ganho de peso (GP) de 6,0 3,0; e 2,5% a favor dos tratamentos que continham protease, amilase e complexo enzimático em relação à testemunha, respectivamente. Os resultados relativos às diferenças na CA entre os tratamentos com adição de protease, para os que continham o complexo enzimático e a testemunha, evidenciaram o melhor aproveitamento da proteína para a formação de tecido e o crescimento dos leitões alimentados com ração contendo proteases. 35 Tabela 8 – Suplementação enzimática em dietas para leitões Item Suplementação enzimática Testemunha Amilase Lipase Protease Complexo enzimático CV% Peso inicial 10,0 9,90 9,90 9,80 9,80 7,6 Peso final 28,5 28,7 28,0 29,6 28,7 7,5 CMDR 971 971 943 967 1017 10,8 GMDP 526 542 516 557 539 8,4 CA 1,84 1,79 1,83 1,74 1,89 6,3 Médias seguidas de letras diferentes, na linha, diferem (PA D-xilose, uma aldopentose piranosídica conhecida também como açúcar da madeira, é um componente importante das hemiceluloses. Aldohexoses - A D-glicose (dextrose) aparece na forma livre nos sistemas biológicos, como um componente dos dissacarídeos sacarose e lactose, em polissacarídeos e formando parte dos glicosídeos (ex. glicosídeos cianogênicos). Se obtém comercialmente mediante a hidrólise do amido a 40 psi com pH 1,5. - A D-manose não aparece em forma livre sendo que é um componente dos polissacarídeos. Pode ser recuperada através da hidrólise ácida. - A D-galactose é um componente dos oligossacarídeos lactose, melibiose e rafinose, e de polissacarídeos tais como a goma arábica, ágar, outras gomas e mucígenos. Geralmente se obtém a partir de lactose mediante hidrólises seguida de cristalinização direta da D-galactose. Aparece combinada com a glicose no dissacarídeo lactose, que é um componente importante do leite dos mamíferos. Cetohexoses - A D-frutose (levedura) é um açúcar levógiro obtido comercialmente a partir da transformação enzimática do amido de milho. Pode ser fermentada por leveduras e é o açúcar mais doce conhecido. Sua principal importância industrial é como açúcar invertido (glicose + frutose) que é mais solúvel que a sacarose. As figuras 1 e 2 mostram as formas acíclicas dos monossacarídeos mais comuns. Todos eles têm cadeias não ramificadas de carbono com um grupo funcional aldeídico (aldoses) ou cetônicos (cetoses). Cada um dos carbonos remanescentes tem um grupo hidroxila. Os carbonos são numerados de tal modo que o número do grupo carbonila seja o menor possível. O número de possíveis configurações isoméricas é dado pela fórmula 2n, onde n é o número de carbonos quirais. 5 Figura 1 – Estrutura acíclica de alguns monossacarídeos (aldoses). Figura 2 – Estrutura acíclica de alguns monossacarídeos (cetoses). Cadeias carbônicas mais elevadas também podem existir, mas são muito raras. Estes tipos de classificação dão origem a muitos subgrupos os quais inequivocamente descrevem a constituição de uma 6 família de isômeros configuracionais. Por exemplo: o subgrupo das aldopentoses inclui todos os isômeros configuracionais de aldoses com uma cadeia de cinco carbonos. A configuração mais aceita para representar as estruturas tridimensionais dos monossacarídeos em duas dimensões é a fórmula de projeção de Fischer (Figuras 1 e 2). Nesta convenção, a cadeia carbônica é a apresentada em um arranjo vertical, no qual o grupo carbonila esta no topo (aldoses) ou o mais próximo possível do topo (cetoses). Os nomes dos monossacarídeos acíclicos mostrado sempre começam com uma letra maiúscula D ou L, seguida do prefixo configuracional (eritro-, treo-, ribo-, mano-, etc.) e do sufixo –se. Os prefixos indicam o número de carbonos quirais e a configuração relativa. Assim,o termo gluco- indica que existem 4 carbonos quirais e que na fórmula de projeção de Fischer, os grupos hidroxilas dos carbonos 2, 4 e 5 estão do mesmo lado e o grupo hidroxila do carbono 3 está no lado oposto. Desta maneira, 2 configurações podem ser obtidas (enantiômeros), imagens especulares uma da outra. Cada estrutura da série D tem um enantiômero na série L. A figura 3 mostra os pares de enantiômeros da glucose e da manose, dois epímeros. Epímeros são disteroisômeros que diferem um do outro na configuração de apenas um grupo quiral, posição da hidroxila. Assim, a D-glucose tem dois epímeros (D-galactose e D-manose) que não são epímeros entre si. Figura 3 – D-glucose e seu epímero a D-galactose As fórmulas de projeção de Fischer podem ser utilizadas para representar as formas cíclicas dos monossacarídeos, “fechando” o ciclo entre os carbonos. Os monossacarídeos em cadeia cíclica de cinco membros apresentam uma forma que lembra a do tretraidrofurano e são assim denominadas de furanoses e aqueles em que a cadeia cíclica de 6 membros, apresentam uma forma que lembra o tetraidropirano e são então denominados de piranoses. D-Glucose D-Mannose OH O H OH OH H H OH H OH OH O OH H OH H H OH H OH 7 Quando o anel é formado, duas configurações isoméricas são obtidas devido à criação de um novo centro quiral, que é denominado de centro anomérico. Os dois isômeros são então denominados de anômeros. As configurações deste centro anomérico são indicadas pelos prefixos ou . Na fórmula de projeção de Fischer, o isômero é aquele em que a hidroxila anomérica (grupo 1-OH das aldoses e 2-OH das cetoses) está do mesmo lado da hidroxila que determina as configurações D ou L, e no caso dos isômeros estas hidroxilas estão em lados opostos. Dissacarídeos São carboidratos ditos Glicosídeos, pois são formados a partir da ligação de 2 monossacarídeos através de ligações especiais denominadas "Ligações Glicosídicas" . A Ligação Glicosídica ocorre entre o carbono anomérico de um monossacarídeo e qualquer outro carbono do monossacarídeo seguinte, através de suas hidroxilas e com a saída de uma molécula de água. Os glicosídeos podem ser formados também pela ligação de um carboidrato a uma estrutura não-carboidrato, como uma proteína, por exemplo. O tipo de ligação glicosídica é definido pelos carbonos envolvidos e pelas configurações de suas hidroxilas Existem vários dissacarídeos presentes na alimentação, como, por exemplo: Trealose - glicose + glicose a (1-1); Celobiose - -glicose + -glicose (1- 4) (4-O--D-glucopiranosil--D-glucopiranose ou -Glcp-(14)- D-Glcp): é um homopolissacarídeo redutor e constitui a unidade repetitiva de celulose, podendo ser obtida através de sua hidrólise ácida parcial. A celobiose não é encontrada livre na natureza e não é formada por levedura nem hidrolisada pela maltase. Maltose - (1 - 4) e a Iso-maltose (1 - 6) ou Maltose (4-O--glucopiranosil-D-glucopiranose ou -Glcp- (14)-D-Glcp): duas moléculas de glicose e estão presente no malte (maltose) e são subproduto da digestão do amido e glicogênio (iso-maltose); é um homopolissacarídeo redutor e produto de hidrólise enzimática do amido e do glicogênio. Lactose - glicose + galactose (1- 4) ou (4-O--galactopiranosil-D-glucopiranose ou -Galp-(14)-D- Glcp): é um heretopolissacarídeo redutor, também conhecido como açúcar do leite. Ocorre principalmente no leite de mamíferos, numa concentração aproximada de 5%. A lactose é preparada industrialmente a partir de soro, um sub-produto da fabricação do queijo. A lactose é o material de partida nas preparações farmacêuticas e como fonte de carbono em culturas de microorganismos. 8 Sacarose - glicose + frutose (1 - 2) ou (-D-frutofuranosil--D-glucopiranose ou -D-fruf--D-Glcp): A sacarose é um heteropolissacarídeo não redutor e um dos carboidratos mais comuns, é conhecido como açúcar da cana de açúcar ou da beterraba. Ela é também o principal carboidrato de reserva solúvel, além de ser importante na dieta humana como fonte de energia e adoçante. A sacarose é fermentável e em concentrações elevadas inibe o crescimento de microorganismos e, assim, é usada como preservativo. Quando fermentada produz etanol e outros produtos intermediários. Figura 5 – Fórmulas estruturais da maltose, sacarose e lactose Figura 6 – Fórmulas estruturais da celobiose Oligossacarídeos São polímeros compostos de 3 a 10 monossacarídeos ligados glicosidicamente. Moléculas com mais de 10 unidades são denominadas de polissacarídeos. Esta divisão é de certo modo arbitrária. Devidos as ligações glicosídicas, os oligossacarídeos são facilmente hidrolisados por ácidos aquosos, até seus monossacarídeos constituintes. Devido ao seu sabor adocicado, tanto os monossacarídeos como osoligossacarídeos mais simples são denominados de açúcar. O sabor adocicado diminui o aumento do grau de oligomerização. Em geral os oligossacarídeos tendo mais de 4 constituintes são sem sabores. -D-Glucopyranose O H OH H H H H OOH OH OH O H OH H H H H OHOH OH 1 4 9 De acordo com o número de unidades de monossacarídeos, os oligossacarídeos podem ser classificados em tri, tetrassacarídeos e pentassacarídeos. Cada um desses grupos pode ainda ser subdividido em homo-oligossacarídeo, constituídos de um único tipo de monossacarídeo, ou heteropolissacarídeo, constituído por mais de um tipo de monossacarídeo. Uma segunda subdivisão que se pode fazer é quanto à extremidade redutora ou não, baseando-se na presença de um grupo hemiacetal livre. Eles são denominados de açúcares redutores porque a função hemiacetal é facilmente oxidada a ácido carboxílico com a ação de reagentes oxidantes. Os oligossacarídeos compreendem uma classe grande e importante de carboidratos poliméricos, que podem ser encontrados tanto livres como numa forma combinada em todos os organismos vivos. Os mais importante em termos quantitativos são: -galactosídeos, como a rafinose, estaquiose e verbascose, os quais tem 3, 4 e 5 unidades monoméricas, respectivamente e os frutooligossacarídeos. Figura 7 - Fórmulas estruturais da rafinose, estaquiose e verbascose Polióis e Polidextrose Pequenas quantidades de álcoois de açúcares (polióis) como o sorbitol são encontrados em frutas. Há um crescente uso dos polióis como o xilitol, sorbitol, manitol, lactitol e mutitol como adoçantes de baixa energia e não cariogênicos. O intestino delgado apresenta limitada capacidade de absorver esses açúcares álcoois. A polidextrose é um polímero sintético da glicose, indigestível, pois possui ligações glicosídicas resistentes à amilase e de baixa energia. 10 Polissacarídeos Os polissacarídeos são polímeros naturais compostos por mais de 10 unidades monossacarídicas unidas por ligações glicosídicas. Este número é de cerca maneira arbitrário. Carboidratos contendo de 5 a 15 unidades raramente ocorrem na natureza, alguns polissacarídeos naturais contêm de 25 a 75 unidades, enquanto a grande maioria contém de 80 a 100 unidades. Alguns outros como a celulose, excede este número, tento em média de 3000 resíduos de D-glucose. Moléculas diferentes de um polissacarídeo particular vão diferir no número de resíduos, de modo que em lugar de uma massa molar exata, normalmente nos referimos a uma distribuição de massas molares ou massa molar média. Estes polissacarídeos ocorrem na maioria dos organismos vivos. Servem como materiais estruturais (celulose) e compostos de armazenamento alimentar (glicogênio), além de poder conferir especificidade imunológica (polissacarídeos de cápsulas bacterianas). Seus nomes geralmente refletem suas origens, por exemplo, celulose é o principal componente da parede celular em plantas. Outros nomes refletem algumas propriedades dos polímeros como, por exemplo, amido é um nome derivado de stercan, que em inglês arcaico significa endurecer. A nomenclatura dos polissacarídeos usa o prefixo configuracional do açúcar principal, com o sufixo ano, que significa polímero. O tipo da ligação glicosídica é também especificada: por exemplo (12)--D- manano, indica um polímero de manose. Desde que os polissacarídeos de um mesmo tipo diferem ligeiramente de uma fonte para outra, é necessário especificar sua origem, um exemplo é o amido de milho. Os polissacarídeos podem ser hidrolisados a oligossacarídeos e monossacarídeos. Geralmente à medida que o grau de polimerização aumenta, sua solubilidade em água decresce e a viscosidade aumenta. De acordo com seus aspectos estruturais, os polissacarídeos podem ser classificados em duas classes principais: - Homopolissacarídeos: constituídos por um único tipo de monossacarídeo. - Heteropolissacarídeo: são constituídos por mais de um tipo de monossacarídeo. Os polissacarídeos podem ser ainda subdivididos em lineares e ramificados. De acordo com a origem, eles também podem ser classificados em polissacarídeos de plantas, animais, bactérias, fungos ou de algas. Os polissacarídeos mais importantes são os formados pela polimerização da glicose, em número de 3: Amido: É o polissacarídeo de reserva da célula vegetal; Formado por moléculas de glicose ligadas entre si através de numerosas ligações (1,4) e poucas ligações (1,6), ou "pontos de ramificação" da cadeia; 11 Sua molécula é muito linear, e forma hélice em solução aquosa. Figura 8 - Estrutura do amido. A: amilose e sua estrutura helicoidal. B: amilopectina Glicogênio: É o polissacarídeo de reserva da célula animal; Muito semelhante ao amido, possui um número bem maior de ligações (1,6), o que confere um alto grau de ramificação à sua molécula; Os vários pontos de ramificação constituem um importante impedimento à formação de uma estrutura em hélice. Figura 9 – Molécula de glicogênio Celulose: É o carboidrato mais abundante na natureza; Possui função estrutural na célula vegetal, como um componente importante da parede celular; Semelhante ao amido e ao glicogênio em composição, a celulose também é um polímero de glicose, mas formada por ligações tipo (1,4); Este tipo de ligação glicosídica confere á molécula uma estrutura espacial muito linear, que forma fibras insolúveis em água e não digeríveis pelo ser humano. GILIARDE Realce 12 Figura 10 – Fórmula estrutural da celulose Heteroglicanos São compostos que por hidrólise dão origem a monômeros com diferentes números de carbonos, como exemplos tem-se a pectina, hemicelulose, mucilagens e mucopolissacarídeos. Existem ainda polissacarídeos que apresentam em sua estrutura além de (CH2O)n, outros constituintes, como o caso da quitina (figura 6), consistindo de unidades de N-acetil-D-glicosamina unidas por ligações glicosídicas -1,4. Processo Digestivo e Principais Enzimas Envolvidas: Digestão de carboidratos: A maior parte do carboidrato ingerido é na forma de amido (amido e amilopectina), glicogênio ou dissacarídeos (sacarose, maltose ou lactose). Devido à falta de enzimas apropriadas, a celulose, os xilanos, as pectinas, etc...; não podem ser degradados a seus monômeros, tanto na luz do trato gastrintestinal, quanto em células de outros tecidos, pois no trato gastrintestinal não há ligações B- 1,4 da celulose. A digestão de carboidratos inicia-se na boca e ocorre tanto no intestino delgado como no intestino grosso. Os processos digestivos e produtos finais disponíveis para absorção, entretanto, são muito diferentes nesses meios. Na boca, há a presença da saliva, que contém a enzima amilase salivar (ptialina), que por sua vez desdobra o amido e o glicogênio. Embora a amilase salivar seja capaz de realizar a hidrólise do amido e do 13 glicogênio à maltose, ela é uma enzima de pequena significância no organismo, uma vez que o tempo de contato entre ela e o alimento é curto. A amilase salivar apresenta pH ótimo em torno de 6,8 e é rapidamente inativada em pH 4,0 ou mais baixo, de modo que a ação da amilase é rapidamente inibida pelo meio ácido do estômago. Entretanto, antes do bolo alimentar ser totalmente envolvido pelo suco gástrico, 30 – 40% do amido sofreram hidrolise, principalmente até maltose. Até este momento não houve nenhum processo digestivo de dissacarídeos da dieta (lactose e sacarose), seguindo para o intestino delgado na sua forma intacta. Deve-se ater que as aves não há digestão de amido na boca, pois a saliva produzida é do tipo “mucosa”, ou seja, para lubrificação da ração (deglutição), sendo ausente células “serosas” (produtoras da α- amilase na saliva).Entretanto no papo (estrutura presente no esôfago das aves), alem do armazenamento da ração, há digestão do amido pela ação de microorganismos (fermentação), em que predominam os lactobacilos (produção de acido lático e acido acético), porém à energia proveniente deste processo fermentativo contribui apenas com 3% da exigência energética de mantença. Em suínos, uma vez que o bolo alimentar chega ao estômago, ocorre certa fermentação do alimento, produzindo pequena quantidade (pouco representativa) de ácidos graxos voláteis e ácido láctico. Isto apresenta importância no caso de leitões em aleitamento, uma vez que, durante esta fase o pH do estômago apresentar-se elevado. Portanto, a produção de ácido láctico pode acarretar a redução do pH, atuando como barreira para a colonização de microrganismos. No Intestino Delgado o bolo alimentar é neutralizado pelo bicarbonato secretado pelo pâncreas. Sendo o principal local da digestão do amido e glicogênio pela enzima amilase pancreática (α- 1,4 – glucan- 4-glucanoidrolase). É uma endoenzima capaz de hidrolisar ligações α- 1,4 internas de polissacarídeos, sendo que na digestão da amilose produz maltose e maltotriose e a digestão da amilopectina produz maltose, maltotriose e dextrina limite. As hexoses resultantes são, então, absorvidas pela mucosa do intestino delgado pelos mecanismos de transporte específicos. Existe duas fases e digestão dos carboidratos no intestino delgado: Fase Luminal: A fase do lúmen da digestão do amido consiste na hidrólise enzimática das ligações (1-4) interiores da molécula do amido e do glicogênio pela -amilase pancreática, para resultar nos produtos finais oligossacarídeos no lúmen do duodeno. A amilase pancreática é liberada pelo pâncreas por meio de um mecanismo semelhante àquele que libera o tripsinogênio, por influência da colecistoquinina (CCK). Como a -amilase tem baixa especificidade para as ligações mais externas da molécula e não cliva as ligações ramificadas (1-6), os produtos finais da digestão da amilase são os tri e dissacarídeos com 14 ligação (1-4) (maltotriose e maltose) e o grupo de oligossacarídeos ramificados, contendo ambas as ligações, (1-6) e (1-4), conhecidas como -dextrinas. Os dissacarídeos da dieta (sacarose e lactose) e os produtos formados na fase luminal (maltose, maltotriose e - dextrina-limite) são digeridos no duodeno distal, sendo máxima no jejuno e continua através do ileo proximal, entretanto a hidrolise de oligossacarídeos e dissacarídeos não ocorre na luz intestinal, mas por glicosidases ligadas à membrana das células da mucosa (borda em escova), caracterizada pela fase mucosa. Fase Mucosa: Nesta fase ocorre à ação das enzimas sacaridases (-dextrinase, maltase, sacarase e lactase), presentes nas células epiteliais que revestem o intestino delgado, que estão localizadas nas membranas de borda em escova da célula epitelial (figura 11). Estas enzimas vão quebrar os produtos da fase luminal e os dissacarídeos da dieta (sacarose e lactose) produzindo glicose, frutose e galactose. A sacarose e a lactose são hidrolisadas pela sacarase e lactase. As - dextrinas são digeridas pelas ações seqüenciais de enzimas com atividade de maltase (maltase e sacarase), que atuam nas ligações 1-4 e com atividade de isomaltase, que hidrolisam ligações 1-6. A velocidade de hidrolise através dos oligossacaridases, produzindo monossacarídeos, é muito rápido sendo o transporte subsequente, através da célula epitelial, a etapa que limita a velocidade do processo. Somente a lactase (atividade α- glicosidade), que digere a lactose a glicose e galactose, pode limitar a velocidade deste processo. O passo subseqüente é a absorção destes monossacarídeos para dentro da célula epitelial. Figura 11: Esquema da digestão de CHO’s 15 A digestão de CHO’s no ID é muito rápida uma vez que a ação das enzimas pancreáticas responsáveis é intensa e pela própria ação das enzimas presentes na mucosa intestinal. A morfologia do ID de leitões submetidos a desmame precoce apresenta, de forma transitória, redução da altura da vilosidade com aumento da profundidade de cripta (PLUSKE, 2001). Estas alterações são geralmente acompanhadas por baixa atividade de dissacaridases e da absorção de xilose e outros nutrientes, indicando uma imaturidade funcional dos enterócitos. Os leitões depois dos primeiros dias após o desmame, ficam sujeitos a diarréias, baixa ingestão de alimento, perda de reservas e mortalidade elevada. As causas destas alterações são uma série de fatores entre eles a imaturidade do aparelho digestivo, a mudança na forma da ração e a baixa digestibilidade dos alimentos utilizados. Na figura 11 pode-se observar a digestão de CHO’s para suínos, e a seguir serão comentadas as particularidades dos leitões em relação aos animais adultos e para aves. Nenhuma glicose livre é formada pela hidrólise da amilase pancreática. Além disso, a amilase pancreática é incapaz de hidrolisar polímeros da glicose com ligações e, portanto, carboidratos contendo esta ligação, não são digeridos no intestino delgado. As dextrinas são hidrolisadas por uma enzima da membrana chamada isomaltase que ocorre na mesma cadeia de polipeptídeo da sacarase (enzima que hidrolisa a sacarose). A lactase, enzima catalítica da lactose é também uma enzima bifuncional e encontra-se na mesma cadeia de polipeptídeos da phlorizin hydrolase A proteína completa é chamada lactase-phlorizin hydrolase. O outro sítio ativo é responsável pela hidrólise de açúcares ligados a lipídeos que ocorrem no leite e em outros alimentos. De acordo com a figura 12, que mostra a atividade desta enzima em ratos, pode-se concluir que, a atividade da lactase é maior ao nascimento, coincidindo com o período de aleitamento, até a desmama. Já a atividade da sacarase é baixa ao nascimento, aumentando substancialmente três semanas após, coincidindo com o desmame. 16 Figura 12– Atividade da sacarase e da lactase em ratos de diferentes idades. Em suínos uma grande variação do metabolismo do recém-nascido em relação ao adulto é que os últimos têm menores quantidades de enzimas, como fosforilase, que limitam a capacidade de quebrar a glicose do glicogênio de reserva, de fazer gliconeogênese e do número de mitocôndrias hepática inferior ao normal. Em geral os suínos ao nascimento possuem maiores quantidades de glicogênio no músculo e fígado, proporcionalmente que em outras espécies, porém estas são rapidamente usadas em um primeiro momento na termorregulação corporal. As reservas de energia do leitão recém nascidos é suficiente para suprir, por apenas12 a 15 horas suas necessidades energéticas, como pode ser observada na Tabela 1. Tabela 1: Concentração de glicogênio e taxa de mobilização em leitões de 0 a 24 horas após o nascimento. Horas após o nascimento Glicogênio no Fígado (mg/g) % após zero horas 0 177,87 - 6 87,25 49,1 12 73,04 41,1 24 25,39 14,3 TRINDADE NETO (1995). Logo após o nascimento é grande a mobilização do glicogênio, o vai levar o animal, quando não receber fonte de energia, a um estado de hipoglicemia. O aumento da glicemia observado em leitões GILIARDE Realce GILIARDE Realce GILIARDE Realce 17 lactantes é devido à alta atividade da lactase, que permite a fácil utilização da lactose do colostro e do leite. Quanto à atividade enzimática pancreática, existe uma série de trabalhos mostrando que elas são mais ativas quando o animal esta recebendo alimento sólido, como é mostrado na Tabela 2, que compara o desmame em 4 e 6 semanas e não observou diferenças na atividade enzimática pancreática, para animais recebendo dietas sólidas. Tabela 2: Atividadeenzimática e idade ao desmame. Idade (semanas) Desmame c/ 4 semanas Desmame c/ 6 semanas 3–4* 5–6** 7–8 ** 5–6* 7–8 ** Tripsina 0,7 5,4 18,1 0,8 5,8 Amilase 60 670 2300 50 1100 Lípase 320 1100 2800 580 2100 Westrom et al. (1991) apud ROSTAGNO e PUPPA (1998). * Lactante ** Recebendo ração. Outro ponto importante é a altura das vilosidades, que diminuem de 20 a 35 % após o desmame, chegando a 50 % do inicial no 5º dia pós desmame. Este fator está diretamente correlacionado com a umidade da ração e com a diminuição da atividade enzimática na mucosa. A atividade das enzimas da mucosa não é constante ao longo do intestino delgado. As enzimas sacarase, isomaltase e maltase 2 e 3, apresentam baixa atividade no duodeno, próximo ao piloro, atingindo nível máximo na metade do intestino e declinam na região caudal. NO Suíno a atividade da lactase e da trealase é alta no inicio e diminui, gradativamente, até o mínimo no final do intestino delgado. De acordo com KIDDER e MANNERS (1978), os níveis de enzima que hidrolisam CHO’s na mucosa intestinal dos suínos apresentam 3 padrões de desenvolvimento (Figura 13). 1º - Padrões de desenvolvimento foi o aumento progressivo da isomaltase e da sacarase com a idade dos leitões; 2º - Padrão progressivo e atingiu um platô aos 20 dias como para a maltase 2, maltase 3 e trealase; 3º - padrão de decréscimo contínuo a partir do nível mais alto, às 3 semanas de idade, que foi o caso da lactose. 18 Figura 13: Atividade enzimática no intestino delgado de leitões de acordo com idade. FONTE: Adaptado de KIDDER e MANNERS (1978). A enzima lactase é a que apresenta em maior proporção em relação as demais (lípase, amilases, maltase e proteases) até cerca da 4a semana de vida, a partir da qual declina, com o crescimento das demais.às semanas de vida, não há suficiente disponibilidade de enzimas para adequada digestão dos ingredientes utilizados nas rações. Logo a necessidade da busca de ingredientes, técnicas de processamento e administração exógena de enzimas, para melhorar o desempenho dos animais. A atividade da sacarase no intestino delgado do leitão é baixa em relação ao adulto. Animais criados com dietas artificialmente com dieta pré-inicial mostraram que a atividade máxima foi detectada entre a 2a e 4a semanas. No segundo quarto do ID a atividade máxima foi observada com quatro semanas. Isso mostra o porquê do baixo desempenho de leitões, quando criados recebendo açúcar nos primeiros dias de vida (DROCHNER, 1991). A maltase também aumentou em correlação com a sacarase. Porém não só a idade, mas também o tipo de ração (alto amido ou açúcar) pode ser responsável pelo aumento da atividade enzimática, devendo sempre lembrar que variações dentro da leitegada podem ocorrer. No Intestino Grosso tanto os carboidratos solúveis como os insolúveis são degradados por enzimas microbianas, principalmente as hexoses (figura abaixo). As hexoses produzidas s o metabolizadas pelas bactérias em AGV e gases (produtos finais da fermentação dos CHOs). Os AGVs produzidos são o ácido acético, propiônico e butírico, tendo pequena quantidade de lactato e succinato. A proporção dos três AGV vai depender da dieta, pois dietas com alto teor de amido terão maior produção de propiônico que uma dieta com alto teor d fibra (acetato). O consumo de dietas com CHOs solúveis, pode elevar a produção de acido excedendo sua capacidade de absorção, neste caso ocorre uma neutralização pelos sistemas tampão do IG (HCO3 e PO4) . O HCO3 ao entrar no ceco e cólon reage com ácidos presentes ocorrendo o desaparecimento do HCO3 e substituição pelos sais de sódio do acido orgânico. GILIARDE Realce 19 CHO Solúvel (amido) CHO Insolúvel (fibra) A digestão microbiana difere da enzimática, pois, as fontes de carboidrato fibroso que contêm polímeros de glicose com ligações , e que não são desdobradas pelas enzimas digestivas, serão rapidamente atacadas pelas enzimas microbianas. Além disso, os produtos finais da digestão microbiana dos carboidratos não são hexoses e sim AGVs. Esses AGVs podem ser rapidamente absorvidos pela mucosa e então utilizados como fonte de energia pelo epitélio ou tecidos corporais em geral. Digestão do Amido O amido é estocado nas plantas como grânulos cristalinos e por meio da difração de raio X, foram caracterizados três diferentes tipos: A, B e C. O tipo A é a forma mais estável termodinamicamente e é encontrado nos cereais. O tipo B é característico da banana, de batatas e de outros tubérculos e o tipo C é encontrado em leguminosas. O tamanho e a natureza cristalina dos grânulos de amido influenciam a sua susceptibilidade às enzimas pancreáticas. Em geral, os amidos do tipo B e C tendem a ser mais resistentes à amilase pancreática. O segundo componente em importância depois da proteína é a fração cereal do alimento. O amido é insolúvel em água fria, mas sob aquecimento ocorre quebra da sua organização molecular e quebra da cristalinidade da molécula. O grânulo é totalmente rompido e desta forma o amido é facilmente atacado pelas enzimas. Esse processo de ruptura dos grânulos é chamado de gelatinização (ROLLS et al., 1990), sendo este processo a essência do cozimento dos alimentos que contém amido. Com o resfriamento, o amido gelatinizado se recristaliza, mudança esta conhecida como retrogradação. O amido retrógrado, particularmente a amilose, é mais resistente ao ataque enzimático. A amilose retrógrada é apenas um tipo de amido fisiologicamente resistente, o qual passa ao longo do intestino delgado (ENGLYST e CUMMINGS, 1990). Segundo trabalhos realizados por COLE e VARLEY (2000), demonstram que o tratamento por calor em cereais aumenta a digestibilidade da ração e a torna mais palatável. Hexoses Metabolismo bacteriano AGV + Gases 20 Técnicas como a extrusão, a micronização, a expansão da cadeia do amido pelo vapor, a gelatinização das moléculas de polissacarídeos não amiláceos dos grãos, vem sendo utilizadas com sucesso para cereais utilizados em dietas de leitões. Permitindo desta forma um melhor aproveitamento, já que o sistema digestivo do animal está pouco desenvolvido nesta fase (Tabela 3). Tabela 3: Digestibilidade após gelatinização. Fontes Cevada Trigo Milho Grão s/ processamento 62 54 76 Grão processado 76 78 85 Melhora (%) 22,6 44,5 11,8 COLE e VARLEY (2000). Os determinantes físicos da gelatinização e recristalização do amido são complexos, mas são de vital importância para a digestão deste, uma vez que processamentos simples como aquecimento e resfriamento durante a preparação do alimento podem afetar a qualidade nutricional do amido (CUMMINGS e ENGLYST, 1995). Segundo ENGLYST et al. (1995), uma definição para amido resistente seria todo aquele amido que alcança o intestino grosso de animais monogástricos. Na Tabela 4 mostra os resultados do uso de cereais cozidos nos 28 dias após desmame e observou ganho de peso diário 10 g/dia a mais, até o abate, em relação aos mesmas dietas, porém com cereais crus. Tabela 4: Efeito do processamento dos ingredientes no desempenho de leitões até o abate. Parâmetros Cru Cozido Peso ao desmame (kg) 6,2 6,2 Ganho diário 4 semanas 382 392 Ganho diário final 638 672 Peso de abate (kg) 81,5 84,3 Aumento (kg) + 2,7 COLE e VARLEY (2000). Digestão de Oligossacarídeo Os oligossacarídeos não são amplamente encontrados nos alimentos, com exceção de uma série de galactosídeos e frutoligossacarídeos. A família dos galactosídeos de oligossacarídeos inclui a rafinose (um trissacarídeo), a estaquiose (um tetrassacarideo) e a verbascose (um pentassacarídeo). Em legumes,como 21 ervilhas, feijões, e lentilhas, o conteúdo destes oligossacarídeos pode variar de 5 a 8 % em base de matéria seca. Não são digeridos a rafinose, estaquiose, e verbascose no intestino delgado através de enzimas gastrointestinais. Eles são passados ao intestino grosso onde são fermentados através da microflora intestinal com a produção de gás. É este comportamento que produz a flatulência. A digestão de oligossacarídeos da família da rafinose pode alterar as diferenças osmóticas entre a mucosa e o plasma, podendo causar diarréia em animais que ingeriram grandes quantidades de sementes de leguminosas (SAINI et al., 1989). Entretanto, não existem relatos sobre indução de flatulência com o uso de -gluco-oligossacarídeos (UNNO et al., 1993, citado por IJI e TIVEY, 1998). VAN LAERE et al. (1997) relataram efeitos positivos dos oligossacarídeos, relacionado a sua propriedade de se assemelhar a receptores presentes nas células intestinais, impedindo a ligação de bactérias. Outro aspecto positivo é a capacidade em manter um ambiente intestinal favorável, considerando que a microflora intestinal pode ser afetada por fatores como: estresse, dieta e tratamento com antibiótico e os oligossacarídeos podem ajudar a manter ou restabelecer o balanço na microflora. Como exemplos de oligossacarídeos podem ser citados: Mananoligossacarídeo (MOS): são derivados de glucamanoproteínas da parede celular de leveduras. Seu principal modo de ação seria através do estímulo ao crescimento das vilosidades intestinais, aumentando a área de contato com os nutrientes e assim melhorando a absorção e conversão alimentar. Cita-se também sua ação como carreador de bactérias patogênicas. Frutoligossacarídeo (FOS): São compostos de sacarose ligados de uma a três moléculas de frutose através de ligações b. Sua ação está relacionada ao estímulo no crescimento de espécies dos gêneros Lactobacillus e Bifidobacterium, por fermentarem completamente os FOS. Por outro lado, inibem o crescimento dos clostrídeos, através da diminuição do pH. Além disso, os FOS apresentam indiretamente outros benefícios ao organismo, em função do desenvolvimento das bifidobactérias, estimulam o sistema imune, sintetizam vitamina B e previnem o crescimento de bactérias patogênicas. Os FOS são encontrados no trigo, centeio, triticale, aspargos, cebola e várias outras plantas. Existem, também, fontes sintéticas de oligossacarídeos, produzidas a fim de se maximizar a performance de animais de produção e de companhia. A linha de materiais utilizado baseia-se em hexoses cmo a glicose, frutose, galactose e manose (DURST, 1996). Efeitos nutricionais Baseado na estrutura química de cada um dos oligossacarídeos, estes possuem, por exemplo, a capacidade de resistir a altas temperaturas durante o processo de peletização dos alimentos e às condições físicas e químicas ao longo do trato gastrointestinal. 22 Os oligossacarídeos não são digestíveis para os monogástricos, devido à ausência de enzimas para tal finalidade, como resultados, tendem a reduzir a disponibilidade de energia dietética. Outro efeito dos oligossacarídeos é que quando estes são fermentandos pela microflora intestinal, eles liberam ácidos graxos vólateis, o qual tem sido verificado aumentar o peristaltismo e decrescer o tempo de trânsito dos alimentos dentro do intestino. Observou-se, também, a possível formação de gases devido à fermentação dos oligossacarídeos por clostrídeos, cocos anaeróbicos, eubactérias e fusobactérias. As bifidobactérias não promovem a produção de gases, indicando uma significativa fermentação de oligossacarídeos por outras bactérias que não as bifidobactérias. Segundo CRISTOFARO et al. (1974) acredita-se que a produção de gás seja devido, principalmente, a rafinose, contudo, a estaquiose e a verbascose também apresentam grande importância na formação de gases. Assim, ITO et al. (1990) inferiu que a indução de flatulências e desconforto abdominal está associado ao tipo de oligossacarídeos ingerido e principalmente a quantidade ingerida. Uso na dieta de leitões Segundo GABERT et al. (1995), oligossacarídeos são prontamente fermentados no intestino grosso e ceco, promovendo, assim, o crescimento de bactérias produtoras de ácido lático. Estas bactérias suprimem o crescimento das bactérias patogênicas pela produção de ácido acético que causa a diminuição do pH, podendo reduzir a incidência de diarréia. Além disso, a suplementação com oligossacarídeos promovem proliferação das células epiteliais do ceco e cólon de porcos neonatais, além de estimular o crescimento das bifidobactérias. GABERT et al. (1995) ao estudar o efeito da suplementação com oligossacarídeos e lactitol, em dietas de leitões desmamados, na digestibilidade ileal de aminoácidos e monossacarídeos e o efeito sobre a população bacteriana, adicionou à ração (18% de proteína bruta), 0,5% de galactooligossacarídeos, 0,87% de glucooligossacarídeos e 1% de lactitol (4-O--galactopyranosil-D- sorbitol). A suplementação com oligossacarídeos ou lactitol teve pequeno efeito na digestibilidade aparente ileal de aminoácidos e monossacarídeos. E, diferentemente do proposto acima, a utilização destas substâncias não causou efeito sobre o pH, população bacteriana e incidência de diarréia. Assim, a suplementação de oligossacarídeos na dieta de leitões desmamados (9,1 a 13,8Kg) não afetou a digestibilidade dos nutrientes, a população bacteriana nem a incidência de diarréia. GILIARDE Realce 23 Uso na dieta de suínos Os mananoligossacarídeos (MOS), derivado da parede celular tem demonstrado melhorar a saúde e a performance em monogástricos (SPRING e PRIVULESCU, 1998).Os efeitos positivos de culturas de leveduras vivas têm sido associado principalmente com os seus metabólitos. Têm-se evidências de que muito destes efeitos positivos se devem ao conteúdo da parede celular destas leveduras. Uma das formas de ação dos mananoligossacarídeos é por meio do bloqueio ao ataque de certas bactérias à parede intestinal. Isto ocorre devido às propriedade dos MOS de se ligarem às bactérias patogênicas que possuem fímbrias do tipo I. Segundo NABUURS et al. (1993) a adição dos MOS na dieta tem levado a redução de Salmonella cecal em aves e coliformes fecais em suínos, provavelmente por meio da adsorção dos patógenos. As propriedades imunoestimulatória do MOS tem sido investigada em diferentes espécies. SAVAGE et al. (1996) tem demonstrado aumento nas concentrações de IgG e IgA com a adição de MOS em perus. Os MOS apresentaram efeito interessante sobre as células do sistema imune. Em geral, leitões criados em sistemas convencionais apresentaram resposta imune celular superior aos livres de germe. O número de linfócitos T e subtipos de linfócitos T participantes na resposta imune no intestino variou enormemente, questionando assim o real efeito do MOS sobre a resposta imune mediada por células (SAVAGE et al., 1996). A adição de MOS aumentou a liberação de citoquininas, substâncias estas que apresentam importante função no sistema imune como coordenadora da ação das diferentes células do sistema imune. Suplementação de dietas de suínos com MOS aumentou os níveis de interleucina-2 (IL-2). A IL-2 é também chamada de fator de crescimento das células T e esta interleucina é requerida para a proliferação e diferenciação das células T. O efeito estimulatório dos MOS na função das células T foi confirmado in vitro onde os MOS aumentaram a reatividade dos linfócitos. Além disso, os MOS levaram a um aumento dos níveis de interferon- (IFN-). A presença de IFN- aumenta a migração de leucócitos, fluidos e proteínas para o sítio de infecção e ativam os macrófagos permitindo que eles engolfem as bactérias. Esse aumento da atividade dos macrófagos (fagocitose) devido a adição de MOS foi confirmado pelo aumento na mortalidade (fagocitose) de Staphylococusaureus in vitro. Os MOS estimularam a transformação dos linfoblastos para linfócitos e aumentaram a taxa de fagocitose. Estas propriedades estimulatórias dos MOS foram encontradas tanto em suínos livre de germes como em suínos criados em sistema convencionais (SPRING e PRIVULESCU, 1998). 24 Para os nutricionistas, os MOS oferecem uma alternativa nutricional que pode promover uma proteção adicional contra os patógenos entéricos e, assim, aumentar a defesa do animal contra outros fatores estressores. Uso na dieta de aves PUSZTAI et al. (1995) descreveram que os mananoligossacarídeos derivado do óleo da semente de palma promoveram um aumento no ganho de massa muscular em aves. Todavia, os fruto e galactooligossacarídeos, quando usados em concentrações menores que 3,0g/kg em aves, não promoveram qualquer aumento no ganho de peso (DURST, 1996). Segundo MONSAN e PAUL (1995) os efeitos dos oligossacarídeos dependem de inúmeros fatores, dente estes citam-se o tipo e a quantidade fornecida, a espécie animal e sua idade e ainda o tipo de instalação utilizada para alojar estes animais e o clima predominante na região. A resposta aos oligossacarídeos na dieta pode muitas vezes influenciar a produtividade de forma indireta. Como muitas bactérias patogências são capazes de atacar a mucosa por se ligar a sítio de ligação na superfície destas células, os oligossacarídeos através de mecanismos diversos podem melhorar a performance por proteger a mucosa e consequentemente aumentar a performance do animal. De fato, quando frangos de corte foram alimentados com a adição de 7,5g/kg de FOS e desafiados com Campylobacter, somente 8% das aves que recebem FOS foram colonizadas por esta bactéria, comparada com 80% do grupo controle. Todavia, OYARZABAL e CONNER (1996) não encontraram diferença na taxa de colonização entre os grupos que foram suplementados com FOS quando desafiado com a bactéria Salmonella typhimurium. Já CHOI et al. (1994) observaram uma menor incidência de colonização de S. typhimurium em galinhas quando estas foram suplementadas com níveis de 3,75g/kg de FOS. As diferenças observadas entre as pesquisas podem ser devida a variação na taxa de suplementação testada. Polissacarídeos Não-amiláceos Um grão contém germe (o embrião), reserva (tecidos de armazenamento: endosperma e camadas de aleurona) para o crescimento do embrião e a maturação e tecidos de proteção (envolve para proteger contra agressões externas, por exemplo, o pericarpo. Na prática, o pericarpo contém freqüentemente camadas de aleurona. 25 Polissacarídeos diferem entre tecidos de proteção e tecidos de armazenamento, são mais complexo (por exemplo: tecidos mais ramificados) no pericarpo do que no endosperma. Porém tanto nas células do endosperma quanto nas do pericarpo são protegidas por paredes celulares que contêm arabinoxylanos, b-glucanos ou heteroxylanos e celulose. Os grãos contêm principalmente amido (um polímero de glicose em a-1,4, a-1,6) que compõem aproximadamente 2/3 dos grãos. Surpreendentemente, polissacarídeos não-amiláceos (PNA) são tão abundante quanto proteínas. Fontes de proteína vegetais, como a soja, também contém PNA. Os PNA também diferem entre materiais em proporções solúveis e insolúveis, e também no tipo de PNA (pentosanas, etc). O trigo e o centeio não contêm b-glucanos solúveis. Eles contêm pentosanas solúveis e insolúveis. Considerando que centeio e trigo mostrem o mesmo conteúdo de pentosanas totais, o centeio contém mais pentosanas solúveis que o trigo. Nas pentosanas, os heteroxylanos são sempre insolúveis, enquanto arabinoxylanos e arabinogalactanos podem ser solúveis e insolúveis. Milho não contém b-glucanos. Suas pentosanas são principalmente insolúveis. A Cevada é rica em b- glucanos principalmente solúveis e também contém pentosanas. A maioria dos PNA, de fontes de proteínas vegetais, são pectinas de tipos diferentes. Pelo menos um terço dos PNA é de forma solúvel o que será responsável pela limitação da digestibilidade. Segundo relato de pesquisadores, as pentosanas e os b-glucanos a nível intestinal, aumentam a viscosidade da digesta, afetando o valor nutricional dos cereais, seja por falta de enzimas endógenas para sua digestão ou mesmo, criando barreiras de ação das enzimas digestivas. O verdadeiro efeito do aumento da viscosidade sobre a digestão dos nutrientes ainda não está bem estabelecido, mas parece que o caso das barreiras de ação das enzimas endógenas impedindo uma melhor difusão das mesmas, seja a teoria mais aceita atualmente. A seguir a Tabela 5 contém a composição do tipo de PNA contido nos diferentes alimentos usados na confecção de rações. Tabela 5 - Composição de polissacarídeos não-amiláceos (PNA) em alguns ingredientes de rações. Ingrediente Tipo de PNA % Milho PNA totais Arabinoxilanos B-glucanos 8,0 4,2 0,1 Sorgo Arabinoxilanos 2,8 26 B-glucanos 0,1 Trigo PNA totais Arabinoxilanos B-glucanos 8,0 6,05 0,5 Cevada B-glucanos Arabinoxilanos 7,6 3,3 Triticale Arabinoxilanos B-glucanos 7,0 0,7 Arroz Arabinoxilanos B-glucanos 8,9 1,2 Farel de soja PNA totais Polímeros complexos 27,0 13,9 Gluten de milho PNA totais 42,0 Farelo de trigo PNA 44 Schutte (1991); Annison (1991); Anisson (1991); Carré (1992) PNA solúveis A solubilidade dos PNA (que é uma característica importante que pode determinar a atividade antinutricional desses polissacarídeos em dietas de monogástricos) será estabelecida, não somente pela estrutura primária dos PNA, mas também, pelo modo como eles se ligam a outros componentes da parede celular. As paredes celulares são compostas de diferentes polissacarídeos, polifenóis, glicoproteínas e glicolipídios. Estes componentes estão arranjados de três principais formas: os polissacarídeos fibrilares (principalmente a celulose), a matriz de polissacarídeos (principalmente pectina e hemicelulose) e substâncias incrustadas. As concentrações dos diferentes componentes variam entre as diferentes plantas e suas diferentes partes e, são, ainda, influenciadas pelo grau de maturidade das plantas (SELVENDRAN et al., 1987). Um segundo nível de associação esta relacionado com as ligações entre as moléculas dos componentes da parede celular. Existem tanto as fracas pontes de hidrogênio como as fortes ligações iônicas e as ligações covalentes, a arabinoxilose, por exemplo, esta associada à proteína do trigo e há uma forte evidência de que seja por ligações covalentes. Essas ligações são de grande importância, uma vez que influenciam na solubilidade dos polissacarídeos em meio aquoso (SMITS e ANNISON, 1996). A viscosidade é outra característica importante dos PNAs, e que por isso têm sido relacionadas aos efeitos nutricionais desses polissacarídeos, que por sua vez, é dependente de vários fatores, incluindo o 27 tamanho da molécula, se esta é linear ou ramificada, presença ou não de grupos com cargas, concentração de PNA e, ainda, das estruturas circundantes. Em presença de água, mesmo em pequenas concentrações, os polissacarídeos tem sua viscosidade aumentada, exatamente, pela interação direta com a água. Se houver um aumento na concentração de polissacarídeos, suas moléculas interagem, formando um emaranhado. Este processo pode acarretar grandes elevações na viscosidade e é dependente de ligações entre moléculas de polissacarídeos (MORRIS e ROSS- MURPHY, 1981). Ainda, os polissacarídeos possuem a propriedade de se ligarem a pequenos íons e moléculas, alguns PNA, como as pectinas, podem ter uma alta densidade de carga a um determinado valor de pH resultante da presença de grupos ácidos. Além da associação de cátions com grupos carregados negativamente, em alguns PNA a estrutura tridimensional da molécula permite que a quelação dos íons ocorra. De fato, cátions podem formar pontesiônicas entre as moléculas dos PNAs e influenciar profundamente a propriedades desses PNA de viscosidade e de formação de gel. Pequenas moléculas podem também estar fracamente ligadas aos polissacarídeos por meio de interações hidrofísicas e hidrofílicas. PNA podem Ter, também, uma atividade de superfície, apresentar cargas (negativas e positivas), assim como superfícies fracamente hidrofóbicas e fracamente hidrofílicas, sendo assim, quando em solução, os polissacarídeos têm a tendência de se associarem a superfícies, como exemplo, temos que após a ingestão eles devem estar na superfícies das paredes de comida, a superfície das micelas de lipídios ou a superfície do glicocálice do intestino (SMITS e ANISSON, 1996). A adição de certos PNA às dietas de aves afeta a habilidade desses animais em digerir amidos, proteínas e lipídios. Uma das explicações que tem sido admitida para explicar esse efeito antinutricional é a de que as propriedades viscosas desses polissacarídeos podem impedir, no caso dos lipídeos, por exemplo, a difusão e o transporte convectivo da lipase, de óleos e de moléculas de sais biliares dentro do conteúdo gastrointestinal. EDWARDS et al. (1988) demonstraram in vitro que o transporte convectivo da glicose e do Na foi impedido em ambiente viscoso. Além disso, a viscosidade pode reduzir a intensidade de contato entre potenciais nutrientes (isto é, gorduras, proteína e amido) e secreções digestivas (isto é, lipases e sais biliares, proteases e amilases) impedindo, assim, o transporte para a superfície epitelial. ISAKSSON et al. (1982) demostraram in vitro que em ambiente viscoso a atividade da lipase e de outras enzimas fica reduzido. No entanto, SMITS et al.(1997) ao estudar o efeito da viscosidade de fibras, em frangos de corte, utilizando carboximetil celulose de baixa e de alta viscosidade, observaram queda no ganho de peso e aumento da taxa de consumo de ração e, consequente piora da conversção alimentar. Concluíram, então, que GILIARDE Realce 28 a alta viscosidade da digesta ocasionou uma redução na digestão de macronutrientes e prejudicou o crescimento dos animais. Sendo assim, apesar da causa primária do decréscimo da digestibilidade dos nutrientes em dietas que contenham altos níveis de PNA, estar relacionada à viscosidade, tem sido proposto que esses efeitos deletérios são mediados pelo aumento na fermentação bacteriana, mas o mecanismo pelo qual essa mediação acorre, ainda é desconhecido. Uma evidência desse aumento é indicado por CHOCT et al. (1992) que relataram que os efeitos deletérios das pentosanas do trigo sobre a digestibilidade dos ácidos graxos de cadeia longa foi menos pronunciada em galinhas cecectomizadas do que em galinhas intactas. Além disso, VAN DER KLIS e VAN VOORST (1993) demonstraram que a carboximetil celulose aumentou significativamente o tempo de retenção do quimo no trato gastrointestinal, o que cria um excelente meio para a atividade bacteriana, assim, o fluxo da digesta fica reduzido e a quantidade de material indigestível no intestino delgado aumenta, proporcionando à microflora mais tempo e mais substrato para colonizar a porção proximal do intestino delgado. Finalmente, um aumento na atividade bacteriana pode causar um aumento na desconjugação dos ácidos biliares e, consequentemente, diminuir o retorno dos ácidos biliares para o fígado e a subsequente reciclagem da bile. Como resultado, a digestão pobre de lipídios ocorre pela diminuição na concentração de ácidos biliares na digesta (SMITS e ANISSON, 1996). Pode-se concluir que a viscosidade pode ser uma propriedade negativa importante dos PNA e que esse efeito é devido, pelo menos parcialmente, à interação com a microflora intestinal. Em relação à digestão de gorduras, existe outro efeito antinutricional dos PNA. A diminuição da atividade dos ácidos biliares. Sabe-se que uma baixa concentração de ácidos biliares no trato intestinal de frangos jovens limita a digestão de lipídios, uma vez que os ácidos biliares são necessários para emulsificar os componentes insolúveis dos lipídios em água e promover a atividade da lipase por meio do aumento da superfície ativa, aumentando, assim, a formação de micelas de monoacilgliceróis, ácidos graxos livres, colesterol e vitaminas lipossolúveis. Um aumento na digestibilidade da gordura observado por KUSSAIBATE et al.(1982), em frangos de corte "livres de germes" e convencionais quando alimentados com dietas suplementadas com ácidos biliares, permitiu a conclusão de que esta resposta não estava associada a microflora ativa. Segundo EBIHARA e SCHNEEMAN (1989) PNA viscosos são capazes de "prejudicar" os ácidos biliares e diminuir sua efetividade em solubilizar seus componentes e subsequentemente a absorção de lipidios. Igualmente, SMITS e ANNISON (1996), citaram que os PNA podem, ainda, prejudicar a absorção dos nutrientes, isto porque, para serem absorvidos, os nutrientes devem atravessar uma barreira aquosa 29 adjacente a mucosa e demonstrou-se que as gomas formadoras de gel e a pectina levam ao aumento da espessura dessa camada aquosa (JOHNSON e GEE, 1981; FLOURIE et al., 1984). Ainda, a absorção pode ser afetada pelo aumento na taxa de proliferação de enterócitos e uma mudança na morfologia das células e microvilos. Alimentando ratos com vários agentes formadores de gel, aumenta-se a taxa de proliferação de enterócitos do jejuno e do ílio distal e se diminui a atividade das enzimas de superfície do epitélio (JOHNSON et al.,1984; JOHNSON e GEE, 1986). PNA Insolúveis Os PNA insolúveis, não viscosos possuem a capacidade de reter água. Os efeitos dessa capacidade são a habilidade de aumentar o volume do quimo e aumentar a taxa de passagem da digesta nos intestinos delgado e grosso. Esses efeitos são afetados pela estrutura, tamanho da partícula e fermentabilidade (ROBERTSON, 1988). A digestibilidade da gordura, da proteína e do amido podem não estar prejudicados em função das propriedades de reter água dos PNA não viscosos, porém não existem evidências conclusivas. Estes PNA podem ser benéficos quando há uma atividade bacteriana aumentada no intestino grosso. Propriedades laxativas dos PNA não viscosos podem reduzir a atividade bacteriana no trato intestinal pelo decréscimo do tempo disponível para fermentação no intestino. Adicionalmente, as bactérias podem aderir as estruturas dos PNA insolúveis. O aumento da atividade bacteriana é um dos principais efeitos antinutritivos dos PNA viscosos, sendo assim, os não solúveis devem ser capazes de suavizar os efeitos deletérios dos PNA viscosos. Esta hipótese pode explicar os resultados obtidos por ROGEL et al. (1987), onde um aumento foi notado na digestão do amido de trigo de baixa energia metabolizável aparente após a inclusão de casca da aveia na dieta. A viscosidade e solubilidade são propriedades físicas importantes dos PNA e influenciam a digestão de gorduras, de proteínas e de amido, esses efeitos parecem ser mediados pela microflora (Figura 15). A estrutura e propriedade de reter água dos PNA não viscosos parecem ser benéficos em circunstâncias específicas onde há alta atividade bacteriana no intestino. Isto ocorre pela diminuição do tempo de retenção do conteúdo intestinal e promove uma estrutura que a bactéria pode atacar. GILIARDE Realce GILIARDE Realce 30 Figura 15 – Efeitos dos polissacarídeos não-amiláceos solúveis e viscosos estão associados com o detrimento na digestão de gorduras e proteínas no intestino delgado. INGESTÃO DE PNAs SOLÚVEIS E VISCOSOS PNAs fermentáveis na digesta Viscosidade da digesta Tempo de retenção da digesta Espessura da barreira aquosa adjacente à mucosa Difusão e transporte convectivo Taxa de proliferação de enterócitos Up takemucosal de produtos finais da digestão de gorduras e lipídios Solubilização de gorduras e hidrólise de proteínas e gorduras Fermentação e colonização bacteriana Secreção endógena Desconjugação e excreção de ácidos biliares Digestibilidade ileal aparente de proteínas e gorduras 31 A ausência de enzimas endógenas específicas para PNA, considerados indigestíveis no trato intestinal de aves e monogástricos mamíferos, faz com que estes carboidratos sejam classificados como fazendo parte da fibra. Na nutrição animal, ainda são feitas referências à fibra bruta (FB), fibra detergente ácido (FDA) e fibra detergente neutro (FDN). No entanto, o tratamento dispensado a essas frações é tal que se recupera apenas a fibra insolúvel e, parte da fibra é perdida através da dissolução dos PNA durante o tratamento aquoso e, como, atualmente, já se tem esclarecido que os PNA solúveis podem afetar vários processos durante a digestão, a determinação dos PNA na dieta deve, portanto, ser baseada em métodos que mensurem ambas frações, solúvel e insolúvel. Valores publicados relativos a quantidade de PNAs em alguns ingredientes utilizados nas dietas de aves podem ser vistos na tabela 1 Ao contrário dos dados de FB, FDA e FDN, tem-se informações limitadas sobre o conteúdo de PNAs (solúveis, insolúveis e total) em ingredientes de rações. Tabela 6 - Conteúdo de polissacarídeos não amiláceos de alguns ingredientes (% MS) Ingrediente PNAs solúveis PNAs insolúveis Total de PNAs PNAs predominantes e suas concentrações (% MS) TRIGO 2,4a 9,0 a 11,4 a Arabinoxilano-6,05 b -D-glicano-0,5 b Celulose-2,0 a CENTEIO 4,6 a 8,6 a 13,2 a Arabinoxilano-8,9 b -D-glicano-1,2 b Celulose-1,5 a CEVADA 4,5 a 12,2 a 16,7 a -D-glicano-7,6 b Arabinoxilano-3,3 b Celulose-3,9a SORGO Arabinoxilano-2,8 b -D- glicano- 0,1 b MILHO Arabinoxilano-4,2 b -D- glicano- 0,1 b TRITICALE Arabinoxilano-7,0 b -D- glicano- 0,7 b SOJA 13,9c 16,4 c 30,3 c Polímeros complexos Fonte: Adaptada de Smits e Annison, 1996 a Englyst, 1989; b Annison, 1991; c Carré, 1992 32 Enzimas Vários são os motivos que justificam o emprego de enzimas. Entre eles está a possibilidade de empregar ingredientes que possuem nutrientes pouco disponíveis aos animais, pois eles não dispõem de enzimas para digeri-los. Como exemplo, podem ser citados os ingredientes ricos em fósforo fítico ou em polissacarídes não-amíláceos; os animais dependem de enzimas exógenas para digerir estes ingredientes. Outro motivo muito significativo são os movimentos ambientalistas, que forçam a redução da eliminação de substâncias poluentes como o fósforo e o nitrogênio, que podem ser excretados em maior ou menor quantidade, dependendo da manipulação das fórmulas das dietas e das enzimas adicionadas a elas. Sob o ponto de vista da nutrição, a viabilização técnica e econômica das enzimas exógenas é um marco importante, pois permite o emprego de alguns ingredientes muitas vezes disponíveis e de utilização limitada devido a sua composição química ou a presença de fatores antinutricionais. Isto ocorre com os farelos de arroz e trigo e os grãos de trigo, centeio, cevada e aveia. As enzimas oferecidas aos animais na ração são chamadas de enzimas exógenas e aquelas sintetizadas pelos animais são chamadas de enzimas endógenas. As enzimas exógenas têm ação similar à ação das enzimas endógenas. Alguns autores sugerem que somente deveriam ser usadas enzimas exógenas quando os animais não fossem capazes de sintetizá-las. Ao contrário, WENK (1993) comenta que a suplementação de enzimas exógenas pode aumentar a eficiência de ação das enzimas endógenas, reduzindo a quantidade de resíduos nutricionais que chegam ao intestino grosso, diminuindo a possibilidade de ação dos microorganismos naquela área do aparelho digestivo. Assim, a utilização de enzimas exógenas tem por finalidade básica reduzir as barreiras de ação enzimática sobre a digesta. A utilização dessas carboidrases exógenas tem papel importante na hidrólise de fatores antinutricionais e polissacarídeos não-amiláceos dos alimentos. Existem relatos de que estas enzimas reduzem a viscosidade da digesta no intestino delgado distal, causada pela fibra solúvel (xilanas) e pelas ligações b- glucosídicas, tendo ação na parede celular, na qual encontram-se contidos os nutrientes protegidos contra o processo de digestão. Não há dúvidas de que cereais com alto teor de PNA solúveis aumentam a viscosidade intestinal e que a adição de enzimas que os hidrolisem pode acarretar em redução desta viscosidade. Entretanto, tem-se questionado o quanto isto é importante para o aumento do valor nutritivo do alimento (SILVERSIDES, 1999). Estudos realizados com frangos de corte evidenciam grande efeito inibidor da ação da lipase pancreática, devido ao aumento de viscosidade provocada pela ação dos PNA. GILIARDE Realce 33 Os suínos não possuem enzimas que desdobram as pentosanas e os b- glucanos. A utilização de enzimas exógenas, parece ser a saída para redução da viscosidade intestinal provocada pela ação desses carboidratos solúveis não-amíláceos. Preparações de enzima são comercialmente disponíveis e podem ser usadas para reduzir a tendência para produção de flatulência promovendo a hidrólise deste oligossacarídeo a monômero, o qual é prontamente absorvido. Segundo SHEPPY (2001), são quatro principais tipos de enzimas na nutrição de animais. Enzimas que degradam fibras, proteínas, amido e ácido fítico. Enzimas que degradam fibras: A qualidade das fibras contidas nas dietas é extremamente variável devido a fatores ligados às condições de cultivo dos grãos. As enzimas que degradam fibras (xylanase, b-glucanase) atuam disponibilizando mais eficientemente os nutrientes contidos na fibra, diminuindo assim o efeito desta variabilidade na alimentação dos animais. Enzimas que degradam amido: A adição de amilases disponibiliza mais rapidamente o amido ao animal melhorando sua taxa de crescimento, assim como, a adição da enzima à dieta de leitões desmamados, juntamente a outra enzimas, estimulam o aumento da secreção endógena enzimática destes animais (CLOSE, 1995). DUSEL et al. (1998) ao testarem duas variedades de trigo utilizando frangos de corte, observaram que as duas variedades diferiam na quantidade de arabinoxilanos solúveis em água (baixa concentração = variedade Ibis e alta concentração = variedade Alidos). Estas variedades foram fornecidas aos animais em presença e em ausência de preparações de xilanase e foi observado o ganho de peso dos animais. Os dados indicam que os frangos alimentados com dietas suplementadas com enzimas tenderam a apresentar maior peso corporal que os animais dos grupos controle, entretanto, as diferenças foram significativas somente quando a suplementação com enzima foi combinada à variedade de trigo de alta viscosidade. Segundo DUSEL et al. (1998), a efetividade de uma preparação enzimática é altamente dependente das características do alimento. Os efeitos aparecem mais evidentes em alimentos ricos em PNA solúveis. LI et al. (1996) estudaram o efeito da adição de -glucanase em dietas a base cevada e farelo de soja na alimentação de suínos com três semanas de vida e 7,1 0,9 Kg de peso corporal. Os autores verificaram um aumento na digestibilidade ileal da matéria seca, matéria orgânica, proteína bruta e GILIARDE Realce 34 energia bruta, além de aumento na digestibilidade da maioria dos aminoácidos. Eles sugeriram que a adição de -glucanase na dieta de leitões desmamados pode ser mais benéfica que sua adição na dieta de animais em crescimento e terminação, uma vez que a capacidade de digestão de fibra aumenta com a idade. ANDRADE et al (2004) concluíram que leitões durante a lactação submetidos ao tratamento com a inclusão