BIOCHIMICA DEL RUMINE.

Presentazione sul tema: "BIOCHIMICA DEL RUMINE."— Transcript della presentazione:

1 BIOCHIMICA DEL RUMINE

2 APPARATO DIGERENTE DI VARIE SPECIE

3 APPARATO DIGERENTE DEI RUMINANTI

4 STOMACO DEI RUMINANTI

5 RUMINE E RETICOLO i contenuti del reticolo sono continuamente mescolati con il rumine densa popolazione di microrganismi (batteri, protozoi e funghi) fermentazioni La fermentazione microbica produce acidi grassi volatili dalla degradazione della cellulosa ed altri carboidrati Gli acidi grassi volatili rappresentano la maggiore risorsa di energia per il ruminante

6 RUMINE Condizioni di anaerobiosi Temperatura nel rumine: 38-40°C
pH:

7 OMASO Terzo stomaco arrotondato
piccolo organo con grande capacità assorbente riciclo di H2O e minerali organo di transizione tra rumine e abomaso è assente negli pseudoruminanti (cammello, lama, alpaca)

8 ABOMASO Quarto stomaco
simile allo stomaco dei non ruminanti (secerne acidi forti e molti enzimi digestivi) materiale che si trova nell’abomaso - particelle di cibo non fermentate - alcuni prodotti finali delle fermentazioni microbiche - microrganismi che crescono nel rumine

9 (Digestione e assorbimento) CIECO (fermentazione) E GRANDE INTESTINO
PICCOLO INTESTINO (Digestione e assorbimento) digestione enzimatica di carboidrati, proteine e lipidi assorbimento di H2O, minerali e prodotti della digestione (glucosio, amminoacidi ed acidi grassi) CIECO (fermentazione) E GRANDE INTESTINO piccola popolazione microbica fermenta i prodotti di digestione non assorbiti assorbimento di H2O e formazione di feci

10 BIOCHIMICA DEI RUMINANTI
Adattati ad utilizzare fibre e azoto non proteico (NPN) Fibre Zuccheri complessi (cellulosa, emicellulosa) - immobilizzati nelle pareti cellulari Popolazione di microrganismi (rumine e reticolo)

11 CARBOIDRATI CONTENUTI NEI VEGETALI
Zuccheri semplici (glucosio, fruttosio) Carboidrati con funzione di riserva (amido) Carboidrati con funzione strutturale (cellulosa ed emicellulosa)

12 POLISACCARIDI VEGETALI
AMIDO: principale forma di riserva di glucosio nei vegetali. Costituito da amilosio (a -1,4 glicosidici) e amilopectina (a -1,6 glicosidici). Costituente delle graminacee. CELLULOSA: omopolisaccaride a catena lineare di glucopiranosio (b-1,4 glicosidici). Sostanza di struttura della parete cellulare dei tessuti vegetali. EMICELLULOSA: eteropolisaccaride di elevato peso molecolare, costituito da glucosio, galattosio, mannosio.

13 BATTERI DEL RUMINE Cellulosolitici: idrolizzano la cellulosa
Emicellulosolitici: idrolizzano l’emicellulosa Amilolitici: idrolizzano l’amido Batteri che fermentano gli zuccheri: numerosi lattobacilli Produttori di acidi organici: producono acido lattico, acetico e butirrico Metanogenici: producono metano Lipolitici: idrolizzano i trigliceridi Proteolitici: idrolizzano le proteine

14 BATTERI DEL RUMINE Ambiente adatto alla crescita microbica
assenza di ossigeno - permette ai microrganismi di degradare la cellulosa in glucosio - i microrganismi fermentano il glucosio per ottenere energia e producono acidi grassi volatili (VFA) - i VFA attraversano il rumine e diventano le maggiori risorse di energia per il ruminante

15 BATTERI DEL RUMINE Crescita microbica ruminale
Usano ammoniaca o urea come risorsa di N per sintetizzare gli amminoacidi Le proteine sintetizzate nel rumine vengono digerite nel piccolo intestino

16 PROTOZOI DEL RUMINE CILIATI
Olotrichi: assimilano i glucidi solubili trasformandoli in amido, degradano le pectine, producono acido acetico, butirrico e lattico Entodiniomorfi: utilizzano amido, cellulosa ed altri polisaccaridi

17 PROTOZOI DEL RUMINE Compaiono nel rumine non prima della II settimana di vita e persistono nel rumine in dipendenza della disponibilità di batteri e funghi La densità varia in funzione della: - dieta - tempo d ritenzione del cibo nel rumine - tipo e numero di pasti giornalieri - condizioni fisico-chimiche del rumine Il numero massimo si raggiunge con una dieta ricca di fibre

18 FERMENTAZIONE DEI CARBOIDRATI
Azione degli enzimi idrolitici sugli oligo- e polisaccaridi Metabolismo dei monosaccaridi che, a secondo del tipo di batteri, avviene attraverso: - VIA DI EMBDEN, MAYERHOF E PARNAS - VIA DEL PENTOSO-FOSFATO - VIA DI ENTNER-DOUDOROFF - VIA FOSFOCHETOLASICA Destino del piruvato, da cui si può formare acido formico, acido acetico, acido propionico, acido butirrico, etanolo e acido lattico

19 Degradazione dei polisaccaridi ad acido piruvico nel rumine

20 GLICOLISI Glucosio esochinasi 1 6-fosfato glucosio 6P isomerasi 2
Fruttosio 1,6-bisfosfato Diidrossiacetone fosfato(DHAP) Gliceraldeide 3-fosfato (GP) 1 2 3 4 5 esochinasi glucosio 6P isomerasi fosfofruttochinasi aldolasi triosofosfato isomerasi

21 GLICOLISI Glicolisi anaerobia produzione netta di 2 ATP
3-acido fosfoglicerico 2-acido fosfoglicerico Acido fosfoenolpiruvato (PEP) 6 7 8 9 10 Acido piruvico gliceraldeide 3P deidrogenasi 1,3-acido difosfoglicerico fosfoglicerato chinasi fosfogliceromutasi enolasi piruvato chinasi Glicolisi anaerobia produzione netta di 2 ATP

22 VIA DEL PENTOSO-FOSFATO
glucosio 6P deidrogenasi esochinasi lattonasi fosfogluconato deidrogenasi ribosio fosfato isomerasi ribulosio fosfato epimerasi transchetolasi transaldolasi

23 1. Fase ossidativa Equazione complessiva:
Glucosio-6-fosfato Glucosio-6-fosfato deidrogenasi 6-Fosfo-glucono-d-lattone Lattonasi 6-Fosfogluconato 6-Fosfogluconato deidrogenasi D-Ribulosio-5-fosfato Fosfopentosio isomerasi D-Ribosio-5-fosfato Equazione complessiva: Glucosio-6-fosfato + NADP+ + H2O Ribosio-5-fosfato + CO2 + 2 NADPH

24 2. Fase non ossidativa TPP TPP

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28 VIA DEL PENTOSO-FOSFATO
Produzione di NADPH, necessario per le biosintesi riduttive Produzione di intermedi necessari alla sintesi di coenzimi e nucleotidi

29 enzimi della via del pentoso-fosfato fosfogluconato deidratasi
VIA DI ENTNER-DOUDOROFF esochinasi enzimi della via del pentoso-fosfato fosfogluconato deidratasi aldolasi Produzione netta di 1 molecola di ATP

30 VIA FOSFOCHETOLASICA Fosfochetolasi Acetato chinasi Acetato + ATP

31 VIA FOSFOCHETOLASICA I batteri che utilizzano questa via non hanno la fosfofruttochinasi, l’aldolasi e la triosofosfato isomerasi Possiedono la fruttosio 6-fosfato fosfochetolasi e la fosfochetolasi L’acetilfosfato mediante l’acetato chinasi forma acetato ed ATP L’acetilfosfato in presenza di NAD(P)H può ridursi ad acetaldeide e poi etanolo

32 DESTINO DEL PIRUVATO

33 ACIDI GRASSI VOLATILI PRODOTTI DALLE FERMENTAZIONI RUMINALI
Acetico CH3-COOH Propionico CH3-CH2-COOH Butirrico CH3-CH2-CH2-COOH

34 ACIDI GRASSI VOLATILI La percentuale di acidi grassi volatili formati:
acido acetico (55-65%) acido propionico (25-30%) acido butirrico (10-15%) acido acetico foraggi (ricchi di fibra lentamente fermentata) acido propionico concentrati (ricchi di amido rapidamente fermentato) acido butirrico zuccheri solubili

35 UTILIZZAZIONE DEGLI ACIDI GRASSI VOLATILI DA PARTE DEI RUMINANTI
Acetato e propionato trasportati al fegato Acetato in acetil-CoA Propionato in glucosio nel fegato Butirrato trasformato nella parete ruminale in corpi chetonici

36 PRODUZIONE DI ACIDO ACETICO
1) Sistema clostridiale fosforoclastico 2) Sistema formiato fosforoclastico

37 PRODUZIONE DI ACIDO ACETICO
1) Sistema clostridiale fosforoclastico

38 PRODUZIONE DI ACIDO ACETICO
2) Sistema formiato fosforoclastico

39 PRODUZIONE DI ACIDO PROPIONICO
VIA DELL’ACRILATO 1 2 3 1 1. CoA-transferasi 2. Lattil-CoA-deidratasi 3. Acrilil-CoA-deidrogenasi

40 Produzione di acido propionico - via del succinato
1 1 1 1 2 3 1. Enzimi del ciclo di Krebs 2. Enzima B12-dipendente 3. Metilmalonil CoA transcarbossilasi

41 PRODUZIONE DI ACIDO PROPIONICO
Con diete a sufficiente contenuto di fibre, entrambe le vie di formazione del propionato sono operative Diete carenti di Co (costituente della vitamina B12) fanno prevalere la via dell’acrilato

42 PRODUZIONE DI ACIDO BUTIRRICO

43 Fermentazione lattica
Piruvato Acido lattico lattato deidrogenasi

44 Fermentazione alcolica
Piruvato Etanolo Acetaldeide alcool deidrogenasi piruvato decarbossilasi

45 LIPIDI Idrolisi Catabolimo costituenti lipidici
i lipidi vengono idrolizzati nel rumine da specifici enzimi, in grado di metabolizzare sia i lipidi polari che apolari acidi grassi liberi bioidrogenazione Catabolimo costituenti lipidici Il glicerolo ed il galattosio provenienti dalle strutture lipidiche vengono catabolizzati ad acidi grassi volatili

46 METABOLISMO DEGLI ACIDI GRASSI A CATENA LUNGA
i batteri del rumine sintetizzano gli acidi grassi saturi ed effettuano la bioidrogenazione degli insaturi i protozoi sintetizzano gli acidi grassi poliinsaturi

47 Nel rumine i lipidi introdotti con la dieta vengono rapidamente idrolizzati producendo acidi grassi insaturi che possono subire bioidrogenazione ad opera dei microrganismi presenti nel rumine. In questo modo i ruminanti assorbono soprattutto acidi grassi saturi e gli alimenti derivanti da questi animali contengono acidi grassi saturi.

48 PROTEINE Proteolisi Catabolismo degli amminoacidi
i microrganismi ruminali possiedono enzimi che compiono l’idrolisi delle proteine della dieta Catabolismo degli amminoacidi l’azoto derivato dal catabolismo degli amminoacidi rientra nel “pool” dell’ammoniaca, mentre la catena carboniosa appartiene al “pool” degli acidi grassi volatili Degradazione dell’azoto non amminoacidico - Amminozuccheri, basi puriniche e pirimidiniche, urea, nitrati, etc. - L’urea dà luogo alla produzione di NH3 - Altri composti organici con N possono formare acidi grassi volatili, CO2 e NH3. Xantina, acido urico e guanina sono completamente demoliti; adenina ed ipoxantina sono più resistenti

49 DIGESTIONE RUMINALE DELLE SOSTANZE AZOTATE

50 METABOLISMO DELLE SOSTANZE AZOTATE

51 METABOLISMO DELLE SOSTANZE AZOTATE

52 ASSIMILAZIONE DELL’AMMONIACA
Le proteine al rumine sono demolite dai microrganismi in peptidi, amminoacidi ed ammoniaca L’azoto non proteico e l’ammoniaca del rumine sono utilizzati per la sintesi di proteine ed amminoacidi I processi di organicazione dell’ammoniaca avvengono tramite la L-glutammicodeidrogenasi (per sintetizzare acido glutammico), la glutamminasintetasi (per formare glutammina) e la carbamil fosfato sintetasi (per formare pirimidina)

53 ASSIMILAZIONE DELL’AMMONIACA
Glutammico-deidrogenasi NAD+ (o NADP+)-dipendente Glutammina sintetasi Carbamil fosfato sintetasi Aspartasi

54 SINTESI “DE NOVO” DI AMMINOACIDI
gli amminoacidi nel rumine provengono o dall’alimentazione o dalla sintesi de novo solo i batteri ruminali e non i protozoi sono capaci di sintetizzare gli amminoacidi essenziali

55 SINTESI DI POLISACCARIDI
i microrganismi presenti nel rumine sintetizzano o conservano glucidi utilizzabili nella digestione intestinale i microrganismi presenti nel rumine sintetizzano amidi somiglianti all’amilopectina

56 SINTESI DI VITAMINE i batteri del rumine sintetizzano le vitamine idrosolubili, in particolare la biotina, la vitamina B12, l’acido folico, l’acido nicotinico, l’acido pantotenico, la piridossina, la riboflavina, la tiamina i batteri del rumine sintetizzano tra le vitamine liposolubili la vitamina K

57 PROCESSI DI DETOSSIFICAZIONE NEL RUMINE
I microrganismi del rumine: metabolizzano alcune sostanze tossiche naturali o artificiali sono in grado di detossificare i pesticidi effettuano la dealogenazione del DDT a DDD detossificano gli insetticidi organofosforici come il Parathion