METABOLISMO PROTEICO DEL RUMINE

METABOLISMO DELLE SOSTANZE AZOTATE NEL RUMINE NPN

Fermentazione proteine

(predazione protozoaria, lisi) (urea salivare, ematica) PRINCIPALI VIE DI PRODUZIONE E DESTINO DEI COMPOSTI AZOTATI SEMPLICI NEL RUMINE degradazione N alimentare incorporazione nelle proteine microbiche peptidi aminoacidi ammoniaca riciclo N microbico (predazione protozoaria, lisi) assorbimento transepiteliale riciclo N endogeno (urea salivare, ematica) transito verso l’abomaso

Fermentazione proteine Batteri proteolitici degradano le proteine alimentari mediante proteasi riversate nell’ambiente extracellulare I prodotti vengono poi usati dalle cellule batteriche La maggior parte delle proteine alimentare non raggiunge l’intestino del ruminante Nell’intestino arrivano le proteine microbiche

Fermentazione delle proteine Degradano proteine nell’ambiente exracellulare fino ad ottenere peptidi Peptidi fagocitati degradati a aa Aa usati per proteine batteriche (usata dalla stessa cellula batterica o trasferiti ad altre cellule batteriche o a protozoi)

Fermentazione delle proteine Degradano proteine nell’ambiente exracellulare fino ad ottenere peptidi Peptidi fagocitati degradati a aa Aa deaminati (chetoderivato + NH3)

Fermentazione delle proteine Degradano proteine nell’ambiente exracellulare fino ad ottenere peptidi Peptidi fagocitati degradati a aa Chetoderivati usati per energia producendo VFA Chetoderivati anche coniugati nuovamente con gruppi aminici per sintetizzari aa

Fermentazione delle proteine Degradano proteine nell’ambiente exracellulare fino ad ottenere peptidi Peptidi fagocitati degradati a aa Gruppi aminici usati per fare aminoacidi o urea. Grazie alla presenza di batteri si possono sintetizzare aa a partire da azoto inorganico di origine non proteica (i.e N da aa, amine o urea)

DEGRADAZIONE PROTEICA BATTERI Ambito extracellulare DEPOLIMERIZZAZIONE DELLE PROTEINE PROTOZOI Ambito intracellulare Il pH ottimale per lo svolgersi della proteolisi e della successiva deaminazione degli aminoacidi è compreso tra 6 e 7.

COSTITUENTI AZOTATI ALIMENTARI LA DEGRADAZIONE DEI COSTITUENTI AZOTATI ALIMENTARI DIPENDE DA: caratteristiche di degradabilità intensità e durata dell’azione enzimatica concentrazione enzimi proteolitici densità della popolazione microbica tempo di ritenzione dell’alimento quantità di sostanze azotate ingerita quantità di glucidi ingerita

azoto non proteico azoto proteico solubile azoto proteico insolubile ANDAMENTO TEORICO NEL TEMPO DELLA DEGRADAZIONE RUMINALE DOPO L’INGESTIONE DI TRE DIVERSE FORME ORGANICHE DI AZOTO azoto non proteico azoto proteico solubile Intensità della fermentazione azoto proteico insolubile Tempo (ore) 6 12 24

CLASSIFICAZIONE DEI PROTIDI GREZZI IN FUNZIONE DELLE LORO CARATTERISTICHE CHIMICO-FISICHE E DELLA VELOCITA’ DI DEGRADAZIONE NEL RUMINE La solubilità delle proteine varia in funzione del pH, variabile che influenza anche l’attività specifica degli enzimi proteolitici.

COMPOSIZIONE, DEGRADAZIONE RUMINALE E DIGESTIONE INTESTINALE DELLE DIVERSE COMPONENTI AZOTATE DEGLI ALIMENTI

CATABOLISMO DEI COMPOSTI 10,5 g materiale cellulare secco/mole di ATP AZOTATI NEL RUMINE Quando il fabbisogno di aminoacidi sia soddisfatto, ovvero siano disponibili in quantità adeguate i 20 aminoacidi codificati nel codice genetico, l’entità della sintesi proteica microbica è funzione della disponibilità di energia 10,5 g materiale cellulare secco/mole di ATP

CATABOLISMO DEI COMPOSTI IL FATTORE LIMITANTE È L’AMMONIACA AZOTATI NEL RUMINE Se è disponibile energia in quantità sufficiente, ma sono carenti uno o più aminoacidi, il sistema è in grado di adattarsi utilizzando le catene carboniose derivanti dalla fermentazione anaerobia dei glucidi per la sintesi ex novo degli aminoacidi. Un’altra fonte di carbonio è costituita dagli stessi aminoacidi che, privati dei gruppi aminici, vengono convertiti in intermedi del metabolismo ossidativo utilizzabili per la sintesi di aminoacidi diversi da quelli originari. IL FATTORE LIMITANTE È L’AMMONIACA

CATABOLISMO DEI COMPOSTI AZOTATI NEL RUMINE La possibilità dell’animale ospite di utilizzare attraverso l’assorbimento intestinale gli aminoacidi presenti nei vegetali o prodottisi all’interno del rumine per opera dei microrganismi (corpi batterici), sia fortemente condizionata dalla contemporanea presenza di glucidi alimentari. Tanto più le proteine alimentari sono degradabili e costituite da aminoacidi con catene carboniose facilmente metabolizzabili a scopo energetico, tanto più facilmente utilizzabili dovranno essere i glucidi alimentari.

CATABOLISMO DEI COMPOSTI AZOTATI NEL RUMINE In un razionamento corretto, i diversi alimenti devono essere combinati tra loro in modo da garantire un rapporto adeguato tra glucidi e proteine molto degradabili, proteine lentamente degradabili e proteine a degradabilità modesta o “protette” con appositi trattamenti fisici o chimici. Queste ultime oltrepassano il rumine senza subire l’attacco microbico e giungono inalterate all’intestino, disponibili per i processi digestivi e di assorbimento dell’animale.

Intensità della fermentazione Acidi grassi volatili (fermentescibilità glucidi) Ammoniaca disponibile (degradabilità proteine) X A = zuccheri solubili B = amidi e destrine C = carboidrati della parete cellulare B Intensità della fermentazione Y X = NPN Y = proteine solubili e degradabili Z = proteine insolubili, ma degradabili C Z 6 12 24 Tempo (ore)

CATABOLISMO DEI COMPOSTI AZOTATI NEL RUMINE MEDIAMENTE, LO STATO FUNZIONALE DEL RUMINE È TALE DA DETERMINARE COMUNQUE UNO SQUILIBRIO TRA LA VELOCITÀ DEI PROCESSI DI SINTESI PROTEICA MICROBICA E QUELLA DELLA FERMENTAZIONE DELLE CATENE CARBONIOSE DEGLI AMINOACIDI, CON LA PRODUZIONE NETTA GIORNALIERA DI AMMONIACA.

TRASFORMAZIONE DEGLI AMINOACIDI -aminoacido + -chetoacido -chetoacido + -aminoacido La reversibilità termodinamica della reazione fa sì che il gruppo aminico sia trasferito tra catene carboniose di –aminoacidi donatori e –chetoacidi accettori in ragione delle loro concentrazioni relative, ma non comporta alcun allontanamento di azoto dal sistema.

TRASFORMAZIONE DEGLI AMINOACIDI Il sistema allontana azoto quando le catene carboniose accettrici sono in difetto perché i loro atomi di carbonio sono stati ossidati per produrre energia Reazione di deaminazione ossidativa a carico del glutammato acido glutammico + NAD(P)+ -chetoglutarato + NAD(P)H + H+ + NH3 Ox Red

TRASFORMAZIONE DEGLI AMINOACIDI CONDIZIONI OSSIDATIVE [NAD(P)+] > [NAD(P)H + H+] LA REAZIONE E’ TERMODINAMICAMENTE IRREVERSIBILE IL RISULTATO FINALE E’ L’ALLONTANAMENTO DELL’N DAL METABOLISMO DI COMPOSTI CARBONIOSI

TRASFORMAZIONE DEGLI AMINOACIDI AMBIENTE RIDUCENTE [NAD(P)H + H+] > [NAD(P)+] LA REAZIONE INVERTE LA DIREZIONE TERMODINAMICA IL SISTEMA CONSENTE DI RECUPERARE AMMONIACA.

Fermentazione delle proteine La capacità di utilizzo dell’N non proteico aumenta se I batteri hanno a disposizione sufficienti quantitativi di energia: si aggiunge urea in diete a base di sfarinati di cereali ricche d’amido

Fermentazione delle proteine Ma gli animali ad elevata produzione possono aver bisogno di un apporto proteico aggiuntivo rispetto a quello fornito dalle proteine batteriche (proteine by pass: più una proteina alimentare è insolubile più facilmente passa non attaccata attraverso il rumine)

EVOLUZIONE DELLA CONCENTRAZIONE DI AMMONIACA NEL RUMINE 800 600 400 200 100 1 2 3 4 5 6 TOSSICITA’ SPRECO AZOTATO concentrazione di ammoniaca nel rumine (mg/l) ore dopo il pasto AMMONIOGENESI PROTEOSINTESI Eliminazione di azoto non protidico con il latte (urea) limite tra spreco e tossicità 220/200: livello ottimale per l’attività microbica 50/100: livello minimo AZOTO UTILIZZABILE Azoto alimentare molto solubile e mal utilizzato Azoto alimentare poco solubile e ben utilizzato

CICLO DELL’UREA

RELAZIONE TRA I LIVELLI DI UREA NEL SANGUE E NEL LATTE 10 20 30 40 50 1,7 3,3 5,0 6,7 8,3 UREA NEL LATTE 10 20 30 40 50 mg/100 ml 1,7 3,3 5,0 6,7 8,3 mmol/l UREA EMATICA

PROBLEMI DI FERTILITA’ MORTALITA’ EMBRIONALE SCHEMA PROPOSTO DA PEYRAUD (1989) PER L’INTERPRETAZIONE DEI LIVELLI DI UREA NEL LATTE mmol/l mg/100 ml 4,5 27 5,0 30 4,2 25 ZONA OTTIMALE razione equilibrata 5,5 33 zona di tolleranza zona di tolleranza carenza di azoto degradabile o eccesso di energia fermentescibile nella razione Eccesso di azoto degradabile o carenza di energia fermentescibile nella razione CALO DI INGESTIONE CALO DI DIGERIBILITA’ RISCHIO DI ACIDOSI CALO DI PRODUZIONE PROBLEMI DI FERTILITA’ MORTALITA’ EMBRIONALE METRITI, ZOPPIE CHETOSI PIU’ LATTE