Nutrição Animal Teórica Microbiologia do Rumen

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Nutrição Animal Teórica – Aula 3 – 17/03/16
Microbiologia do Rúmen
O processo que acontece no rúmen é muito importante. Existe uma microflora grande e específica, formada por bactérias (200 espécies), fungos (5 Gêneros) e os protozoários (100 espécies). Há um equilíbrio entre esses microrganismos! A manipulação da dieta pode alterar esse equilíbrio favorecendo um ou outro.
O processo de estabelecimento dos microrganismos dos animais, inicia-se o processo ao nascimento. O primeiro passo acontece ao nascer quando a mãe lambe a prole, iniciando o processo de contaminação.
Bactérias de maneira geral tem tamanho de 1 a 5µM; concentração (10^9 a 10^10 células/ml); Representam 50-60% da biomassa. A bactéria precisa ser encontrada em diferentes animais e em vários locais do mundo para ser considerada típica do rúmen. 
Os protozoários tem tamanho de 20 a 200µM e tem uma concentração de 10^6 células/ml. E representam 10-50% da biomassa. Esses protozoários não passam para o trato gastrointestinal inferior, eles ficam somente nesse mesmo ambiente.
Eles se alimentam de partículas de amido e de algumas bactérias. Eles servem para o controle biológico da microbiota ruminal.
Os fungos representam menos de 8% da biomassa e tem concentração de 10^4 zoósporos/ml. Ele abre todo o processo de fermentação.A celulose que é o principal constituinte da parede celular vegetal são cadeias que se ligam às outras por pontes de hidrogênio e enxofre, então eles entram na molécula e começam a quebrar essas pontes permitindo que as moléculas se exponham. 
Bactérias:
- Colonização mais rápida dentre as populações ruminais.
- Podem ser transportadas por meio de aerossóis.
- Contato com animais adultos.
- Tipo de dieta
Protozoários
- Saliva é a principal fonte de protozoários.
- Contato com animal faunado (principal via de transmissão)
Fungos
- Contato com animais adultos
- Via saliva
- Pelo ar (microgotículas do aerossol de vapor – expiração).
- Ingeridos juntos com alimentos contaminados.
Os microrganismos ficam concentrados na região mediana do rúmen porque facilita o processo de fermentação.
FORMAS DE CLASSIFICAR A POPULAÇÃO BACTERIANA RUMINAL
Fermentadoras de carboidratos estruturais
Associam-se às fibras.
Degradam a parede celular dos vegetais.
Taxa de crescimento relativamente lenta. (uma causa é porque usam a glicose fosfatada/fosforilada, só incorporam nitrogênio na forma de amônia – não são capazes de utilizar na forma de aa pré formados porque não há transportados na parede – e são extremamente sensíveis a variação de pH).
Ex.: Ruminococcus flavefaciens, Firobacter succinogenes.
Fermentadoras de carboidratos não-estruturais:
Associam-se às partículas de grãos de cereais ou grânulos de amido.
Degradam amido, dextrinas, frutosanas e açúcares.
Taxa de crescimento relativamente alto.
Ex: Streptococcus bovis (seu crescimento exacerbado leva a acidose ruminal), Ruminobacter amylophilus, Lactobacillus sp.
Proteolíticas
A maioria das espécies bacterianas degradam proteínas.
Algumas utilizam os aminoácidos como substratos energéticos.
Ex: Peptostreptococci sp.
Metanogênicas (metanógenas)
As mais estritamente anaeróbicas.
Produzem CH4 a partir de CO2 e H2.
Ex: Methanbacterium sp., Methanobrevibacter sp.
Pectinolíticas
Fermentam pectina.
Pectina (CE) ► Fermentação (CNE)
	Ex: Succinivibrio dextrinosolvens
Uerolíticas
Aderidas ao epitélio ruminal
Hidrolisam ureia liberando amônia no rúmen.
Reciclagem endógena da ureia, retornando ao rúmen via saliva e via difusão sanguínea e é degradada e vira amônia que é incorporada no rúmen.
Ex: Enterococcus faecium
Os principais produtos derivado esses processos no rúmen são: produção de gases (CO2 e CH4), produção de ácidos graxos voláteis (substratos para produção de energia do animal hospedeiro) e produção de massa microbiana (responsável pela produção de proteína para o hospedeiro).
O sistema anaeróbico perde muita energia do alimento na forma de gás, mas as bactérias são os únicos seres que conseguem utilizar a parede celular. Nenhum ser pluricelular é capaz de fazer isso.
Importância dos microrganismos do rúmen
Fornecer energia para o hospedeiro.
	Ácidos graxos voláteis.
Servir de fonte de proteína
	60 a 90% da proteína que chega no intestino delgado é de origem microbiana (depende da dieta).
Eliminar compostos tóxicos
	Compostos secundários das plantas.
Esse processo que acontece no rúmen é extremamente importante porque vão produzir substratos necessários para o metabolismo do animal e sua sobrevivência. 
Fatores que alteram a concentração de microrganismos no rúmen.
Dieta: 
 - Rica em volumosos: aumento das bactérias celulolíticas, hemicelulolíticas, metanogênicas e protozoários (aumento de pH para próximo da neutralidade)
- Rica em concentrado (sempre pensar em grãos-cereais): aumento das bactérias amilolíticas e queda das bactérias celulolíticas, hemicelulolíticas e protozoários (queda do pH).
Tamponantes (por exemplo, no uso contra azia. Você combate a azia e não o que causou ela).
Antibióticos (podem descontrolar o nível da população bacteriana)
Inoculantes microbianos.
Funções do Omaso (Terceiro compartimento do estômago).
Partículas maiores que 1mm não passam para o trato gastrointestinal inferior. As vitaminas produzidas pelo rúmen são absorvidas no omaso.
Filtrar a ingesta
Absorção de água, sódio e fósforo.
Resíduos de AGV são absorvidos nesse compartimento.
Funções do Abomaso
É o único glandular e tem atividade secretória. Se assemelha ao estômago dos não ruminantes. O pH é muito baixo, então os alimentos saem de um meio menos ácido para um ambiente mais ácido.
Secreta ácidos e enzimas digestivas.
Digestão proteica através da liberação de HCl que ativa o pepsinogênio.
			PRINCÍPIO DA NUTRIÇÃO
Temos uma balança onde de um lado temos a exigência dos animais, que são as exigências de mantença (requerimento para sobreviver) e exigência de produção (depende do estado fisiológico: lactação, gestação, crescimento, produção de lã etc). E no outro lado temos os alimentos, que possuem água, e podem ser volumoso, mineral e concentrado. 
Temos uma variável chamada custo de produção. Se nós dermos menos ou mais alimentos do que o animal precisa vai haver variação no seu estado fisiológico. Na deficiência nutricional por exemplo pode levar ao anestro!
Nos animais monogástricos o processo de digestão se inicia na boca com a presença da amilase salivar e depois segue para o estômago. Os monogástricos não conseguem degradar os constituintes da parece celular, a nossa microbiota intestinal é responsável por isso, mas ainda assim não é o suficiente. 
Mais da metade do carbono orgânico do planeta está armazenado em apenas duas moléculas de carboidratos:: amigo e celulose.
Os carboidratos da dieta dos animais são oriundos de alimentos de origem vegetal. A exceção é a lactose, proveniente do leite e seus derivados.
Os carboidratos tem essas três funções: Energética, estrutural e reserva energética.
Importância da Fibra – Estimular a ruminação, aumenta o fluxo de saliva no rúmen e estimula as contrações ruminais. 
Fibra efetiva: é a fibra que é quimicamente e fisicamente adequada para ser utilizada pelos ruminantes. 
Fatores que afetam a digestibilidade da fibra
Presença de carboidratos de fácil fermentação:
Nível alto de energia. Aumento nos teores de carboidratos solúveis e o pH desfavorece microrganismos celulolíticos. 
Presença de compostos nitrogenados. Estimulam a síntese de proteína microbiana.
Minerais. Deficiência de enxofre e fósforo, são minerais que são cofatores enzimáticos em diferentes etapas do processo de digestão microbiana no rúmen.
Qual a diferença entre amido e celulose?
 São as ligações entre as moléculas de glicose. As cadeias de glicose tem ligação α-1,4 no amido e na celulose as ligações são ß-1,4.
Amido: amilose+amilopectina. Quando tivermos mais amilopectina, a degradação é mais lenta então significa que a degradação vai terminar lá no rúmen.
A lignina não temnada a ver com carboidrato, mas falamos dela porque ela aparece conforme os vegetais vão envelhecendo. E consequentemente a digestibilidade dos constituintes da parede celular reduz. Ocorre muito em capim seco, logo se ele for utilizado como alimento pelos animais, haverá queda na produção, porque a fermentação para obter os nutrientes não será suficiente. Lag time é o tempo necessário para as bactérias ruminais aderirem as paredes dos compostos dos alimentos e iniciarem a fermentação. O objeto final da ação das bactérias é a produção de glicose.
RESUMO DO QUE ACONTECE.
A pectina vai ser degradada em ácido urônico e posteriormente em xilulose que sofrerá o ciclo das pentoses para gerar glicose. 
A hemicelulose poderá ser quebrada em ácido urônico (seguirá o caminho anterior) e xilobiose, se converterá em pentoses que passarão para o ciclo das pentoses para gerar glicose.
Ou então a hemicelulose será quebrada em hexoses e gerará glicose.
A celulose será quebrada em celobiose que vai gerar glicose.
O amido vai a dextrinas que passará a maltoses e gerará glicose.
Os oligossacarídeos vão a frutose (pode ir direto a glicose) > amilase + amilopectina microbiana > glicose.
Já a sacarose pode ir direto a glicose, ou se transformar em frutose e ir a glicose ou então ir a frutose e depois amilase + amilopectina e então ir a glicose.
Após a produção de glicose as bactérias podem então incorporar para o uso energético, mas antes deve haver a fosforilação da glicose para depois ser usada, para a fosforilação é necessário o acoplamento de uma molécula de fósforo (P) na molécula. 
As bactérias quando pegam glicose para gerar ATP elas produzem o piruvato. Então ela precisa reciclar esse piruvato e ele passa por diversos processos. A reciclagem da molécula de piruvato ela produz produtos como formato, acetato, butirato, proprianato etc, que serão metabolizados pelo hospedeiro e manterá o ambiente propício para a sobrevivência das bactérias. 
Nutrição Animal Teórica – Aula 4 (31/03/16)
Continuação...
A bactéria pega a glicose com o fator de redução NAD + 2a4 ADP + 2a4 Pi -> 2 piruvatos + 2a4 ATP’s + 2NADH + [H+]
O H+ é considerado o “lixo” então ela o elimina, reduzindo o piruvato à produtos em diferentes rotas que produzem energia e eliminam o hidrogênio mantendo o meio equilibrado. Ela reduz o priuvato em ácidos graxos voláteis que são o acetato, o propionato e o butirato, produzindo ATPs durante essas reações de redução.
Acetato + piruvato = 1 ATP
Butirato + Acetil Coa = 1 ATP
Propionato = 2 ATP
Síntese do Propionato: pode ser em duas vias, ACRILATO ou ALEATÓRIA. A via do acrilato é mais tolerante à condições ácidas, típicas de dietas ricas em concentrado. 
Dieta: forragens -> via aleatória (90 a 95% de propionato)
	 forragens -> via acrilato (70 a 90% de propionato)
Dietas mistas (50-50) -> via aleatória (60 a 90% de propionato)
Fatores interferentes na produção de AGVs
A dieta exerce papel fundamental na produção dos AGVs numa dieta volumosa aumentando o acetato e diminuindo o butirato e o propionato, numa dieta de concentrado há uma queda na produção de butirato, o propionato se mantém estável e aumenta a produção de acetato tendo origem assim o quadro de acidose ruminal.
Aumentando celulose -> há uma predominância de ácido acético.
Aumentando amido -> predominância de ácido propiônico.
Aumentando proteína -> predominância de ácido butírico;
Os valores de pH estão diretamente relacionados ao crescimento de propiônico. Ele tende a declinar na medida que nós fornecemos alimento fermentado. A predominância próxima da neutralidade, temos maior ac. acético.
	AGV
	pH
	Acético
	6,0-7,0
	Propiônico
	Pico – 5,9
	Butírico
	Pico – 5,5
	Láctico
	< 5,0
A predominância de ácido láctico é prejudicial ao organismo do animal.
Absorção dos AGVs no epitélio ruminal:
São ácidos “fracos” (pK ≤ 4,8) x pH rúmen próximo neutralidade -> +90% na forma aniônica (não protonada)
O acetato (C2) é pouco metabolizado no epitélio ruminal (1 a 30%).
O propionato (C3) também é pouco metabolizado (5 a 30%) convertido a lactato. 
O butirato (C4) é extensamente metabolizado no epitélio ruminal (90%) sendo convertido a acetoacetato, ß-hidroxibutirado.
Destino dos principais AGV
Acetato: 
Principal AGV circulante (90-100%)
Utilizado diretamente pelas células do hospedeiro (convertido em acetil-CoA)
Grandemente utilizado no tecido adiposo (pouco utilizado no fígado na síntese de gordura).
Butirato
Grandemente consumido pelas paredes do rumem (principal fonte de energia das células do tecido dos pré-estomagos)
Metabolização é de caráter lipogênico.
Intensa interconversão com acetato: cerca de 60-80% do butirato pode ser convertido em acetato.
Proprionato
Também utilizado pelas células das paredes dos pré-estômagos. 
Grandemente captado pelo fígado (principal precursor de glicose no metabolismo de ruminantes)
As forrageiras tropicais não possuem nutrientes suficientes para atender a grande produção. Não há no animal uma resposta significativa que mostre qualquer tipo de problema metabólico. 
O que provoca a síndrome da baixa gordura?
DIGESTÃO DE COMPOSTOS NITROGENADOS
Definição:
As proteínas são macromoléculas que constituem cerca de 50% do peso vivo (em base seca); Possuem uma importância fundamental na alimentação animal, uma vez que estão intimamente relacionadas com os processos vitais das células. 
O que é proteína bruta (PB)? É um nutriente? O que representa a quantidade de PB de um alimento? Quantidade vs qualidade. O que realmente importa? Reações adversas ao excesso de proteína?
Função da proteína:
Estrutural (colágeno, elastina, queratina, fibraína etc)
Contração e movimentação (actina e miosina, tubulina etc)
Fonte de nutrientes de reserva continua no slide
Diferença entre monogástricos e ruminantes no metabolismo do nitrogênio:
A possibilidade de digerir e absorver peptídeos e aminoácidos de origem microbiana.
A possibilidade de reaproveitar amônia ou ureia resultante da degradação proteica.
Rotas para síntese de proteína microbiana
50 a 80% de N para a síntese proteica bacteriana é derivado da amônia. 
Mecanismos para a síntese proteica microbia.
Desacoplamento energia vs proteína. 
Excesso de energia em relação ao NDR = redução na taxa de degradação por falta de N.
Excesso de NDR em relação a energia = perda de N na forma de NH3.
Fornecimento de ureia
Esquema de fornecimento do primeiro ao sétimo dia, misturar 100kg de cana picada mais 0,5kg de ureia, diluídas em quatro litro de água. A partir do oitavo dia, misturar 100kg de cana picada mais 1kg de ureia, diluídas em quatro litros de água. Os bovinos toleram o consumo de até 40g de ureia para cada 100kg de peso vivo. Em caso de intoxicação, imediatamente deve-se forçar o animal a ingerir 3 a 4 litros de vinagre e a beber água fresca.
Considerando o pH ruminal, a forma que predomina no local é a forma amoníaca pois no rumem o pH é levemente ácido onde o H+ solto se liga ao NH3, gerando NH$. A amônia é rapidamente absorvida, já o amoníaco é lentamente absorvido em função do tamanho da molécula, quando aumentamos a concentração de amônia em função do excessivo fornecimento de ureia, o pH ruminal vai se elevar muito gerando alcalose (7,5 a 8,0 pH), assim as bactérias que degradam amido e as celulolíticas, morrem todas pois são muito sensíveis as variações de pH. 
Essa amônia pela circulação hepática vai ao fígado e pelo ciclo da ureia é convertida em ureia para ser eliminada indo para a saliva ou ser eliminada na urina ou sangue. A velocidade de produção de ureia é menor em velocidade e a chegada de amônia que chega ao fígado é muito grande, então o fígado joga a amônia excessiva na corrente sanguínea, pois esta satura de amônia. Essa amônia na circulação gera intoxicação e sintomas, podendo levar rapidamente a morte. A ingestão de vinagre vai aumentar a concentração de ions H+ disponíveis no sangue e assim a amônia pode se associar aos ions H+ e de amônia NH3 se torna amoníaca NH4estável e não toxica, minimizando os sinais clínicos da intoxicação.
Sintomas: desconforto, tremores musculares e de pele, salivação excessiva, dejeções (fezes e urina) frequentes, respiração rápida, falta de coordenação motora, paralisia das patas dianteiras, protação, tetania seguida de morte.