Aula 02_Fermentacao e Microbiota Reticulo-Ruminal

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FEAD – Minas 
Centro de Gestão Empreendedora 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
DISCIPLINA: NUTRIÇÃO DE RUMINANTES 
“Microbiota Retículo-Ruminal e a Fermentação” 
 
 
 
Prof. Breno Mourão de Sousa 
 
 
 
 
 
 
 
Belo Horizonte – MG 
2007 
 
NUTRIÇÃO DE RUMINANTES 
“Microbiota e Fermentação” 
 
Prof. Breno Mourão de Sousa 
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1. INTRODUÇÃO 
 
Sugestões para leitura: 
 
� HOBSON, P.N. The rumen microbial ecosystem. 1997. 
� HUNGATE, R.E. The rumen and its microbes. 1966. 
� CZERKAWSKI, J.W. An introduction to rumen studies. 1986. 
� RUSSEL, J.B. Factors influencing competition and composition of the rumen 
bacterial flora. 
� RUSSEL, J.B. Another explanation for the toxicity of fermentation acids at low 
pH: anion accumulation versus uncoupling. 
 
SIMBIOSE: s.f. BIO associação de dois organismos que vivem juntos, com benefícios de 
ambos ou apenas um deles ~ simbiótico adj. 
 
Este termo define muito bem o que representa o ser ruminante: uma associação entre um 
animal hospedeiro (bovinos, caprinos, ovinos e bubalinos) e microrganismos anaeróbicos 
(bactérias, protozoários, fungos e vírus). Nessa simbiose, observa-se: 
� O animal hospedeiro fornece substrato para os microrganismos em fluxo contínuo 
através da ingestão de alimentos e remove os produtos finais da fermentação 
considerados tóxicos para os mesmos; 
� Os microrganismos fermentam anaerobicamente este substrato abastecendo as 
células do organismo hospedeiro com aminoácidos microbianos e ácidos orgânicos 
com alto conteúdo de energia livre (∆Go’) ainda por ser liberada nas reações do 
catabolismo oxidativo. 
 
Um grande número de bactérias e protozoários produz enzimas capazes de degradar os 
carboidratos e as proteínas e hidrolisar os lípides dos alimentos consumidos pelos 
ruminantes. O número de microrganismos é dependente da quantidade e da natureza da 
dieta, da freqüência de alimentação, da ruminação, da distribuição física da digesta retículo-
ruminal e da interação de protozoários e de bactérias. 
 
 
2. MICROBIOTA RETÍCULO-RUMINAL 
 
O retículo-rúmen é, por excelência, um SISTEMA ANAERÓBICO, bastante redutor e 
com um meio ligeiramente ácido, mas de pH fixo, temperatura de 39 oC e uma fase gasosa 
composta por CO2, CH4, S2, H2 e nitrogênio. É neste meio que se formou uma população 
microbiana especializada, cuja proliferação desta persiste em função não só por um 
ambiente satisfatório à vida microscópica, mas também pelo contínuo fluxo de alimentos 
para estes microrganismos (substrato). 
 
Esta população microbiana é composta especialmente por bactérias, protozoários e fungos. 
A reciclagem de microrganismos dentro do rúmen é feita por morte e/ou autólise, quando 
passam para o trato digestivo posterior (abomaso e intestinos). Em outras palavras, ou a 
massa microbiana será fonte de nutrientes para o animal hospedeiro, ou haverá 
aproveitamento dos restos celulares pelos próprios microrganismos. 
 
 
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Os fatores importantes para a introdução dos microrganismos no ambiente retículo-
ruminal do animal hospedeiro são: 
� O contato com animais adultos; 
� Relação com materiais fecais; 
� Contato com áreas de pastejo. 
 
A população microbiana no retículo-rúmen (RR) é formada por: 
� 1010 a 1011 bactérias/g conteúdo RR; 
� 105 a 106 protozoários/g conteúdo RR; 
� Fungos anaeróbicos; 
� Vírus (principalmente bacteriófagos). 
 
A proporção varia, mas a diversidade não. Em função da dieta (especialmente do pH do 
fluído ruminal), o número de bactérias pode variar (intra-espécie), mas a diversidade 
bacteriana e microbiana (até certo limite) mantém constante. 
 
Apesar das bactérias serem, numericamente, as mais representativa dentre os 
microrganismos ruminais, a massa microbiana de bactérias e protozoários se 
equivale (quase 1:1), com ligeira vantagem para os protozoários. Por outro lado, a 
maior parte da massa microbiana que passa para o abomaso é proveniente de 
bactérias. 
 
 
2.1 ANAEROBIOSE 
 
Os microrganismos do retículo-rúmen são: 
� Anaeróbios Obrigatórios: não têm cadeia respiratória na qual o O2 é o aceptor 
final de elétrons (e-1). Mas podem apresentar outros tipos de aceptores de e
-
1 ao 
final de uma cadeia rudimentar de transporte de e-1 (Citocromos, Ferredoxina, 
FAD e NAD+ etc). Portanto, precisam realizar a fermentação; 
� Estritamente Anaeróbicos: não têm cadeia respiratória e são inibidos ou 
mortos por O2. 
 
Tolerância ao O2 varia entre os microrganismos retículo-ruminais. A entrada de O2 pela 
saliva e água é < 100 ml/dia. Difusão de O2 pelos capilares para o rúmen é de 10 a 20 
Litros/dia. Logo, a entrada de O2 é um desafio constante para os anaeróbios ruminais, 
havendo necessidade de eliminá-lo. 
 
A concentração de O2 no fluído ruminal é < 0,25 a 3,00 µM. Bactérias e protozoários são 
capazes de consumir certa quantidade de oxigênio. Concentrações > 7 µM de O2 inibiram a 
capacidade de consumir O2 pela microbiota ruminal. 
 
O radical hidroxil (sete elétrons na última camada do grupo hidroxila, OH•) é altamente 
reativo e pode oxidar enzimas, ácidos graxos insaturados e causar depleção de coenzimas 
reduzidas (NADH+H+). Representa o mesmo efeito dos radicais livres, altamente 
reativos para ataques nucleofílicos, ou seja, doadores de elétrons. 
 
Se o ambiente ruminal fosse aeróbico, ocorreria excesso de suprimentos protéico 
microbiano e deficiência energética PARA O ANIMAL. Em outras palavras, ocorreria 
 
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excessiva formação de proteína microbiana e ausência de formação de AGV e oxidação de 
ácidos graxos livres ou não esterificados (AGL ou AGNE) no retículo-rúmen. 
 
 
2.2 CULTIVO DE MICRORGANISMOS RUMINAIS “IN VITRO” 
 
O precursor destes estudos foi Hungate (1950). Iniciou pesquisa em microrganismos de 
anaeróbicos. Cultura tem que ser feita com menos de 1 molécula de O2/Litro. Necessita de 
agente redutor. Deve haver aeração constante de gás livre de O2. Ambiente estéril, livre de 
outros microrganismos. 
 
Deve haver no cultivo anaeróbico: 
� Fontes de “C” (energia): várias ou únicas, podendo variar de acordo com o que 
se quer testar; 
� Fonte de N; 
� Minerais para garantir semelhante Osmolaridade do fluído ruminal (Osm); 
� Tampão (HCO3
- ou CO3
-2); 
� Agente redutor, que pode ser a cisteína-HCl, que será reduzida à cistina (2 
Cisteína + O2 � H2O + Cistina); 
� Indicador de oxidação-redução, como a Resazurina; 
� Fluído ruminal viável, como fonte de vitaminas e fatores de crescimento, desde 
que estéril; 
� Gás, especialmente CO2, livre de O2. 
 
 
2.3 HABITANTES DO RETÍCULO-RÚMEN 
 
Os principais microrganismos do rúmen são: 
� Bactérias; 
� Protozoários; 
� Fungos (importantes em dietas a base de fibra de baixa qualidade); 
� Leveduras (fungo unicelular): 
• Crescimento é ótimo a 25o C e não a 39o C; 
• Reprodução no rúmen é limitada - introduzidos com o alimento; 
• Técnica para isolamento é aeróbica. 
� Vírus (bacteriófagos) (potencial para modificações genéticas das espécies 
presentes). 
 
 
2.3.1 Bactérias anaeróbicas 
 
Numericamente e metabolicamente, as bactérias são os maiores e os mais importantes 
grupos de microrganismos presentes no retículo-rúmen. Podem ser classificadas em função 
de sua parede celular em GRAM negativas (predomínio em número de espécies) e/ou 
GRAM positivas (Figura 1 e 2). 
 
Estudos científicos mostraram que o número (valores totais) médio de bactérias no 
conteúdo ruminal gira em torno de 109 a 1010 células/ml, e que o número pode ser maior 
quando o animal estiversendo alimentado com uma dieta à base de concentrado em 
relação a dietas com base de forragens. As bactérias retículo-ruminais são mais resistentes 
 
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que protozoários e fungos quanto a variação no pH retículo-ruminal. Parece que a 
população bacteriana total permanece constante em condições aparentemente constantes. 
 
Devido as profundas e complexas interações entre as espécies bacterianas (o produto final 
da fermentação de uma espécie é substrato para outra), o estudo das mesmas, isoladamente, 
é bastante difícil. De uma forma geral, as bactérias do retículo-rúmen são classificadas em 
função do grupo de substrato que elas fermentam e do produto final da fermentação 
liberadas. Mesmo assim, há grupos bacterianos aptos a desempenhar diferentes ou 
integradas funções fermentativas. 
 
 
Figura 1: Modelo de parede celular de bactérias GRAM negativas. 
 
 
 
Figura 2: Modelo de parede celular de bactérias GRAM positivas. 
 
Os principais grupos bacterianos são: 
� Bactérias Celulolíticas: Utilizam a CELULOSE como substrato, além da 
celobiose, o precursor da celulose. 
• Ruminococcus albus, 
 
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• Ruminococcus flavefaciens e 
• Fibrobacter succionogenes. 
� Bactérias Hemicelulolíticas: a HEMICELULOSE diferencia da celulose pela 
presença de pentoses, hexoses e ácido urônico. Bactérias celulolíticas podem ser 
hemicelulolíticas, mas estas últimas não são capazes de exercer atividades 
celulolíticas. 
• Butyrivibrio fibrisolvens, 
• Ruminococcus sp., 
• Prevotella ruminicola, 
• Eubacterium ruminantium. 
� Bactérias Pectinolíticas: degradam a PECTINA, um heteropolissacarídeo 
composto de galactose, arabinose e ácido galacturônico. 
• Butyrivibrio fibrisolvens, 
• Prevotella ruminicola, 
• Fibrobacter succinogenes, 
• Lachnospira multiparus (capacidade pectinolítica específica), 
• Peptostreptococcus sp. 
� Bactérias Amilolíticas: são capazes de fermentar o AMIDO. A população 
deste grupo bacteriano aumenta fortemente quando da alimentação do bovino 
por dietas ricas em concentrados (grãos). 
• Streptococcus bovis, 
• Ruminobacter amylophilus, 
• Prevotella ruminicola, 
• Succinomonas amylolytica, 
• Selenomonas ruminantium, 
• Clostridium butyricum, 
• Butyrivibrio fibrisolvens e Fibrobacter succinogenes? 
� Bactérias fermentadoras de açúcares: fermentam rapidamente AÇÚCARES 
SIMPLES, como monossacarídeos (glicose e frutose) e dissacarídeos (maltose e 
sacarose). 
• Lactobacillus sp., 
• Borrelia sp., 
• Succinovibrio dextrinosolvens, 
• Eubacterium ruminantium. 
� Bactérias que utilizam ácidos: fermentam o ÁCIDO LÁTICO, 
SUCCÍNICO, MÁLICO OU FUMÁRICO. 
• Selenomonas ruminantium, 
• Veillonella parvula, 
• Megasphera elsdenii, 
• Vibrio succinogenes. 
� Bactérias Proteolíticas: degradam as PROTEÍNAS presentes no alimento até 
aminoácidos, usando-os como fonte de energia ou para a síntese de proteína 
microbiana. 
• Prevotella ruminicola, 
• Ruminobacter amylophilus, 
• Selenomonas sp., 
 
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• Succinovibrio sp., 
• Borrelia sp., 
• Megasphera elsdenii. 
� Bactérias produtoras de amônia (NH3): quebram o AMINOÁCIDO 
liberando a NH3 (deaminação). Este NH3 é então utilizado para a síntese de 
proteína. 
• Succinovibrio dextrinosolvens, 
• Selenomonas sp., 
• Prevoltella ruminicola, 
• Ruminococcus bromii, 
• Butyrivibrio. 
� Bactérias Metanogênicas: convertem o H2, o CO2 e o acetato ou formato em 
METANO (CH4) para obter energia de que necessitam. Esta transformação é 
responsável pela perda de 7 a 10% da energia ingerida no alimento, e será maior 
quanto maior for a participação de forrageiras na alimentação bovina. 
• Methanobrevibacter ruminantium, 
• Methanomicrobium mobile, 
• Methanobacterium formicicum, 
• Methanosarcinae barkeri. 
� Bactérias Lipolíticas: hidrolisam as moléculas de GORDURA, liberando 
glicerol (fonte de energia) e ácidos graxos (que são hidrogenados). 
• Anaerovibrio lipolytica, 
• Veillonella ulcalesceus, 
• Butyribrio fibrisolvens. 
� Bactérias sintetizadoras de Vitaminas: sintetizam alguns grupos de 
vitaminas, notadamente aquelas do complexo B e vitaminas K. 
 
As espécies microbianas mais importantes presentes no rúmen são: 
� Streptococcus bovis: grande capacidade amilolítica. A população aumenta em 
dietas ricas em concentrados. São cocos GRAM positivos e atacam também 
açúcares simples. Produz como produto final de fermentação: acetato, lactato, 
CO2, etanol. 
� Lactobacillus: forte atividade amilolítica e de fermentação de açúcares simples. 
Produz rapidamente lactato, reduzindo drasticamente o pH no retículo-rúmen, 
predispondo casos clínicos ou sub-clínicos de acidose ruminal. São cocos 
GRAM positivos. 
� Bactérias Celulolíticas: existem 3 tipos principais destas bactérias, que 
representam entre 3 a 5% do total de bactérias retículo-ruminais: 
• Fibrobacter succinogenes: são bastonete GRAM negativos, 
degradando a celulose e a celobiose, produzindo os ácidos graxos 
voláteis (AGV's) acetato e succinato; 
• Ruminococcus albus: são cocos GRAM positivos e degradam a 
celulose a acetato e etanol, liberando formato, CO2 e H2; 
• Ruminococcus flavefaciens: são cocos GRAM positivos e degradam 
a celulose a acetato e succinato, liberando formato, CO2 e H2; 
� Butyrivibrio fibrisolvens: são bastonetes GRAM negativos e degradam a 
celulose a butirato, formato e lactato. Principal espécie responsável pela bio-
hidrogenação dos ácidos graxos dietéticos no retículo-rúmen. 
 
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� Selenomonas ruminatium: são bastonetes GRAM negativos. População 
aumenta grandemente em dietas ricas em grãos (até 51% do total da população 
bacteriana). Fermentam os açúcares produzindo AGV (acetato, propionato, 
lactato). 
� Megasphera elsdenii: são cocos GRAM negativos que fermentam o lactato e 
açúcares à propionato, acetato, CO2, butirato e succinato. 
� Bactérias Deaminadoras: são os bastonetes GRAM negativos Prevotella 
ruminicola e Ruminobacter amylophilus que deaminam os aminoácidos produzindo 
NH3, formato, isovalerato, isobutirato, metilbutirato, acetato e succinato. Estão 
entre os principais microrganismos amilolíticos do retículo-rúmen. 
� Bactérias Metanogênicas: compreende as arqueobactérias Methanobrevibacter 
ruminantium e Methanomicrobium mobile, que produzem CH4. 
� Bactérias Lipolíticas: compreende a Anaerovibrio lipolytica e o Butyrivibrio 
fibrisolvens que hidrolisam as gorduras em glicerol e ácidos graxos, bio-
hidrogenando estes últimos. 
� Aerobacter aeroginosa: são bactérias ureolíticas, ou seja, que hidrolizam a 
uréia, liberando CO2 e NH3. 
 
Os principais substratos utilizados pelas bactérias do retículo-rúmen estão na Tabela 1. As 
principais famílias e espécies de bactérias estão na Figura 3. 
 
Tabela 1: Principais substratos energéticos bacterianos: 
Fermentam Bactérias 
Celulose Maltose Pectina Sacarose Succinato Lactato 
Ruminococcus albus X 
Ruminococcus flavefaciens X 
Fibrobacter succinogenes X X X 
Butyrivibrio fibrisolvens X X X 
Prevotella ruminicola X X X 
Ruminobacter amylophilus X 
Selenomonas ruminantium X X X XX 
Streptococcus bovis X X 
Megasphera elsdenii X X XX 
Succinomonas amylophilus X 
Succinovibrio dextrinosolvens X X X 
Lachnospira multiparus X X 
� Negrito � principais grupos de bactérias celulolíticas. Representam não mais que 5% da 
população bacteriana (número).Talvez seja mais um motivo de estrangulamento da degradação 
da celulose no retículo-rúmen. 
� Negrito e sublinhado � principais grupos bacterianos amilolíticos. 
� Na célula PRETA, destino do succinato é ser convertido à propionato, rapidamente. 
� Nas células com XX, S. ruminantium e M. elsdenii representam (especialmente esta última) os 
principais grupos bacterianos responsáveis em reduzir o lactato a propionato. Isto se torna 
importante do ponto de vista nutricional, uma vez que estas bactérias têm crescimento muito 
lento e estimuladas (M. elsdenii) pelo lactato. Logo, no pós-parto, quando os animais são 
alimentados com dietas ricas em carboidratos facilmente fermentáveis, a rápida produção de 
lactato pode levar as condições de Acidose Ruminal, uma vez que as bactérias responsáveis em 
metabolizar este lactato ainda não se desenvolveram completamente (número). 
 
 
 
 
 
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Figura 3: Lista das principais espécies de bactérias encontradas no 
retículo-rúmen. 
 
 
 
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2.3.2 Protozoários anaeróbicos 
 
Apesar de presentes, este grupo de microrganismos parece não desempenhar papel 
essencial nas atividades retículo-ruminais, haja vista que a sua total eliminação do ambiente 
(DEFAUNAÇÃO) do retículo-rúmen não causou qualquer tipo de transtorno digestivo 
aos animais experimentais. Têm, em sua natureza, polissacarídeos de reserva acessíveis para 
posterior digestão pelo bovino e proteína de bom valor biológico. 
 
Existem dois grupos de protozoários no rúmen: 
� Ciliados: 
• Holotrichos (Figura 4). 
 
 
 
• Oligotrichos ou Entodinomorphos 
 
 
 
� Flagelados: massa pequena (e são pequenos) no rúmen. Apenas 5 espécies 
consideradas verdadeiros flagelados (Figura 5). 
 
 
 
 
 
 
Figura 4: Holotrichus sp., gênero de protozoário anaeróbico retículo-rúminal, ciliado. 
 
 
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Figura 5: Protozoário flagelado do retículo-rúmen. 
 
Os protozoários ciliados no retículo-rúmen são anaeróbios e se classificam em 3 grupos: 
� Grandes protozoários do gênero Diplodinium e outros parecidos que ingerem 
matéria fibrosa ou amido; 
� Pequenos protozoários (Oligotricos), como os Entodinium (Figura 6), que 
digerem amido. Têm cílios ao redor da boca para conduzir o alimento; 
� Protozoários que não ingerem matéria vegetal, mas são capazes de fermentar 
açúcares, como o Isotricha. Compreendem aos chamados Holotricos, dotados de 
pequenos cílios por todo o corpo celular. 
 
Os protozoários estão no rúmen em um número de um milhão por grama de conteúdo 
ruminal (106 células/g). Seu tamanho varia de 20 a 200 µm. Apesar de menor número em 
relação às bactérias, chegam a representar até 50% da massa microbiana. São sensíveis em 
pH menor que 5,5. De fato, grande parte dos protozoários começa a desaparecer do 
retículo-rúmen (morte) quando o pH começar a cair de 6,0. Logo, dietas ricas em 
concentrados provocam diminuição da população e dos tipos de protozoários. 
 
As verdadeiras funções dos protozoários ainda não são bem conhecidas, apesar de que já se 
sabe que eles são capazes de fermentar açucares simples e outros polissacarídeos maiores 
(amido, hemicelulose, xilanas). São também responsáveis pela degradação inicial das 
proteínas, quebrando-as em polipeptídeos menores, facilitando a atividade proteolítica 
bacteriana. Algumas pesquisas indicam que eles não utilizariam a celulose, enquanto que 
outras mostram que são potentes agentes celulolíticos. 
 
Uma importante função destes microorganismos é o de controlar a população bacteriana, 
evitando uma superpopulação no retículo-rúmen, num processo conhecido por 
“ENGULFAMENTO”, ou seja, fagocitose de partículas bacterianas. 
 
São capazes de estabilizar processos digestivos bacterianos, utilizando algum amido, 
impedindo queda excessiva do pH no retículo-rúmen, especialmente em alimentos ricos em 
concentrados fornecidos para os bovinos de leite, por exemplo. 
 
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Figura 6: Entodinium sp. do retículo-rúmen. 
 
São importantes no exame clínico da digesta ruminal, pois o número e o tamanho destes 
protozoários fornecem informações sobre a atividade das bactérias no retículo-rúmen. O 
número de protozoários no fluído ruminal flutua na dependência da ração, tempo e 
alimentação e a parte do retículo-rúmen onde a amostra foi coletada. 
 
Em resumo, os protozoários: 
� São capazes de fagocitar partículas de amido e açúcares. Eles reduzem a taxa de 
fermentação e a queda no pH, após a alimentação. 
� Chegam a “fermentar” anaerobicamente o amido e açúcares simples!! Podem 
produzir ácidos orgânicos (AGV’s). 
� Reduzir o número de bactérias no retículo-rúmen, devido ao mecanismo de 
Engulfamento. 
� A concentração de N-NH3 no rúmen é reduzida em animal DEFAUNADO: 
� Reduzem a reciclagem de proteína microbiana e aumentam o número de 
bactérias utilizadoras de amônia, o que reduz a quebra da proteína dietética. 
� Degradam nitratos e micotoxinas. 
 
Os protozoários são altamente sensíveis à gordura. Dietas ricas em amido e/ou sacarose 
(cana-de-açúcar), a suplementação com gordura pode melhorar o desempenho animal, ao 
reduzirem o engulfamento de carboidratos e bactérias, melhorando o aproveitamento do 
conteúdo de energia da dieta bactérias retículo-ruminais. 
 
A COLINA é um nutriente importante para a absorção de gordura no intestino delgado de 
qualquer espécie animal. Os protozoários representam a maior fonte de COLINA para o 
 
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animal ruminante, na forma de fosfatidilcolina. Em dietas ricas em gordura, um problema 
que existe nos ruminantes é a digestão da mesma pós-ruminalmente. Quando da 
suplementação de gordura na dieta e a conseqüente redução no número de protozoários, 
haverá redução no fluxo de colina para o duodeno e reduzindo ainda mais a digestão da 
gordura no intestino. 
 
A digestão ruminal de fibra é reduzida em animal defaunado (pode ser um problema de 
baixo pH ou de Celulases de protozoários). Também o animal defaunado apresentou maior 
N fecal metabólico. 
 
A proteína de protozoário é considerada mais digestível e com a mesma qualidade que a 
proteína bacteriana. No entanto, o fluxo de protozoários para fora do retículo-rúmen não é 
proporcional ao seu número na biomassa ruminal. Eles são retidos seletivamente no 
retículo-rúmen, o que pode ser explicado pela motilidade apresentada por eles. 
 
A defaunação: 
� Aumenta o fluxo de proteína microbiana e proteína dietética para o duodeno; 
� Aumenta a eficiência de síntese microbiana no rúmen (g N microbiano/100 g 
MOFr); 
� Reduz acetato (concentração ou produção?) no retículo-rúmen e o teor de 
gordura no leite; 
� Aumenta as bactérias amilolíticas e reduz as celulolíticas; 
� Reduz metano (concentração ou produção?). 
 
A maior parte dos protozoários fica aderida a partícula sólida do alimento no rúmen. Logo, 
a taxa de reciclagem é superior a 24 horas. Eles fagocitam tudo (amido e bactérias, não 
selecionam). Alguns utilizam lactato. Algumas bactérias podem se reproduzir dentro da 
célula do organismo. 
 
 
2.3.3 Fungos anaeróbicos 
 
Cinco são os gêneros importantes de fungos presentes no rúmen: 
� Neocallimastix, 
� Caecomyces, 
� Pyromyces, 
� Orpinomyces e 
� Aeromyces. 
 
Aparecem no retículo-rúmen entre 8 a 10 dias após o nascimento. Desaparecem em dietas 
ricas em concentrados. Alternam estádios vegetativos ou esporângios,com estádios móveis 
ou zoósporo (Figura 7 e 8). 
 
Colonizam preferencialmente o tecido lignocelulósico, sendo importantes para os bovinos 
alimentados com forrageiras de baixa qualidade. Os rizóides ou raízes do esporângio 
permitem a exposição das frações mais internas da fibra da forragem, aumentando a 
superfície de ataque/degradação para as bactérias (Figura 9). 
 
Representam 8% da massa microbiana, mas não se sabe quanto se passa para o duodeno 
para digestão. Possui uma proteína rica em aminoácidos essenciais de alta digestibilidade. 
 
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A B 
Figura 7: Exemplos de zoósporos de Neocallimastix sp multiflagelados (A) e de Orpinomyces 
sp. de um único flagelo ou uniflagelado (B). 
 
 
Figura 8: Ciclo de vida de um fungo anaeróbico sobre o substrato no retículo-rúmen. 
 
 
 
A B 
Figura 9: Exemplos de zoósporos emitindo rizóides para adesão à fibra alimentar e 
posterior crescimento à fase de esporângio. Em A) emissão de rizóides e em B) fim do 
processo de adesão e início do processo de crescimento/forma vegetativa. 
 
 
2.3.4 Adesão microbiana 
 
A associação íntima dos microrganismos com partículas da planta foi a maneira de 
aumentar o tempo de residência no rúmen. Bactérias celulolíticas ficam mais aderidas a 
 
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partículas sólidas que amilolíticas, conciliando a capacidade de sobreviver às custas de 
polissacarídeos de degradação lenta e a não remoção passiva com a fase líquida ruminal. Ou 
seja, apesar de degradarem a fibra lentamente, a fibra fica mais tempo retida no retículo-
rúmen possibilitando um maior tempo de ataque bacteriano sobre a parede celular vegetal e 
a maior eficiência possível de obtenção de energia. 
 
Adesão é o primeiro passo na degradação de substrato insolúvel, a fim de promover a 
solubilização microbiana posterior. Ela posiciona um complexo sistema enzimático 
próximo ao substrato, como o CELULOSSOMA. Pode haver hidrólise das pontes de 
hidrogênio entre a celulose e polissacarídeos não celulósicos, bem como entre fibrilas de 
celulose. No entanto, somente de 10 a 50% das bactérias aderem (independente da 
espécie). Mas a colonização do substrato não é considerada fator determinante da baixa 
degradabilidade da fibra no retículo-rúmen. A adesão é um processo rápido. 
 
Os mecanismos de adesão pelas bactérias ruminais (Figura 10) são: 
� Mecanismos Específicos: ADESINAS na superfície bacteriana reconhecem 
receptores no tecido do hospedeiro. É o caso do Celulossoma; 
� Mecanismos Não-específicos: governada por fatores físico-químicos. 
Normalmente uma reação de baixa afinidade e de difícil saturação. É o caso de 
atração iônica e hidrofóbica. 
 
 
3. FERMENTAÇÃO RETÍCULO-RUMINAL 
 
Observe a seguinte equação de reações bioquímicas: 
 
REAÇÃO 1) C6H12O6 + 6O2 � 6CO2 + 6H2O + 38ATP/30ATP 
 
 
REAÇÃO 2) 5C6H12O6 + NH3 � 6CH3COOH + 2CH3CH2COOH + 
1CH3CH2CH2COOH + 3CH4 + 5CO2 + 
6H2O + Calor + Massa Microbiana 
 
Se a REAÇÃO 1) ocorresse no retículo-rúmen: 
� Ausência de energia para o ruminante; 
� Excesso de energia para as bactérias ruminais; 
� Excesso de proteína microbiana para o animal. 
 
Por outro lado, para que a REAÇÃO 2) possa ocorrer, a disponibilidade de NH3 é de 
fundamental importância. A importância bioquímica da fermentação para o ruminante 
pode ser assim resumida: 
 
A conversão de carboidratos em massa microbiana é de 10 a 20% em anaerobiose e 
de 60 a 70% em aerobiose. 
 
 
 
 
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Figura 10: Exemplos de adesão bacteriana na superfície do 
substrato. 
 
Em outras palavras, os microrganismos do retículo-rúmen oxidam (removem elétrons) 
anaerobicamente os compostos orgânicos reduzidos ou ricos em elétrons (com potencial 
REDOX negativo: ∆∆∆∆E0 -) como celulose, hemicelulose, pectina ou substancias pécticas, 
amido, sacarose e proteínas. Após a oxidação, liberam-se compostos orgânicos mais 
oxidados ou pobres em elétrons, ou seja, com uma menor relação H/O, ou com potencial 
REDOX ainda levemente negativo ou totalmente positivo (∆∆∆∆E0 +). 
 
Por isto da importância da “fermentação” para o ruminante em sua evolução biológica. 
Os ácidos graxos voláteis (AGV's) produzidos no rúmen (acetato, propionato e butirato) 
fornecem compostos orgânicos ainda reduzidos (∆E0 -) e que são passíveis de serem 
oxidados (doar elétrons) no metabolismo hepático do ruminante hospedeiro, gerando 
potencial redutor (NADH+H+ e FADH2) que, na cadeia transportadora de elétrons (cristas 
mitocondriais), doarão pares de elétrons para reduzir o O2 a H2O e produzir ATP. 
 
Produtos da fermentação ruminal: 
� Ácidos graxos voláteis – AGV's (acetato, propionato, butirato, valerato, lactato, 
formato, isobutirato, isovalerato ou 3-metil-butirato, 2-metil-butirato e outros); 
� Gases (principalmente CH4 e CO2); 
� Massa microbiana; 
 
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� Calor. 
 
Características do ambiente do retículo-rúmen em uma vaca de leite, pesando 750 kg peso 
vivo (PV), ingerindo 13 kg MS, com volume retículo-ruminal de 92 Litros e conteúdo de 
17% MS: 
� pH = 5,3 a 7,1; 
� MS = 10 a 18%; 
� Potencial REDOX = -0,35 V (ambiente reduzido, resultado da alta produção 
de H+ durante a fermentação, via ionização dos ácidos - AGV's); 
� Temperatura = 38 a 41 oC; 
� Gases = 65% CO2, 27% CH4; 7% N2, 0,6% O2, 0,2% H2; 0,01% H2S; 
� Ácidos Graxos Voláteis (AGV's) = 39 a 190 mM, principalmente de Acetato 
(Ac_), Propionato (Prop-), Butirato (But-), Valerato (Val-), Isovalerato (3-Metil-
Butirato ou 2-Metil-Butirato), Isobutirato; 
� Lactato (Lact-) = < 7 mM (Pode ser alto em acidose aguda); 
� Succinato = 0,002 a 0,004 mM. Rápida e extensamente degradado no rúmen; 
� Etanol = quase não detectável; 
� Amônio (NH3/NH4
+) = 2 a 42 mg/dl. 
� Minerais e vitaminas: importante fonte de Vitamina B e K; 
� Ambiente: fisicamente estratificado e muito heterogênio; 
� Fluxo contínuo de substrato fermentável; 
� Remoção contínua dos produtos da fermentação. 
 
Vantagem do retículo-rúmen como câmara de fermentação: 
� Tempo de fermentação prolongado – relativa estase de grande volume de 
digesta propicia adequado crescimento microbiano; 
� Ambiente tamponado – propicia diversidade microbiana; 
� Detoxificação de compostos secundários das plantas; 
� Massa microbiana é nutricionalmente significativa para o animal; 
� Ruminação (quebra física de fibra de baixa digestão e passagem para o omaso); 
� Reciclagem de N via saliva (aumenta a retenção de N. Importante em dietas 
pobres em N); 
� Síntese de vitamina B (e também K). 
 
Desvantagens da fermentação pré-gástrica: 
� Proteína, amido e outros carboidratos dietéticos são fermentados; 
� Perda de parte da energia nos carboidratos na forma de calor e metano; 
� Proteína de alta qualidade pode sofrer redução no valor protéico (apesar da 
proteína microbiana ser de alta qualidade); 
� Fibra pode restringir consumo. 
 
Conteúdo ruminal em vacas Holandesas de 700 kg PV 
� Volume da digesta (L): 91,6 L; 
� Peso da digesta (kg): 74,6 kg (10,7% PV); 
� Teor de MS (%): 17,2%; 
� Peso da digesta seca (kg): 12,8 kg (1,8% PV). 
 
A importância da fermentação no retículo-rúmen não reside somente para o hospedeiro 
ruminante. De fato, as reações fermentativas são mais importantes para a microbiota que 
 
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para o seu residente. Esta microbiota somente consegue sobreviver (colonizar e crescer)graças às reações oxidativas anaeróbicas do substrato consumido pelo ruminante. A partir 
destas reações, os microrganismos extraem a energia química dos compostos orgânicos 
(carboidratos e proteínas), conservando-a na forma de ATP (Adenina Trifosfato) e 
liberando compostos secundários que são, felizmente, aproveitados pelos ruminantes como 
fonte de energia ou de nitrogênio. 
 
Durante a fermentação ruminal de substratos e a conseqüente formação de AGV's, 
a CONCENTRAÇÃO TOTAL destes ácidos seria mais afetada em função do 
momento da alimentação que pelo tipo de dieta propriamente dito (tipo de 
substrato vs número de alimentações). O PERFIL de AGV’s sim, pode variar em 
função do substrato fermentável. 
 
 
3.1 REAÇÕES DE OXIRREDUÇÃO NO RETÍCULO-RÚMEN (REDOX) E 
FLUXO DE TRANSFERÊNCIA DE PARES DE ELÉTRONS 
 
Corresponde ao tipo de reação química predominante no retículo-rúmen e a principal 
reação para formação de LIGAÇÕES COVALENTES. Nas reações REDOX, há 
transferência de elétrons entre um doador (ELEMENTO OXIDADO) e um receptor 
(ELEMENTO REDUZIDO). 
 
Desta forma, obtém-se os conceitos de: 
� Agente Redutor = aquele que doa o elétron PARA o elemento que será reduzido; 
� Agente Oxidante = aquele que recebe o elétron DO elemento que foi oxidado. 
 
∆E0 (-)..............................C6H12O6 – glicose (reduzido) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
∆E0 (+)............................2 CH3COOH + 2CO2 – ácido acético e dióxido de carbono 
(oxidado) 
 
As reações REDOX seguem a dinâmica da variação do potencial REDOX ou ∆Eo', onde 
os elétrons fluem do elemento mais eletronegativo (∆Eo' -) para o mais eletropositivo (∆Eo' 
+). Portanto, o próprio sentido da reação de oxirredução é espontâneo na direção ∆Eo' - � 
∆Eo' +, ou seja, quando o elemento passa de um estado mais reduzido ou eletronegativo 
(elemento nucleofílico) para um estado mais oxidado ou eletropositivo (elemento 
eletrofílico). 
 
 
 
 
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NAD+ NADH + H+ NADH + H+ NAD+ 
2 PO4-2 + 2 ADP 2 ATP 
NAD+ NADH + H+ NADH + H+ NAD+ 
2 PO4-2 + 2 ADP 2 ATP 
Glicólise 
Ciclo de Krebs 
Fosforilação 
Oxidativa 
Glicólise 
OBSERVAÇÕES: 
� Quanto mais eletronegativo for o elemento, maior o potencial de oxirredução 
(Oxidação-Redução); 
� Quanto mais eletropositivo for o elemento, menor o potencial de oxirredução 
(Oxidação-Redução); 
 
 
3.2 RESPIRAÇÃO X FERMENTAÇÃO 
 
Quando O2 é o aceptor terminal de elétrons, a energia liberada a partir da oxidação do 
NADH + H+ é capturada em 2,5 ATP, durante a transferência de elétrons através da Cadeia 
Transportadora de Elétrons localizada nas cristas mitocondriais. Isto é a RESPIRAÇÃO 
AERÓBICA. 
 
 
 
 
 
 
 
 
1 Glicose 6 CO2 6CO2 + H2O 
 
 
 
 
 
 
 
Na ausência de O2, o método óbvio de captura de energia é a Fosforilação ao Nível de 
Substrato, quando a energia livre (∆Go') liberada é diretamente transferida ao ADP e ao 
grupo fosfato (HPO4
-) disponíveis, produzindo ATP. Para prosseguir as reações de 
oxidação do substrato, o potencial redutor (NADH + H+) é recuperado/regenerado 
através do prosseguimento das reações de oxidação após a Glicólise. Isto é a 
FERMENTAÇÃO ANAERÓBICA (Figura 11) 
 
 
 
 
 
1 Glicose 2 Piruvato 2 Lactato 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Figura 11: Vias subseqüentes à Glicólise onde a bactérias e outros 
microrganismos anaeróbicos reoxidam ou regeneram o NAD+ para dar 
prosseguimento às reações de catabolismo da Glicose, ou seja, a 
Glicólise. 
 
No entanto, as bactérias do retículo-rúmen realizam outras vias alternativas e 
energeticamente mais eficientes para a máxima extração de energia dos compostos 
orgânicos fermentados, além da via lática e alcoólica. Trata-se das vias fermentativas que 
darão origem aos ácidos graxos voláteis, os AGV’s. Os principais ácidos orgânicos 
produzidos pela fermentação das bactérias no retículo-rúmen, com o seu respectivo 
rendimento energético (mol de ATP’s produzidos por mol de Glicose fermentada) são: 
� Ácido acético ou acetato � 4 ATP’s; 
� Ácido propiônico ou propionato � 4 ATP’s; 
� Ácido butírico ou butirato � 3 ATP’s; 
� Ácido lático ou lactato � 2 ATP’s; 
� Álcool etílico ou etanol � 2 ATP’s. 
 
Ainda sim, o rendimento energético da fermentação retículo-ruminal realizado pelas 
bactérias anaeróbicas é muito baixo: 
 
 
Fermentação ���� 3 a 4 mol de ATP/mol de glicose 
Respiração ���� 30 (38) mol de ATP/mol de glicose 
 
 
3.3 RESPIRAÇÃO ANAERÓBICA 
 
Se a maioria das bactérias do retículo-rúmen não possui aceptores finais de elétrons, 
algumas a possuem, mas não é o oxigênio. Os aceptores alternativos de elétrons são: NO3
-, 
SO4
-2, fumarato, CO3
-2. 
 
Citocromo contendo o Grupo Heme foram encontrados em bactérias do rúmen, 
permitindo a realização de reações de transferência de elétrons, semelhante a cadeia 
transportadora de elétrons dos organismos aeróbicos superiores. 
 
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CitRed CitOxi 
NAD+ NADH + H+ 
ADP + Pi ATP 
 
Por outro lado, pode existir o seguinte acoplamento de reações de oxidação no rúmen: 
 
Piruvato Fumarato Succinato ∆∆∆∆Eo' = + 30 mV 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 ∆∆∆∆Eo' = - 320 mV 
 
 
A RESPIRAÇÃO ANAERÓBICA aumenta a produção de ATP/mol de glicose relativo 
à FERMENTAÇÃO. No entanto, ela ainda é limitada comparada com a RESPIRAÇÃO 
AERÓBICA. 
 
 
3.4 METANOGÊNESE 
 
Devido à presença de bactérias metanogênicas no retículo-rúmen, o NADH+H+ poder ser 
reduzido a NAD+ através de enzimas conhecidas genericamente por Hidrogenases. Esta é a 
importância evolutiva das bactérias metanogênicas para o metabolismo no rúmen, onde o 
NADH+H+ gerado pela biossíntese do acetato pode ser recuperado à NAD+, dando 
prosseguimento aos processos fermentativos anaeróbicos. 
 
Nenhuma das bactérias e protozoários do rúmen que utilizam carboidratos produzem CH4, 
mas várias produzem formato (HCOO-), H2 e CO2, que são substrato para as 
metanogênicas (Methanobrevibacter ruminantium e Methanomicrobium mobile). 
� Methanobrevibacter ruminantium: pH ótimo de 7,2: 
� Methanomicrobium mobile: pH ótimo de 6,1 a 6,9. 
 
O formato (HCOO-) é convertido em H2 e CO2 pelas metanogênicas, que utilizam este 
formato como substrato primário para formação de CH4. 
 
A principal reação catalisada pelas bactérias metanogênicas é: 
 
4H2 + HCO3
- + H+ ���� CH4 + 3H2O 
 
Talvez, também a reação: 
 
? HCOO- + 3H2 + H
+ ���� CH4 + 2H2O ? 
 
 
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Metanogênicas: 2CO2 + H2 � Energia 
 
E a equação simplificada da síntese de CH4 a partir de CO2 é: 
 
CO2 + 4H2 ���� CH4 + 2H2O 
 
A biossíntese de CH4 pelas bactérias ruminais representa, para o animal hospedeiro, uma 
perda de energia metabolizável (EM) na ordem de 6 a 18%, com uma média geral entre 8 a 
10%. Esta energia perdida pode ser explicada: 
� Seqüestro de NADH+H+ que poderia ser utilizado na biossíntese de propionato; 
� Liberação de calor.