BIOCHIMICA DEL RUMINE

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: 5.8-6.8

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

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

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

23. 1. Fase ossidativa 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

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

29. 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

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. Piruvato lattato deidrogenasi Acido lattico Fermentazione lattica

44. Piruvato piruvato decarbossilasi Acetaldeide alcool deidrogenasi Etanolo Fermentazione alcolica

45. LIPIDI Idrolisi 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 • 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