Bioquímica dos ruminantes - parte 1

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UNIVERSIDADE DE CUIABÁ
FACULDADE DE MEDICINA VETERINÁRIA
BIOQUÍMICA
Leni Rodrigues Lima
Bioquímica dos ruminantes –
parte 1
Introdução
Processo evolutivo dos ruminantes
Crescimento dos microrganismos
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 Surgimento do rúmen: adaptação evolutiva da espécie;
 Primórdios dos ruminantes = presas fáceis;
 Alimentação: pastagens em pradarias;
Introdução
Consumo “rápido” e em grande quantidade para 
evitar ataque de predadores.
Introdução
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I. Anatomia do Estômago dos Ruminantes
 Detalhes Anatômicos:
Rúmen
Retículo
Omaso
Abomaso
 Ruminação
Anatomia do Estômago dos Ruminantes
II. Mecânica da Digestão em RuminantesMecânica da Digestão em Ruminantes
 Utilizar eficientemente
carboidratos fibrosos
como fonte de energia;
 Compostos nitrogenados
não proteicos como
fonte de proteína.
Vantagens x
Evolução  animais ruminantes desenvolveram características
anatômicas e simbióticas, que lhes permitem:
 Produção de metano
(perda de energia,
poluição ambiental);
 Perda de aminoácidos
(fermentação da
proteína).
Desvantagens
 Celulose e outros polissacarídeos PCV (parede celular
vegetal): maior fonte potencial de energia para ruminantes.
 Degradação de alguns constituintes da parede celular pelos
ruminantes é consequência da simbiose entre o animal
ruminante e microrganismos ruminais.
Microrganismos possuem enzimas que quebram ligações (β) de 
carboidratos da parede celular vegetal
Carboidratos Fibrosos
 Utilizam fontes de nitrogênio não proteico para síntese de
aminoácidos;
 Sintetizar vitaminas do complexo B e K;
 Sintetizam enzimas capazes de degradar carboidratos fibrosos
(CF) e pectina.
Celulose Hemicelulose Pectina
Microrganismos ruminais:
Rúmen:
•Enzimas digestivas de mamíferos: 
não degradam celulose, hemicelulose
(CF)
•Enzimas microbianas do rúmen: 
degradam celulose, hemicelulose
A principal forma de energia de
ruminates adultos são os AGV’s, já
do bezerro é a glicose (pré-
ruminante).
Árvore filogenética universal, apresentando os três 
domínios da vida
 Bactérias 1010 células/g de conteúdo ruminal;
 60 a 90% da biomassa microbiana
Características do Rúmen
 Protozoários106células/g de conteúdo ruminal;
 Maioria ciliados
 Representam de 10 a 50% da biomassa microbiana total
Características do Rúmen
 Fungos 102 a 104 células/g de conteúdo ruminal
 Estritamente anaeróbicos
 Até 8% da biomassa microbiana total
Características do Rúmen
 Distintas filogeneticamente das bactérias.
 Diferenciam-se das bactérias ruminais por serem quimiotróficas e pela
estrutura da parede celular.
 Os lipídios de membrana são éteres de glicerol em vez de ésteres de
glicerol.
 São os microrganismos mais estritamente anaeróbicos do rúmen e
produzem metano a partir do CO2 e H2.
 0,5 a 3,0% do total de microrganismos do rúmen;
 20% das metanogênicas vivem na superfície dos protozoários.
Archaea (Metanogênicas)
Fungo
Protozoário
Archaea ou Archaeabacterias
(Metanogênicas)
Microbiota Ruminal
 Baixa concentração de oxigênio (anaeróbico);
 Constância de pH (6,0 a 7,0);
 Constância de temperatura 38 °C a 42 °C (39 °C);
 Suprimento contínuo de sólidos e líquidos;
 Presença de substrato e de atividade fermentativa.
 Remoção dos produtos da fermentação:
 Aproveitamento pelo animal;
Manutenção das características ideais para fermentação.
Características do Rúmen
 População mais diversa no rúmen (número de espécies e
capacidade metabólica);
 Tamanho: 1 a 5 µm;
 Mais de 20 espécies apresentam contagens superiores a 107
células/g de conteúdo ruminal;
 Digestão enzimática de carboidratos e proteínas;
 Síntese de vitaminas do complexo B e K;
 Síntese de aminoácidos a partir de NNP.
Bactérias
 
GRUPOS DE BACTÉRIAS
GRUPOS SUBSTRATOS PRODUTOS
Celulolíticas Celulose, amido, 
maltose, sacarose, 
glicose
Formato, Acetato, 
Butirato, Lactato,...
Hemicelulolíticas Hemicelulose e 
Pectinas
AGV
Amilolíticas Amido, 
Dissacarídeos
Formato, Acetato, 
Butirato, Lactato,...
Lipolíticas Lipídeos Acetato, Propionato, 
CO2,...
Proteolíticas Aminoácidos Amônia e AGV
Archaea H+, CO2 Metano
Grupos de bactérias
GRUPOS DE BACTÉRIAS
Grupos de bactérias
Protozoários
 Auxiliam na digestão da fibra e da proteína;
 Geralmente estão aderidos às partículas alimentares de
grande tamanho (manutenção no rúmen por mais tempo);
 O tempo médio de vida dos protozoários é de 24 horas. A
aderência é essencial para a sua sobrevivência;
 Utilizam bactérias como fonte aminoácidos, também utilizam
outras fontes.
Protozoários
 103 a 104 cel/mL em animais consumindo forragem;
 30% ou mais dos protozoários ciliados no rúmen;
 Toda a superfície é coberta por cílios;
 Principal substrato: carboidratos solúveis;
 São predados no rúmen por grandes protozoários;
Protozoários Holotrichia
 105 a 106 cel/mL em animais consumindo quantidade
moderada de grãos;
 Encontrados em estreita associação com as partículas de
alimento e a sua concentração no líquido ruminal não indica
número real;
 Usam carboidratos solúveis pobremente; engolfam
rapidamente grânulos de amido; usam amido e celulose;
Protozoários Entodinomorfos
Necessidade de contato com um animal faunado.
Protozoários
Neocallimastix frontalis
Sphaeromonas communis
Piromonas communis
Degradam os carboidratos fibrosos e são capazes de acessar os
tecidos vasculares lignificados
Participam ativamente no rompimento físico da fibra por meio
de rizóides ou hifas, durante o processo de degradação das
forragens.
Fungos
Figura: Exemplo do ciclo de vida de fungos ruminais.
Fonte: Adaptado de Dijkstra et al. (2002).
Fungos
 O desenvolvimento do rúmen como câmara de fermentação
inicia-se no animal recém nascido;
 Grande influencia da dieta e do subsequente controle da
fermentação, por meio de processos fisiológicos integrados
com a nutrição do hospedeiro;
 Contágio de recém nascido com microrganismos ruminais:
 Principalmente pelo contato com animais adultos (mãe)
 Ingestão de alimentos contaminados
 Cochos e bebedouros
 Ar
Estabelecimento dos microrganismos no rúmen
Carboidratos(fibra)  Ruminantes  Produtos de alto 
valor nutricional
Digestão no Rúmen
 Para a degradação das moléculas;
 1º passo é a aderência - célula bacteriana, protozoário e
fungo - à partícula de alimento;
 Aproximação das enzimas presentes na superfície externa
da membrana das microrganismos aos substratos;
 A população de bactérias aderentes crescerá sobre o
substrato;
Adesão às partículas alimentares – Digestão 
ruminal
CELULOSE
GLICOSE
HEMICELULOSE PECTINA AMIDO AÇÚCARES
Acético/ 
propiônico/butírico
ÁCIDO 
LÁTICO
Fonte: Aulas Prof. Dr. André Soares de Oliveira (2013)
 Ácidos fracos
 1 a 7 átomos de carbono
 Ácido fórmico
 Acético
 Propiônico
 Butírico
 Isobutírico
Ácidos graxos voláteis - AGVs
 Valérico
 Isovalérico
 2-metilbutírico
 Hexanóico
 Heptanóico
Atendem 60-80% das exigências diárias de 
energia do ruminante.
 75% da energia dos carboidratos Produção de AGV
25%
Ácidos graxos voláteis
Perdidos na forma de CH4
Crescimento e manutenção
microbiana
DEGRADAÇÃO
MASSA 
MICROBIANA
AGV
Colonização ou
passagem Absorção
Passagem
RÚMEN
Fibra
Balanço da fermentação ruminal
 Glicose (6C) = 2Acetatos (2C) + 2CO2 + 8H
 Glicose (6C) = Butirato (4C) + 2CO2 + 4H
 Glicose (6C) = 2Propionato (3C) – 2H
 Fermentação: excesso de hidrogênio no meio CO2
 Necessidade de retirar H+
 Regenerar cofatores (NAD+ →NADH)
Metanogênese
 Archaeas Metanogênicas
CO2 + 8H = CH4 + 2H2O
 Eliminação de 6-12% da energia ingerida (Perda de energia)
 Preocupação ambiental (Gases de Efeito Estufa)
Fermentação: Variedade de compostos
Determinantes Primários: natureza da ração e origem química dos
CHOs
Acético Butírico Propiônico
Volumosos Pouca Variação Concentrados (CNF)
Pectina CNF de fermentação acética
Fermentação
Fonte: Aulas Prof. Dr. André Soares de Oliveira (2013)
Formação do Acetato
Fonte: Aulas Prof. Dr. André Soares de Oliveira (2013)
Formação do Propionato
2 VIAS:
VIA DO SUCCINATO
1 mol de glicose  2 piruvato  2 propionato + 4 mol de ATP
(microbiota) - 2H
VIA DO ACRILATO
1 mol de glicose  2 piruvato  2 lactato  2 propionato + 2 mol
de ATP (microbiota) - 2H
Formação do Butirato
Fonte: Aulas Prof. Dr. André Soares de Oliveira (2013)
Formação do Lactato
Fonte: Aulas Prof. Dr. André Soares de Oliveira (2013)
Figura 3: Relação do pH do rúmen com as proporções ruminais de
ácido acético, propiônico e lático.
Fonte: Bergman, et. al. (1990)
 Absorção
 Papilas ruminais
 Transporte da parede do rúmen para a corrente sanguínea
- Butirato > Propionato > Acetato
90% metabolizado
pelo epitélio
ruminal Glicose (glicogênico)
Ácido graxo (lipogênico)
Absorção de AGVs
ACETATO
Acetil-CoA
Gliconeogênese
Ciclo deKrebs
B OH Butirato 
75%
Acetoacetato 
25%
-Oxidada ( Ciclo de Krebs)
- Síntese de AG (T.adiposo)
- Síntese de AG Gl. mamária(AG <16C)
Epitélio ruminal (2 a 5% 
de conversão a lactato)
Epitélio
ruminal
90%
Locais de Utilização dos AGV’s
PROPIONATO BUTIRATO
Fígado
Gliconeogênese a partir dePropionato
VitaminaB12
Biotina
Glicose
Succinil-CoA
Digestão no Intestino Delgado
 Suco Pancreático
 Suco Biliar
 Enzimas Intestinais
Digestão no Intestino Delgado
Principais Enzimas
• α-amilase pancreática
α-1,4
α -1,4
oligossacarídeos
= Glicose
= Frutose
sacarose
SACARASE
= galactose
lactose
LACTASE
trealose
TREALASE
amido
ISOMALTASE
MALTASE
maltose isomaltose
α - AMILASE
LimitadoRuminantes
• Maltase
• Isomaltase
• Lactase
• Sacarase
•Trealase
Digestão no Intestino Grosso (ceco e cólon)
 Digestão: amido, celulose e 
hemicelulose
 Absorção AGV’s
 IG: formação bolo fecal e 
excreção
???
Dúvidas