rumen

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Bioquímica Ruminal
João Martins pizauro Junior
Professor titular
Depto Tecnologia FCAV-UNESP
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O sistema digestório é o portal de entrada dos nutrientes do meio ambiente ao sistema circulatório
Com exceção da água, dos sais minerais e de vitaminas, as demais biomoléculas são convertidas em seus monômeros antes de serem absorvidas 
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Carboidratos 
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Ruminantes
Fibra
Atividade microbiana
ÁCIDOS GRAXOS VOLÁTEIS
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Atividade microbiana
Permite:
 a digestão de carboidratos
a biohidrogenação dos lipídeos
produção de proteínas (microbiana) 
Usados nos processos de síntese
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A Fermentação Ruminal é realizada pela populaçao microbiana do rumen. Cada mililitro do conteúdo ruminal contém de 10 a 50 bilhão bactérias, 1 milhões de protozoários, leveduras e fungos
Os microrganismos representam cerca de 10% do peso do Rúmen 
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Podem ser divididos em três grandes classes:
Bactérias
fungos 
protozoários 
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Bactérias podem ser divididas em : 
1. Digestora de celulose
2 Digestora de hemicelulose
3. Digestora de amido
4. Bactéria proteolítica
5. Digestora de pectina
6. Bactérias lipolíticas
7. Bactérias metanogênicas
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Protozoários:
Predominantemente ciliados, contribuem para o processo de fermentação. 
Cordeiros e bezerros quando privados de protozoários ruminal acarreta diminuição da taxa de crescimentos
Protozoários utilizam os mesmos substratos das bactérias.
 Muitos utilizam açúcares simples e algum armazenam carboidrato na forma de glicogênio.
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Características interessantes dos protozoários:
inabilidade para regular a síntese de glicogênio: quando carboidratos solúveis estão em abundância, eles continuam armazenando glicogênio até estourar
muitas espécies de protozoários consomem bactérias 
acredita-se que eles regulam o super crescimento bacteriano
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Fungos:
Phylomicetos
sua função ainda não esta perfeitamente estabelecida 
acredita-se que eles lançam hifas, que fazem uma porta de entrada para as bactérias
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A distribuição das espécies microbianas varia com a dieta. Alguns microrganismos depende da disponibilidade de substrato; por exemplo, populações celulolítica estão deprimidas em animais alimentados com dietas rica em grãos.
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Localização dos microorganismo do rúmen 
Anaeróbicos facultativos vivem perto das células epiteliais e da parede do rúmen 
Anaeróbicos vivem associados á membrana das células vegetais, partículas flutuantes e amido. 
Exemplo da função de hifas
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Os Ruminantes produzem grandes quantidades de saliva. Estima-se que as vaca adulta produz de 100 a 150 litros por dia! 
Além de suas qualidades lubrificantes normais, saliva também possui mais outras duas funções muito importantes para o ruminante: 
 
Saliva
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 Fornece o meio liquido para a Fermentação ruminal. 
Tampão fisiológico - saliva é rica em bicarbonato um que evita que o pH ruminal sofra grandes variações.
Uréia. A saliva também contem uréia formada durante o metabolismo de proteínas e que é utilizadas como fonte de nitrogênio para os microrganismos. 
Saliva
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Ambiente ruminal
Temperatura 		37 a 42 oC
pH				entre 5 e 7,5
Gás 
Metano			202
Hidrogênio			440	 Gás Carbônico		440
Metano			1603
Nitrogênio			2.802
Oxigênio			3.200	
moles
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uréia
oxidação
boca
NH3
Ruminação reinsalivaçao redeglutição
rúmen
Proteínas Microrganismos
Abomasso intestino
digestão
Amino ácidos
VEIA PORTA
Mistura, maceração, fermentação
Saliva uréia
bicarbonato
butirico
cetogênese
Alimento
Figado
Síntese proteica
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Lipídeos no rúmen
São modificados por dois processos: hidrólise e a biohidrogenação.
Digestão e biohidrogenação dos lipídeos da dieta (adaptado de Cuellar & Cruz, 2002)
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Lipídeos no rúmen
Biodrogenação consiste na adição de H aos ácidos graxos nos locais de suas duplas tornando-as saturadas (simples).
Isomerização ocorre como um passo intermediário da biohidrogenação dos ácidos graxos. 
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Lipídeos no rúmen
Os microorganismos do rúmen modificam os lipídeos da dieta e muita pouca gordura escapa ilesa do rúmen
Hidrolisam os lipídeos até ácidos graxos e glicerol (ou outros compostos, dependendo da natureza do lipídeo)
Glicerol e/ou galactose liberado pela hidrólise é usado para a produção de AVG, mas as bactérias não são capazes de utilizar os ácidos graxos para a produção de energia por tratarem-se de compostos extremamente reduzidos
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Lipídeos no rúmen
Os ácidos graxos podem ser incorporados aos ácidos graxos livres no citoplasma ou ainda utilizá-los em sua membrana citoplasmática como fosfolipídeos. 
Após serem hidrolisados, os ácidos graxos são neutralizados pela adição de cálcio ou magnésio
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Lipídeos no rúmen
Por meio de isomerização e bio hidrogenação os acidos graxos essenciais linoléico e linolênico são convertidos em até ácido esteárico
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Lipídeos no rúmen
A função da biohidrogenação dos ácidos graxos :
Detoxificação (ácidos graxos insaturados seriam tóxicos para muitos microorganismos)
Ácidos graxos poliinsaturados são biodrogenados mais rapidamente que os monoisaturados.
Aumenta a absorção pelo intestino delgado
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Lipídeos no rúmen
pH
BH
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Lipídeos no rúmen
Ácido linolênico conjugado (CLA): ácido graxo de origem animal com propriedades anticarcinogênicas, encontrada no leite
A suplementação dietética com gorduras insaturadas pode aumentar a quantidade de CLA no leite. Porém, o fornecimento de grandes quantidades de gorduras (>5%) na dieta dos ruminates pode alterar e até prejudicar a fermentação ruminal, diminuindo a digestibilidade ruminal da fibra
Adição de gordura a dieta provoca alteração dos AVG produzidos, (digestao da fibra), além da redução de metano.
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Digestão das Proteínas
Proteína dietética que escapa da degradação ruminal e a sintetizada no rúmen vão ser utilizadas na formação dos tecidos, leite, enzimas e hormônios, sendo este processo dependente do consumo de proteínas e outros compostos que contém N existentes nas plantas forrageiras.
65% a 85% da proteína e 100% do NNP são degradados no rúmen a compostos mais simples: aminoácidos, amônia, AVG e CO2
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Digestão das Proteínas
Os ruminantes secretam grandes quantidades de lisozima no lúmem do abomasum (estômago).
Esse mecanismo parece ter evoluído para destruir a parede celular das bactérias e facilitar a sua digestão. 
 
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	Características da lisozima gástrica: 
 Ativa em pH ácido, enquanto que as lisozimas de outros tecidos têm pH ótimo na região alcalina. 
 Resistentes a ação proteolítica da pepsina no estômago. 
As lisozimas gástrica também são um bom exemplo evolução convergente de proteínas em espécies distantes.
Isso acontece para compartilhar uma estratégia digestiva.
Digestão das Proteínas
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Nitrogênio no rúmen
Quando os níveis de amônia excedem a capacidade de síntese da microflora ruminal, ela é absorvida pelo epitélio ruminal e transportada para o fígado (reciclagem da amônia)
Síntese microbiana de proteína depende da disponibilidade de energia proveniente da fermentação da matéria orgânica (prejudicada pela falta de energia e/ ou nitrogênio)
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Digestão dos carboidratos 
Maior fonte de energia para os ruminantes: carboidratos das pastagens (principais: celulose, hemicelulose e frutose).
O rúmen é responsavél por 90 a 100% da digestão dos carboidratos solúveis e ácidos orgânicos, entre 60 a 90% da digestão da celulose e hemicelulose (depende da lignificação da forragem).
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Digestão dos carboidratos 
Os carboidratos são hidrolisados em açúcares simples) por meio de enzimas secretadas pelas bactérias celulolíticas.
As enzimas que participam da hidrólise dos carboidratos são enzimas extracelulares e associadas à membrana através do clicocalix.
Inicialmente os carboidratos são hidrolisados, depois internalizados e metabolizados através de
vias especificas.
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Digestão dos carboidratos 
Os açúcares resultantes são utilizados intracelularmente pelos microrganismos para produzir energia e outros substratos necessários a sua manutenção e crescimento.
Como resultado desta atividade metabólica são geradas grandes quantidades de gás carbônico , metano e AGV.
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Consumindo só volumosos: 60 a 72% de ácido acético, 15 a 23% de ácido propiônico e 12 a 18% de ácido butírico
Relação ácido acético: propiônico é maior em dietas de ruminantes em pastejo do que confinados
Alteração da proporção de AGV no líquido ruminal tem implicação sobre o pH e amônia e consequentemente sobre as bactérias que digerem a fibra
Digestão dos carboidratos 
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Degradação dos carboidratos 
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A síntese de AGV a partir de acetato requer NADPH, o qual, nos ruminantes, é formado mais eficientemente a partir do metabolismo da glicose na via das pentoses-fosfato ou na via do isocitrato desidrogenase.
É necessário um adequado suprimento de precursores da glicose (dietas ricas em fibras podem limitar a síntese dos precursores) ou a incorporação do acetato em lipídeos pode ser comprometida.
Se isto ocorrer, para prevenir um excesso metabólico de acetato, este é convertido em calor pelo ciclo do subtrato (ciclos fúteis), possivelmente entre acetato e acetil-CoA. Em troca, o ciclo do substrato vai ajudar a dissipar o ATP produzido e sendo o principal fator que limita a oxidação do acetato e a produção de NADPH
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Ácidos Graxos Voláteis
≈ 90% dos AGV produzidos são absorvidos por difusão no rúmen-retículo e 10% são produzidos e absorvidos no ceco e intestino grosso.
Ácidos acético e propiônico são absorvidos sem sofrer modificações e são metabolizados no fígado
Ácido butírico é absorvido na parede ruminal e transformado em β-hidroxiburato, forma na qual é metabolizado pelo fígado
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Definição. Síntese de nova glicose a partir de precursores não carboidratos
Principais precursores: 
Lactato, piruvato, glicerol, aminoácidos, propionato (Ruminates )
Nos animais a gliconeogênese ocorre principalmente no fígado
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Glicólise e Neoglicogênese no Fígado (monogástricos): Duas Vias Opostas
Glicólise e gliconeogênese são processos irreversíveis nas células e regulados de forma independente através de controles exercidos em passos enzimáticos específicos, que não são compartilhados pelas duas vias (em laranja)
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A síntese de nova glicose ocorre quando se acumula AcetilCoA, além das necessidades energética das células
Piruvato carboxilase é quase inativa na ausência de Acetil Coa
Quando aumenta a concentração de acetil Coa, ocorre ativação alostérica. Piruvato carboxilase passa de inativa para ativa 
Sinal de que a concentração de oxaloacetato é baixa 
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Primeiro passo interior da mitocôndria 
ADP+Pi
NADH+H+
NAD
Malato desidrogenase
 COOH
 HOCH
 CH2
 COOH
Malato
sai da mitocôndria pela ponte do malato 
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 COOH
 HOCH
 CH2
 COOH
Malato
Citosol
COOH
C=O
CH2
COOH
oxaloacetato
NADH+H+
NADH
Malato desidrogenase
GTP
GDP
COOH
C-O PO3 
CH3
fosfoenolpiruvato
+
CO2
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Equação total
Piruvato + ATP + GTP
Fosfoenolpiruvato +GDTP+ ADP + Pi
Foram gastos duas ligações de alta energia para converter piruvato em fosfoenolpiruvato
Conversão do piruvato produz apenas uma
Piruvato quinase regulada ciclo fútil
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Latato primeiro é convertido em piruvato e depois em fosfoenolpiruvato no interior da mitocondria 
Vias Alternativas do Piruvato ao Fosfoenolpiruvato
LACTAO EM PIRUVATO Acumulo de NADH+H+
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Regulação da Gliconeogênese
A Gliconeogênese e a glicólise são reguladas de maneira separada e recíproca por 2 mecanismos:
1. Pela concentração de Acetil-CoA
2. Pela concentração de Frutose-2,6-bifosfato
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Regulação pela Acetil-CoA:
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Frutose-2,6-bifosfato ativa a Fosfofrutoquinase-1 :
K0,5= 2,0 mM
K0,5= 0,13 mM
Regulação pela Frutose-2,6-bifosfato:
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Atividade da Frutose-1,6-bifosfatase é inibida pela Frutose-2,6-bifosfato
(25 mM)
K0,5= 5 M
K0,5= >70 M
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hexoquinase
Glicose-6-fosfatase
Transcrição
Regulação
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Regulação das principais vias metabólicas
Glicolise e gliconeogenese 
Metabolismo do glicogênio
Ciclo de Krebs
Via da pentose fosfato
Metabolismo de lipídeos
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Fatores envolvidos 
Regulação alostérica
Modificações covalentes (fosforilação)
Ajuste na quantidade de enzima
Compartimentalizaçao
Especialização metabólica dos tecidos
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No fígado a enzima é a glicoquinase. Tem Km 100 vezes maior que da glicoquinase. Isso restringe a captação de glicose pelo fígado em glicemia baixa. Em glicemia alta permite o armazenamento do glicogênio
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Fosfofrutoquinase 1: controle principal
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Músculo em contração vigorosa: 2 ATP=>2 ADP=>AMP + ATP
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No fígado, o efetor alóstérico mais potente no controle da glicolise e da gliconeogenese é a frutose 2,6-bifosfato
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No músculo cardíaco
No fígado, em presença de glucagon (glicemia baixa), a [glicose 2,6-bifosfato] diminui.
O glicogênio hepático nunca é utilizado pe próprio hepatócito.
No músculo cardíaco a situação e oposta a FFK2 fica ativa por fosforilação dependente de AMPc
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DESTINO DO PIRUVATO
Quando as necessidades energéticas estão satisfeitas acumula-se acetil CoA, que inibe a sua própria síntese por meio da inibição da piruvato desidrogenase
Ao mesmo tempo acetil-CoA estimula a piruvato da carboxilase, desviando o piruvato para a gliconeogenese.
Altos níveis de ATP, acetil CoA, ou citrato, favorecem a gliconeogenese
Efeito semelhante é observado para o glucagon
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Antomia
Estômago composto: rúmen, retículo, omaso e abomaso
Digestão fermentativa precede a digestão enzimática
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Função dos orgãos digestivos 
Retículo-rumen:
Funciona como uma câmara de fermentacao onde ocorre a reduçao no tamnho das partículas dos alimento fibrosos a por meio da açao de bacterias, fungos e protozoarios.
Omaso
Recicla alguns nutrientes. Possui papel importante na absorcao de agua, sodio, fósforo e de AGV residuais . Absorve cerca e 60 a 70% da agua que entra no rumen.  
Abomaso
Conhecido como estomago. libera ácido cloridrico e as enzimas pepsina e renina. É o local da disgetao de algumas proteinas e lipideos nao degradados no rumen e de proteínas de origem bacterianas 
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Objetos mais pesados: grãos pedras, unhas)
Mais leve : feno, grama entram no rúmen onde são fermentados 
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Zootecnista
Otimizar o ambiente ruminal para ajudar a reduzir o impacto ambiental, melhorar a eficiência na conversão de alimentos em produtos como carne e leite e ainda alguns efeitos da alimentação dos animais sobre a qualidade destes produtos.
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Não entendi
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O que é isto? 
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Nao lembro o significado dos símbolos
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Por que ciclo fútil?
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Pra mostrar o que neste slide?
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