aulas de nutrição de ruminantes

AULAS DE NUTRIÇÃO DE
RUMINANTES:
Princípios gerais.
O Rúmen é uma câmara de fermentação estável (Temperatura,
pressão osmótica, equilíbrio iônico) capaz de fornecer substratos
à microbiota (nutrientes do alimento recém-ingeridos e água) e,
ainda remover os subprodutos da fermentação (AGV, células
microbianas, resíduos não digeridos).
ANATOMIA E FISIOLOGIA DO TRATO GASTRITESTINAL
1) PRÉ-ESTÔMAGO
• Rúmen
• Retículo
• Omaso
2) ABOMASO (estômago verdadeiro)
3) INTESTINO DELGADO
• Duodeno
• Jejuno
• Ileo
4) INTESTINO GROSSO
• Ceco
• Colon
• Reto e canal anal
O bezerro nasce com o rúmen pouco desenvolvido. A ingestão de alimentos
sólidos promove o desenvolvimento muscular e papilar do rúmen.
DESENVOLVIMENTO DOS PRÉ-ESTÔMAGOS
O trato digestivo de bovinos ocupa 3/4 da cavidade
abdominal, preenchendo praticamente quase todo
lado esquerdo e se extendendo para o lado direito.
70-100 L
3-5 L
5-8 L
O epitelio estratificado do rumen geralmente não se
caracteriza por uma boa absorção. Contudo, é capaz de
absorber eficientemente AGV, ácido láctico, eletrólitos e
agua. A superficie do epitélio é muito extendida devido a
formação de papilas bem vascularizadas.
As papilas ruminais têm papel fundamental na absorção
dos ácidos graxos voláteis; são muito sensíveis à alteração
do pH
DISTRIBUIÇÃO DOS SUBSTRATOS NO COMPARTIMENTO
RUMINAL
MICROORGANISMOS RUMINAIS
 Produzem enzimas altamente especializadas para digestão de Fibras
 Ambiente ruminal deve ser adequado ao crescimento bacteriano
(anaerobiose, pH, umidade e temperatura)
 Maior eficiência fermentativa com pH ruminal entre 6,2 e 7
 As bactérias contêm 50-60% de proteína bruta
 Transformam fontes de nitrogênio não protéico (ex. uréia) em proteína
microbiana de alta qualidade
 Principal fonte de proteína a ser absorvida no intestino do animal
 Necessário o aporte adequado de substratos para ótima atividade
microbiana
 Especificidade na degradação de carboidratos (fibrolíticas e amilolíticas)
 Fontes de N: proteína verdadeira e nitrogênio não protéico
O formato de favos de mel do retículo é adaptado para a separação
de partículas por tamanho e para ruminação. O retículo é uma
“estrada de passagem” onde as partículas que entram e saem do
rúmen são selecionadas. Somente partículas de menor tamanho
(<1–2 mm) e com alta densidade (> 1.2 g/ml) vão para o terceiro
estômago.
As pregas (lâminas) do omaso prendem a ingesta
promovendo compactação para desidratação da mesma
antes da entrada no abomaso
Abomaso (promove a hidrólise ácida)
Constituído pelas regiões esofágica, cárdia, fúndica,
pilórica.
Mucosa é retorcida em dobras.
Hcl
Pepsinogênio
Quimiosinogênio
 Intestino delgado:
o Células absortivas – Enterócitos
Membranas celulares:
• Apical (glicocálix e muco)
• Basolateral
o Células secretoras de muco –
Caliciformes
o Células endócrinas
*Criptas de Lieberkum (Processo
mitótico)
* Turnover celular na mucosa
intestinal – 90 – 120h
INTESTINO GROSSO
 Câmara de fermentação
 Compreendem:
 Ceco
 Colon
• Células secretoras de muco - Células
caliciformes
• Nestes compartimentos ocorrem:
 Fermentação dos alimentos
 Absorção dos produtos da fermentação,
água e eletrólitos
RUMINAÇÃO
Ato de remastigar o bolo alimentar
 Mastigação é dividida em 2 etapas:

Mastigação inicial – É rápida. Sua função é
conferir ao alimento tamanho que permita a
deglutição.

Ruminação – Ocorre entre 0,5 a 1,5h após
a ingestão do alimento.
AMBIENTE RUMINAL
• Temperatura - 39 °C
• pH - 5,5 a 7,0
• Ausência de O2
• Motilidade
• Presença de microrganismo
DIETAS DE
RUMINANTES
Fibrosos
Concentrados
Celulose etc
Amido etc
Bactéria
Celulolítica
(pH>6,2)
Bactéria
amilolítica
(pH>5,5)
CO2
8H
CO2
Lactato
8H
Bactéria
Propiano-
metanogênica
(pH>6,2)
AGV CH4
Fonte: LEEK, (1993)
bactéria
(pH>6,2)
CH4
AGV
Pr
CARATCERÍSTICAS E PRODUÇÃO DE SALIVA
 Glândulas salivares:
o Quantidade de saliva – Bovino: 60 – 180 L/dia
o pH da saliva – 8,2 – 8,4
 Principais
• Parótida (alvéolos c/ células serosas)
• Submaxilar (alvéolos c/ células serosas e
mucosas)
• Sublingual (alvéolos c/ células serosas e mucosas)
 Secundárias
• Parietais (alvéolos c/ células serosas e mucosas)
MOTILIDADE DO TRATO GASTRINTESTINAL
 Pré-estômagos:
o As paredes dos pré-estômagos são musculares e
capazes de se movimentar.
 Possuem ações sobre a ingesta (alimento):
• Empurrar o alimento de um local para outros
• Reter o alimento em um determinado local para a
digestão e absorção
• Quebrar fisicamente o alimento para misturá-lo a
secreções digestivas
MOTILIDADE DO TRATO GASTRINTESTINAL
 Padrões de motilidade ruminorreticular:
 Contrações primárias ou de mistura
 Contrações secundárias ou de eructação
• Partículas pesadas e pequenas em tamanho têm uma
alta velocidade de passagem (menor tempo de
retenção no trato digestório) do que partículas mais
leves.
• Densidade relativa e a motilidade ruminorreticular
determinam o rítmo (fluxo) com que os materiais em
forma de partículas se movimentam pelo TGI.
DIGESTÃO E ABSORÇÃO INTESTINAL DE CNE
1. Fase luminal (lúmen
intestinal)
α-Amilase
Amido
α Dextrinas
Maltotriose
Maltose
2. Fase membranosa
B. em escova
Citoplasma
3. N.
absorvidos
α-Dextrinase
Glicose
+
Glicose
Maltase
Sacarose
Lactose
Adaptado de Dukes (1993)
Sacarase
Glicose
+
Frutose
Galactose
+
Glicose
Lactase
Glicose
Frutose
Galactose
Membrana da borda da escova
ENZIMAS DA FASE LUMINAL DA DIGESTÃO DE
PROTEÍNAS
Enzima
Ação
Fonte
Precursor
Ativador
Pepsina
Endopeptidase
Abomaso
Pepsinogênio
HCL, pepsina
Quimiosina (renina)
Endopeptidase
Abomaso
Quimiosinogênio
?
Tripsina
Endopeptidase
Pâncreas
Tripsinogênio
Enteroquinase,
tripsina
Quimiotripsina
Endopeptidase
Pâncreas
Quimiotripsinogênio
Tripsina
Elastase
Endopeptidase
Pâncreas
Pró-elastase
Tripsina
Carboxipeptidase A
Exopeptidase
Pâncreas
Pró- carboxipeptidase A
Tripsina
Carboxipeptidase B
Exopeptidase
Pâncreas
Pró-carboxipeptidase B
Tripsina
Adaptado de Cunninghan (1993).
VIAS DE TRANSPORTE ATRAVÉS DA MEMBRANA
CELULAR E OS MECANISMOS BÁSICOS DO
TRANSPORTE (GUYTON, 2002).
DIGESTÃO E ABSORÇÃO DE PROTEÍNA
DIGESTÃO E ABSORÇÃO DE LIPÍDIO
 A digestão e absorção dos lipídios são divididos em 4 fases:
Emulsificação
Hidrólise
Formação de micelas
Absorção de micelas
FRACIONAMENTO DE ALIMENTOS
 Os alimentos são compostos basicamente
por seis grupos de nutrientes:
 Água
 Proteínas
 Lipídeos
 Carboidratos
 Minerais
 Vitaminas
FRACIONAMENTO DE ALIMENTOS
 Os carboidratos presentes nas plantas podemse dividir nos seguintes componentes:
 Carboidratos pertencentes ao conteúdo celular:
• Ácidos orgânicos
• Monossacarídios e oligossacarídios
• Polímeros de natureza amilácea
• Frutanos (polímeros de frutose) – Inulina
 Carboidratos estruturais ou pertencente à parede celular:
• Substâncias pécticas (polímeros de ác. galacturônico,
arabinose e galactose)
• Galactanos
• Β-Glicanos
• Hemicelulose
• Celulose
FRACIONAMENTO DE ALIMENTOS
FRAÇÕES DA FORRAGEM USANDO O MÉTODO VAN
SOEST
Fração
Componentes
Conteúdo celular
•Açúcares, amido e
Parede celular
(FDN e FDA)
Disponibilidade
nutricional
pectina
•Carboidratos solúveis
•Proteína e nñp
•Lipídeos
•Outros solúveis
Completa
Completa
Alta
Alta
Alta
Hemicelulose
Celulose
Proteína danificada
pelo calor
Lignina
Sílica
Parcial
Parcial
Indigestível
Indigestível
Indigestível
FRACIONAMENTO DE ALIMENTOS
• Extrato Não Nitrogenado
EÑN = 100 – PB – EE – FB – MM.
• Sistema Detergente (FDN e FDA) (Van Soest)
FDN = MS – CC, ou seja:
FDN = Hemicelulose + Celulose + Lignina.
Hemicelulose = FDN – FDA
FDA = Celulose + Lignina
• Segundo Mertens (1997, 2002 e b)
FDNfe
FRACIONAMENTO DE ALIMENTOS
COMPOSIÇÃO QUÍMICO-BROMATOLÓGICA DOS ALIMENTOS (Valadares
filho et. al . 2006)
Alimentos
Milho
Sorgo
Caroço de algodão
Farelo de soja
Casca de soja
Bagaço de cana in natura
MS
87,6
87,9
90,6
88,6
92,3
74,8
PB FDA FDN
9,1
4,1 14,0
9,5
6,3 14,2
22,6 35,8 46,0
48,8 9,9 14,6
10,9 40,5 64,3
1,7 56,1 74,5
MM EE
1,5 4,1
1,8 3,0
4,7 18,9
6,3 1,7
4,4 0,9
1,2
-
FRACIONAMENTO DE ALIMENTOS
CÁLCULO DA INGESTÃO DE MATÉRIA SECA
IMS (%) = 120/FDN
Exemplo:
IMS = 120/60 = 2,0%
Novilho de 400 kg de PV irá ingerir 8 kg de
MS
FRACIONAMENTO DE ALIMENTOS
CÁLCULO DA DIGESTIBILIDADE
DMS (%) = 88,0 – (FDA x 0,779)
Exemplo:
DMS = 88,0 – (40 x 0,779) = 56,84%
DMS = 88,0 – (30 x 0,779) = 64,63%
ABORDAGEM ADITIVA PARA A ESTIMATIVA DA DISPONIBILIDADE NUTRICIONAL
 Principais limitações do uso do NDT:
• Mede a energia em Kg e não em unidades
energéticas
• Não considera perda de energia por gases,
incremento calórico, e o valor de energia da
proteína
CONSUMO VOLUNTÁRIO
 Introdução
• é o peso em comida ingerido por um animal em um
determinado período de tempo durante o qual ele tem
acesso livre (apresentado em kg de MS/animal/dia, % do
peso vivo e P0,75.
Consumo de matéria seca
• Produção animal
Valor nutritivo da dieta
Resposta do animal
CONSUMO VOLUNTÁRIO
 Mecanismos básicos que regulam o consumo
em ruminantes:
• Físicos
• Químicos e metabólicos
• Neuro-hormonais
• Ingestão de água
MECANISMOS FÍSICOS DE REGULAÇÃO DE CONSUMO VOLUNTÁRIO
 Fatores físicos:
• Mecanorreceptores e receptores de tensão – Distensão é causada por
volume e peso da digesta
Cinética da digestão
• Digestibilidade dos alimentos
Taxa de passagem
Tamanho e densidade da digesta da partícula
• Fluxo de partícula no RR Motilidade do retículo-rúmen
Taxa de saída do abomaso
• Processamento dos alimentos
Mastigação
Ruminação
MECANISMO FÍSICO DE REGULAÇÃO DE CONSUMO
VOLUNTÁRIO
A máxima ingestão de MS ocorre quando a ingestão regulada pelos
requerimentos energéticos (le) é igual à ingestão limitada pela repleção
ruminal (lf).
Fonte: (Mertens, 1985, citado por Mertens, 1997).
MECANISMO FÍSICO DE REGULAÇÃO DE CONSUMO VOLUNTÁRIO
 Predição de consumo para gado de corte zebuíno
• CMS (k/d) =
-2,40011 + 0,02006 * PVM + 4,81946*GMD – 1,51758*GMD2
(Valadares filho et al. 2006)
• CMS = -2,7878 + 0,08789 PV0,75 + 5,0487GMD – 1,6835GMD2
(Nelore) (BR-CORTE, 2010)
• CMS = -2,6098 + 0,08844 PV0,75 + 4,4672GMD – 1,3579GMD2
(Mestiço) (BR-CORTE, 2010)
CONSUMO VOLUNTÁRIO DE MATÉRIA SECA
VACAS LEITEIRAS
(NRC 1978) Vacas de 500 kg de peso vivo produzindo:
10 kg leite/dia consumo máximo de 2,3% do PV
20 kg leite/dia consumo máximo de 2,8% do PV
30 kg leite/dia consumo máximo de 3,4% do PV.
(NRC 1989) Fórmula de estimativa do consumo de matéria seca que
considera o PV e a % de NDT da dieta:
CMS (kg/d) = (PV x 5,4) / 500 x {1- (%NDT/100)}.
(NRC 2001) considera o peso vivo a produção de leite e a % gordura :
CMS (kg/d) = (-4,69) + (0,0142 x PV) + (0,356 x kg leite) + (1,72 x %gordura).
A % de FDN da dieta deve influenciar o consumo, segundo
Mertens 1983 o consumo voluntário de matéria seca em
%PV deve ser 120/%FDN da dieta.
MICROBIOLOGIA DO RÚMEN
 Requisitos para que espécies de microrganismos possam
ser classificados como parte da microbiota ruminal:
 Ser anaeróbio
 Apresentar população mínima de 1000000 células/g de
conteúdo ruminal fresco
 Ter sido isolada pelo menos dez vezes em dois ou mais
animais
 Ter sido isolada em pelo menos duas diferentes
localizações geográficas
 Produzir subprodutos encontrados no rúmen
MICROBIOLOGIA DO RÚMEN
Bactérias geralmente contêm:
50% de proteína
20% de RNA
3% DNA
9% de lipídeos
8% de carboidratos.
MICROBIOLOGIA DO RÚMEN
 Microbiota ruminal
 Bactérias
• População + diversa no rúmen
Nº de espécie
Capacidade metabólica
• Tamanho – 1 a 5 μm
• Densidade de bactéria no rúmen – 1010 célula/g de
conteúdo ruminal.
• Nº total de espécies ruminais – 400 já foram isoladas dos
tratos digestórios dos diferentes animais
MICROBIOLOGIA DO RÚMEN
Microbiota ruminal
 Bactérias
• Mais de 20 espécies apresentam contagens
superiores a 107 /g de conteúdo ruminal.
 Aspectos a serem considerados sobre a persistência
da diversidade das bactérias no rúmen:
• Elevada atividade metabólica das bactérias (algumas
espécies geram em 30’ ou menos.
• Diversidade de nutrientes ingerida pelo animal
hospedeiro, em diferentes formas físicas.
• Em milhões de anos de evolução, seleção de espécies
adaptadas para o “máximo de rendimento
bioquímico”.
MICROBIOLOGIA DO RÚMEN
Bactérias fermentadoras de carboidratos estruturais
(celulolíticas ou fibrolíticas):
 Principais espécies celulolíticas:
• Ruminococcus flavefaciens
• Ruminococcus albus
• Fibrobacter succinógenes
 Principais produtos produzidos:
• Acetato, propionato, butirato, succinato, formato,
CO2 e H2. Também são liberados etanol e lactato.
• Butyrivibrio fibisolvens – Fermenta tanto celulose
quanto hemicelulose.
MICROBIOLOGIA DO RÚMEN
 Bactérias fermentadoras de carboidratos nãoestruturais (amilolíticas e pectinolíticas)
 O amido é fermentado ppte por espécies do gênero
Bacteroides.
 Bacteróides amylophilus
• Utiliza amido
• Incapaz de utilizar glicose ou outros monossacarídeos
 Streptococcus bovis
 Selenomonas ruminantium
 Microorganismos fermentadores de pectina
 Lacnospira multiparus
 Streptococcus bovis e outras espécies celulolíticas.
MICROBIOLOGIA DO RÚMEN
 Lipolíticas
 Grupo de organismos que hidrolisa lipídeos não é numeroso
pelo fato do ambiente ruminal apresentar potencial de
óxidoredução muito baixo.
Ribose
 Anaerovibrio lipolytica Fonte de energia Frutose
Glicerol
Lactato
Acetato
• Substratos são fermentados
Propionato
Co2
Propionato
Glicerol Succinato
MICROBIOLOGIA DO RÚMEN









•
•
Proteolíticas
Butyrivibrio amylophilus
Butyrivibrio ruminicula
Butyrivibrio sp
Selenomonas ruminantium
Fermentadoras estritas de aminoácidos
Peptostreptococcus sp
Clostridium aminophilum
Clostridium sticklandii
Não utilizam carboidratos como fontes de energia para crescimento.
Desaminam aminoácidos em taxas 20 vezes superiores às observadas
em outras bactérias ruminais.
Obs: Quando taxa de desaminação excede a taxa de utilização da amônia
para síntese microbiana, pode ocorrer perda de eficiência na
conversão alimentar.
MICROBIOLOGIA DO RÚMEN
Anaeróbios facultativos
 Lactobacillus sp
 Streptococcus sp
 Caraterísticas principais:
• Digerem células epiteliais mortas
• Apresentam atividades ureolíticas em ambiente
situado na interfase entre tecido bem oxigenado
e o conteúdo ruminal anaeróbico
• Compreendem mais de 1% da microbiota total
• Desempenham papel importante na manutenção
de baixos níveis de O2 dissolvido no conteúdo
ruminal
MICROBIOLOGIA DO RÚMEN
 Archaea (metanogênicos)
 Methanobrevibacter sp
 Methanosarcina sp
 Methanomicrobium sp
 Methanobacterium sp
 Aspectos gerais do CH4
• Principal dreno de H2
• Bovinos produzem até 17 litros de CH4/h
• Perda de energia oriunda do alimento de até 12% da
energia bruta
• Os ruminantes são considerados como contribuintes na
emissão de gases causadores de efeito estufa
MICROBIOLOGIA DO RÚMEN
MICROBIOLOGIA DO RÚMEN
 Protozoários
 Isotricha, Entodinium, Eodinium, Diplodinium e outros.
 Tamanho – 20 a 200 μm (10 a 100 X maiores que bactérias
 Apresentam organização interna complexa com estruturas
similares:
• Boca
• Esôfago
• Estômago
• Reto
• Ânus
• Algumas espécies ocorre placa rígida (semelhante a um
esqueleto)
 População no conteúdo ruminal
• 104 e 106 protozoários/ml de conteúdo ruminal
• Em virtude do tamanho a concentração representa de 40 a
60% da biomassa microbiana
MICROBIOLOGIA DO RÚMEN
Fungos
 Neocallimastix, Piromyces, Caecomyces e outros.
 Mais de 8% da biomasa microbiana do rúmen é
constituida por fungos.
 Fermentam carboidratos estruturais.
 São capazes de atacar os tecidos vasculares
lignificados.
 Participam ativamente no rompimento físico da
fibra por meio de rizóides ou hifas
MICROBIOLOGIA DO RÚMEN
Dijkstra, J. (2002) – Nutrition Research Reviews.
MICROBIOLOGIA DO RÚMEN
ESTABELECIMENTO DE MICRORGANISMOS NO
RÚMEN
MICROBIOLOGIA DO RÚMEN
ESTABELECIMENTO DE MICRORGANISMOS NO RÚMEN
DE BEZERRO
MICROBIOLOGIA DO RÚMEN
 Exigências dos microrganismos para seu adequado crescimento:
 As bactérias celulolíticas necessitam ou são estimuladas pelos
ácidos graxos isobutírico, isovalérico e 2-metilbutírico.
• Esses ácidos são providos no ambiente ruminal por bactérias
que desaminam e descarboxilam valina, leucina e isoleucina.
 Protozoários
• Requerimento semelhante ao das bactérias.
• Sensíveis a flutuações de pH.
• Alimentos em forma de partículas.
 Fungos
• Crescimento é estimulado por aminoácidos, AGV e baixas
concentrações de ác. graxos de cadeia longa e por várias
vitaminas.
MICROBIOLOGIA DO RÚMEN
COMPARAÇÃO ENTRE CONCENTRAÇÕES DE BACTÉRIAS RUMINAIS DE
BOVINOS E OVINOS, OBTIDOS DE MESMOS ANIMAIS QUANDO
ALIMENTADOS COM DIETAS RICAS EM FORRAGENS OU
CONCENTRADOS
Espécie Nº de animais Período de
Nº de bactérias x 109/ml
amostragem(horas ou g de conteúdo ruminal
após alimentação)
Bovino
Bovino
1
2
4
16
Bovino
Ovino
Ovino
3
3
4
4a5
0
2
Adaptado de Dhority e Orpin (1997).
Forragem Concentrado
2,4
11,0
11,0
18,6
0,30
0,30 a 0,51
5,6
21,0
2,6
8,5
ALIMENTO
Rúmen
DEGRADAÇÃO
MASSA
MICROBIANA
PASSAGEM
AGV
ABSORÇÃO
PASSAGEM
Representação esquemática dos processos metabólicos no rúmen.
Adaptado de Dijstra et al. (2003)
METABOLISMO DE CARBOIDRATOS
 Introdução
 Ruminantes - CE representam 70 a 80% da ração.
 Essencial Exigências de energia
Síntese de Pbmic
Produção de leite e carne
Saúde animal
 Digestibilidade dos CE depende:
Características químicas Composição
Relação CE e conc. lignina
Características físicas (lag time e T. de digestão) Densidade
CTC
Poder tampão
Hidratação das partículas
METABOLISMO DE CARBOIDRATOS
Desenho esquemático da estrutura da parede da célula
vegetal.
Fonte: Raven et al., 2001.
Polissacarídeos (cel, Hemi e pectina)
Proteínas
 Parede celular - matriz complexa Compostos fenólicos
Água e minerais.
METABOLISMO DE CARBOIDRATOS
i
Conteúdo celular Ácidos orgânicos
Açúcares
Amido
Lamela média
Substâncias pécticas
Beta glucanos
METABOLISMO DE CARBOIDRATOS
 A Lignina da parede celular pode limitar a digestão dos
carboidratos estruturais por três possíveis mecanismos:
 Efeito tóxico de componentes da lignina
microorganismos do rúmen (ácido p-cumárico)
aos
 Impedimento físico causado pela ligação ligninapolissacarídeo, que limita o acesso das enzimas
fibrolíticas ao centro de reação de um carboidrato
específico
 Limitação da ação de enzimas hidrofílicas causada pela
hidrofobicidade criada pelos polímeros de lignina
METABOLISMO DE CARBOIDRATOS
Nutricionalmente os carboidratos podem ser classificados em:
Carboidrato fibrosos (CF) – Celulose e hemicelulose
Carboidrato não fibrosos (CNF) – Pectina, amido e açúcar
METABOLISMO DE CARBOIDRATOS
METABOLISMO DE CARBOIDRATOS
INFLUÊNCIA DA RELAÇÃO VOLUMOSO:CONCENTRADO
SOBRE AS PROPORÇÕES MOLARES DE ÁCIDOS GRAXOS
VOLÁTEIS EM BOVINOS
METABOLISMO RUMINAL DE AGV
METABOLISMO DE CARBOIDRATOS
METABOLISMO DE CARBOIDRATOS
METABOLISMO DE CARBOIDRATOS
 PRINCIPAIS FATORES QUE AFETAM A DEGRADABILIDADE DA PAREDE CELULAR
 Potencial digestível da parede celular
 Tamanho de partícula
 Fixação dos microrganismos
 Interações microrganismos-substratos
 Velocidade de passagem
 Microrganismos e acidez
 Compostos fenólicos (ácidos p-cumárico e ferúlico)
 Efeito associativo
 Limitações físicas e metabólicas
 Açúcares solúveis
 Amido
METABOLISMO DE CARBOIDRATOS
 Exigências de fibra em rações para bovino
 Efeitos de baixo teor de fibra na dieta:
•
•
•
•
Redução do pH do rúmen
Queda no consumo de MS
Diminuição no teor de gordura do leite
Risco de ocorrência de distúrbios gastrintestinais
 Fatores que afetam a concentração de fibra:
•
•
•
•
•
Teor e tipo de carboidrato
Tamanho de partícula
% de fibra proveniente de forragem
Forma de fornecimento da ração
Quantidade e frequência de concentrado fornecido
METABOLISMO DE CARBOIDRATOS
Metabolismo dos carboidratos não estrutural
 Caracterização
Ribose
Aldeídos Arabinose
 Monossacarídeos
Xilose
Glicose
Galactose
Cetonas
Frutose
Diferença de aldose e cetose – Grupo carbonila e nº de carbono
METABOLISMO DE CARBOIDRATOS NÃO ESTRUTURAL
Açúcares
Monossacarídeos
Dissacarídeos
Oligossacarídeos
METABOLISMO DE CARBOIDRATOS NÃO ESTRUTURAL
DEGRADABILIDADE RUMINAL E COMPOSIÇÃO DE
AMIDO EM GRÃOS DE CEREAIS
Cereal
Amido (%) Degradabilidade
ruminal (%)
Grão de milho quebrado
70
50
Grão de milho moído
Grão de milho úmido
Grão de sorgo moído
Grão de trigo inteiro
Grão de cevada inteiro
Grão de aveia inteiro
Grão de arroz inteiro
Grão de triticale
70
52
62
65
58
38
68
58
70
80
40
70
80
70
60
-
METABOLISMO DE CARBOIDRATOS NÃO ESTRUTURAL
O GRÃO DE MILHO CORTADO NA VERTICAL
61%
7%
11%
METABOLISMO DE CARBOIDRATOS NÃO ESTRUTURAL
5%
82%
11%
2%
Anatomia do grão de milho e suas partes. Fonte: Paes, M. C. D.
Pipoca
Duro
Endosperma vítreo
Dentado
Endosperma farináceo
Farináceo
Gérmen
CLASSIFICAÇÃO DOS NUTRIENTES PRESENTES
EM ALIMENTOS
ALIMENTO
CARBOIDRATOS
FIBROSOS
PB
EE
MM
NÃO FIBROSOS
FDN
FDA
HEMICELULOSE
AMIDO E
AÇUCARES
PECTINA
CELULOSE
LIGNINA
DISPONIBILIDADE LENTA
FERMENTAÇÃO ACÉTICA (3-12%/h)
DISPONIBILIDADE RÁPIDA
(10-50%/h):AMIDO
(300%/h:AÇUCARES
FERMENTAÇÃO
PROPIÔNICA E
LÁTICA
DISPONIBILIDADE RÁPIDA (30-50%/h) FERMENTAÇÃO ACÉTICA
METABOLISMO DE PROTEÍNAS
 Introdução
 Caracterização e funções das proteínas
 Proteínas são moléculas orgânicas de alto peso moleculares mais
abundantes e importantes nas células e perfazem 50% ou mais de seu
peso seco.
 Composição:



•
•
•
•
Todas contêm carbono, hidrogênio, nitrogênio e oxigênio
Quase todas contêm enxofre
Algumas contêm
Fósforo
Ferro
Zinco
Cobre
METABOLISMO DE PROTEÍNAS
 Funções:
 Catalisadores
 Elementos estruturais (colágeno) e sistemas contráteis
 Armazenamento (ferritina)
 Veículos de transporte (hemoglobina)
 Hormônios (insulina)
 Anti-infecciosas (imunoglobulina)
 Enzimáticas (lipases)
 Nutricional (caseína)
 Agentes protetores.
METABOLISMO DE PROTEÍNAS
Aminoácidos
Aminoácidos não-essenciais:
São aqueles sintetizados pelo organismo animal.
Alanina, asparagina, ácido aspártico, ácido glutâmico, serina.
Aminoácidos essenciais:
Não podem ser produzidos pelo organismo animal.
Fenilalanina, isoleucina, leucina, lisina, metionina, treonina,
triptofano, histidina e valina.
Substituinte
METABOLISMO DE PROTEÍNAS
Classificação dos AAs quanto aos metabólitos
produzidos:
Cetogênico
São degradados a acetil-coa ou acetoacetil-coa Dão origem a corpos cetônicos (Leu e Lis).
Glicogênico
São degradados a piruvato, a-cetoglutarato,
succinil-coa, fumarato ou oxaloacetato (Ala, Arg,
Asp, Cis, Glu, Gli, His, Met, Pro, Ser, Thr eVal).
Glicogênico e cetogênico - Phe, Trp, Ile e Tir.
METABOLISMO DE PROTEÍNAS
Destino do esqueleto carbonado dos aminoácidos
METABOLISMO DE PROTEÍNAS
METABOLISMO RUMINAL DE PROTEÍNA
METABOLISMO DE PROTEÍNAS
DEGRADAÇÃO RUMINAL DE PROTEÍNAS
METABOLISMO DE PROTEÍNAS
 Fatores que afetam a degradação de proteína no rúmen:
 Composição química e física da proteína
 Relação entre NNP e proteína verdadeira
 Estrutura tridimensional da molécula de proteína
 Presença de ligações dissulfeto
 Atividade proteolítica microbiana
 Acesso microbiano a proteína
 Tempo de retenção do alimento no rúmen
 pH ruminal
 Processamento do alimento
 Temperatura ambiente
METABOLISMO DE PROTEÍNAS
SÍNTESE HEPÁTICA DA URÉIA E RECICLAGEM
DO NITROGÊNIO
Quantidade de N reciclado para o rúmen:
10 a 15% do N ingerido
METABOLISMO DE PROTEÍNAS
 Síntese de proteína microbiana (Pmic)
 Importância da Pmic na nutrição de ruminantes
 Proteína metabolizável no intestino de ruminantes
• Pmic do rúmen (representa 45 a 55% da PM de vacas
leiteiras e 55 a 65% em bovinos de corte confinados
com rações ricas em energia e mais de 65% em animais
mantidos somente em pasto)
• PNDR de origem alimentar
• Proteína endógena
METABOLISMO DE PROTEÍNAS
 Síntese de proteína microbiana (Pmic)
 Valor nutricional da Pmic
 O valor nutricional da proteína metabolizável depende do perfil de AA
• Pmic tem um perfil de AAE excelente
 Como otimizar a Pmic
• Uso eficiente da PDR
• Menor perda de amônia ruminal
• Menor excreção de uréia
• Menor necessidade de PNDR na ração
• Maior fluxo de PM com melhor perfil de AAE para o intestino
METABOLISMO DE PROTEÍNAS
Exigências nutricionais dos microrganismos ruminais:
 Valores de PDR na MS da ração para maximizar a
síntese protéica:
 10 a 13% de PDR
 Cálculo de quantidade de Pmic - NRC (2001) e NRC
(1996)
kg de Pmic = kg de NDT x 0,13
Kg de Pmic = kg de NDT x 0,12 BR-CORTE (2010)
Kg de Pmic = Kg de PDR x 0,85 NRC (2001)
METABOLISMO DE PROTEÍNAS
 Exigências nutricionais dos microrganismos ruminais:
 Minerais e vitaminas
 Enxofre e Cobalto
 Vitaminas do complexo B
 Cinética e ambiente ruminal
 Taxa de passagem
 pH ruminal
• Obs: FDNfe – Redução de 1% no teor de fibra em dieta
abaixo de 20% a eficiência microbiana cai 2,2%
METABOLISMO DE PROTEÍNAS
Exigências nutricionais dos microrganismos ruminais:
Sincronização da degradação
ruminal de energia e proteína:
Permite maximizar o uso da PDR.
Permite minimizar perdas de amônia
através da parede ruminal.
METABOLISMO DE LIPÍDEOS
 Introdução
 Os lipídeos estão localizados principalmente nas folhas
e nas sementes dos vegetais:
 Com glicerol simples:
• Fosfolipídeos e glicolipídeos (galactolipídeos (folhas)
• Triglicerídeos (sementes)
 Sem glicerol
• Esfingolipídeos (Esfingosina + ác. Graxo + ác. Fosfórico)
• Ceras, carotenóides, clorofila, óleos essenciais, e outras
substâncias solúveis (plantas).
• Esteróides
• Terpenos
 As dietas dos ruminantes contêm entre 2 e 5% de
lipídeos (1/2 são ácidos graxos)
METABOLISMO DE LIPÍDEOS
 CLASSES E NOMENCLATURAS DE LIPÍDEOS
 Principais características:
 Comprimento da cadeia
 Insaturação
 Geometria da insaturação
• cis ou trans
 Ramificação
• Iso ou ante iso
 Família-n (ω)
 Dieno conjugado (2 duplas ligações adjacentes sem ligação
metilênica)
METABOLISMO DE LIPÍDEOS
METABOLISMO DE LIPÍDEOS
FOSFOLIPÍDEO
METABOLISMO DE LIPÍDEOS
Ácidos graxos são ácidos carboxílicos de cadeia
alifática hidrofóbica.
 Dividem-se em quatro categorias de acordo com
o número de carbonos ou comprimento da
cadeia.
 Voláteis, com 2-4 carbonos.
 Cadeia curta, com 6-10 carbonos.
 Média, com 12-16 carbonos.
 Longa, a partir de 16 carbonos.
METABOLISMO DE LIPÍDEOS
NOME E CLASSIFICAÇÃO DE ALGUNS ÁCIDOS GRAXOS COMUNS
Ácidos
Saturados
Capróico
Caprílico
Cáprico
Láurico
Mirístico
Palmítico
Esteárico
Araquídico
Behênico
Nome abreviado
Série
C6:0
C8:0
-
10:0
C12:0
-
C14:0
-
C16:0
C18:0
-
C20:0
C22:0
-
CUVELIER et al. (2004); McDONALD et al. (2006)
METABOLISMO DE LIPÍDEOS
NOME E CLASSIFICAÇÃO DE ALGUNS ÁCIDOS GRAXOS COMUNS
Ácidos
Nome abreviado
Série
Palmitoléico
C16:1 cis 9
N7
Oléico
C18:1 cis 9
N9
Linoléico
C18:2 cis-9, cis 12
N6
Linolênico
c18:3 cis-9, cis 12, cis 15
N3
Insaturados
Eicosapentaenóico C20:5cis-5,cis-8,cis-11,cis-14-cis17
N3
Docosahexaenóico C22:6cis-4,cis-7,cis-10,cis13-cis16-cis-19
N3
CUVELIER et al. (2004); McDONALD et al. (2006)
METABOLISMO DE LIPÍDEO
Motivos da adição de lipídeos às dietas de
ruminante:
 Aumentar a concentração energética
situações de elevada produção.
em
 Reduzir o risco de acidose ruminal e a queda da
gordura láctea em dietas pobres em forragens
grosseiras.
 Modificar os ácidos graxos que possam ser
absorvidos.
 Podem baratear o custo
determinadas circunstâncias.
da
dieta
em
METABOLISMO DE LIPÍDEO
FATORES QUE CONTRIBUEM PARA O AUMENTO DO USO DE
GORDURA EM RAÇÕES DE BOVINOS
Disponibilidade comercial de gordura de boa qualidade.
Aumento de ingestão de energia quando a ingestão de
MS é reduzida (aumento da eficiência de uso da energia
bruta).
Aumento da eficiência líquida no uso de energia em
decorrência de menor incremento calórico.
Aumento parcial da eficiência de produção de leite pela
incorporação direta da gordura da dieta na gordura do leite.
METABOLISMO DE LIPÍDEO
FATORES QUE CONTRIBUEM PARA O AUMENTO DO USO DE
GORDURA EM RAÇÕES DE BOVINOS
Substituição de CHO rapidamente fermentáveis por
lipídeos possibilita otimização de consumo de forragem e
fermentação ruminal (partição de nutrientes para secreção
do leite).
Aumento da flexibilidade para o preparo da ração.
Utilização para modificar a composição de gordura do
leite (ou tecido), para aumentar a aceitação do consumidor.
METABOLISMO DE ENERGIA
 Introdução
 Energia não é considerada nutriente.
 Maneiras de utilização de energia:
• Realização de trabalho (atividades dos músculos).
• Geração de calor (temperatura corporal e processos metabólicos)
 A vida é um processo consumidor de energia:
 Carboidratos
 Proteínas
 Lipídeos
Atuam como combustíveis para os processos vitais
dos seres vivos
 Leis da termodinâmica e lei de Hess:
 Afirmam que a energia não pode ser criada, não pode ser destruída,
apenas transformada
METABOLISMO DE ENERGIA
Unidades
Joule – força de um newton que desloca seu
ponto de aplicação em um metro.
Newton – unidade de força que imprime à
massa de um quilograma a aceleração de um
metro por segundo ao quadrado.
Caloria (cal) – representa a quantidade
necessária de energia para elevar a
temperatura de um grama de água de 16,5°C
a 17,5°C em pressão atmosférica normal.
METABOLISMO DE ENERGIA
TABELA DE CONVERSÃO DAS UNIDADES MAIS COMUNS
PARA EXPRESSAR ENERGIA
1J
1 cal
1 Quilocaloria (kcal)
1 kcal
1 Megacaloria (Mcal)
1 Mcal
Adaptado de Lawrence e Fowler, (2002).
0,239 cal
4,184 J
1000 cal
4,184 Quilojoules (kj)
1000 kcal
4,184 Megajoules
METABOLISMO DE ENERGIA
Unidade de tamanho metabólico
 É útil na comparação de taxas metabólicas de
animais em diferentes tamanhos corporais, uma
vez que UTM é relativa a área de superfície
corporal.
 Assim, á área de superfície de dois corpos de
forma e densidade similares, mas de diferentes
tamanhos são proporcionais a ¾ de seus pesos.
• Consequentemente, taxas metabólicas seriam
proporcionais ao peso elevado a 0,75 (kg0,75).
METABOLISMO DE ENERGIA
RELAÇÕES ENERGÉTICAS ENTRE VIAS CATABÓLICAS E
ANABÓLICAS
Nutrientes liberadores
de energia:
CHO, gorduras,
proteínas
Catabolismo
ADP+HPO2
NAD+
NADP+
FAD
Macromoléculas
celulares:
proteínas, CHO,
lipídeos, ác. nucléicos
Adaptado - Lehninger (2002)
Produtos finais
pobres em energia:
CO2, H20, NH3
ATP
NADH
NADPH
FADH2
Anabolismo
Energia
química
Moléculas
precursoras:
AA, açúcares, ác.
Graxos, bases
nitrogenadas
METABOLISMO DE ENERGIA
VIAS METABÓLICAS NÃO LINEARES
Catabolismo convergente (a)
Fosfolipídeos
Triacilgliceróis
Amido
Glicogênio
Sacarose
Anabolismo divergente (b)
Esteróides
Ác. Biliares
Est. de colesterol
Vit. K
Eicosanóides
Triacilgliceróis
Fosfolipídeos
Ace til
Co A
Oxaloacetato
Citrato
α cetoglutarato
Adaptado - Lehninger (2002)
Via cíclica (c)
CO2
CO2
METABOLISMO DE ENERGIA
PRODUÇÃO E UTILIZAÇÃO DE ENERGIA A PARTIR DE ROTAS
BIOQUÍMICAS
 Expressão mais simples da oxidação de um alimento:
 Alimento + 02 + ADP + P = CO2 + H2O + ATP
 Rendimento de ATP de uma molécula de glicose
metabolizada no intestino delgado e no rúmen:
Int. delg. 36 ATP
 1 mol de glicose
Propionato*: 2 x 17 = 34 ATP
Rúmen Acetato: 2 x 10 = 20 ATP
Butirato: 1 x 25 = 25 ATP
* Prévia neoglicogênese
Energia consumida
(EM)
Calor
Proteína
e
Gordura
Energia retida
R (retenção) = S (síntese) – D (degradação)
Di Marco et al. (2007)
METABOLISMO DE ENERGIA
NUTRIENTES, PRODUÇÃO DE CALOR E ATP
Nutrientes
Kcal/mol
ATP
Glicose
17,7
Ácido propiônico 20,4
Ácido acético
20,9
Ácido butírico
20,1
Proteínas
22,7
Ácido palmítico
18,6
Energia
Kcal/mol
673
367
209
524
656
2398
g/mol
ATP/mol
180
74
60
88
115
284
38
18
10
25
29
13
Di Marco et al. (2007)
Demanda por funções metabólicas (ATP):
 Trabalho fisiológico ou função de serviço
 Transporte de íons de Na+/K+
 Biossíntese de proteínas e gorduras
METABOLISMO DE ENERGIA
ROTAS DA SÍNTESE DE ACETATO NO RÚMEN
Piruvato
Piruvato
CoA
FAD
FADH2
Co
CoA
Formato
Co
H
Acetil-CoA
Acetil-CoA
Pi
CoA
CH4
Resultam:
2 mol. de acetato
2 mol. de ATP
Acetato
Acetil-fosfato
Acetato
METABOLISMO DE ENERGIA
ROTAS DA SÍNTESE DE PROPIONATO NO RÚMEN
NADH
NAD
Malato
Piruvato
HO
Fumarato
NADH
NAD
NADH
NAD
Lactato
Succinato
CoA
HO
CoA
Succinil-CoA
Acrilato
CO
Metilmalonil-CoA
Propionil
-CoA
NADH
NAD
Propionato
2H
CoA
METABOLISMO DE ENERGIA
VALOR CALÓRICO DOS PRINCIPAIS PRODUTOS FINAIS
GERADOS NO RÚMEN
Produtos
Valor calórico (kcal/mol)
Ácido acético
209,4
Ácido propiônico
367,2
Ácido butírico
524,3
Metano
210,8
Adaptado de Czerkawski, (1986)
METABOLISMO DE ENERGIA
Partição da energia:
Energia bruta (EB).
ED = EB – EF
1kg de NDT = 4,41 Mcal de ED.
Para obtenção do valor de ED (Mcal/kg de MS)
a partir do NDT basta multiplicar a %NDT do
alimento ou ração por 0,0441.
METABOLISMO DE ENERGIA
Partição da energia:
 EM = ED – EG – EU
 EM = EB – EF – EG – EU
 EM pode ser obtida de:
 EM = ED x 0,82 ou
 1 kg de NDT = 3,62 Mcal de EM.
 Para obtenção do valor de EM (Mcal/kg de MS) a
partir do NDT basta multiplicar % NDT por
0,0362.
METABOLISMO DE ENERGIA
 Partição da energia:
 Incremento calórico: é o aumento que ocorre
na produção de calor do animal em (Kj) por
cada unidade no consumo de EM em (Mj)
 EL = EM – IC
 EL = ED – EF – EG – EU – IC
 ELm (Mcal/kg de MS) = 1,37EM – 0,138EM²
+ 0,0105EM³ – 1,12
 ELg (Mcal/kg de MS) = 1,42EM – 0,174EM² +
0,0122EM³ – 1,65
METABOLISMO DE ENERGIA
 Exemplo: Alimento com 55% de NDT.
 Cálculo da EM, ELm e ELg.
 ED (Mcal/kg de MS) = 55 x 0,0441 = 2,426
 EM (Mcal/kg de MS) = 0,82 x ED = 0,82 x 2,426 = 1,99
 ELm (Mcal/kg de MS) = 1,37EM – 0,138EM² +
0,0105EM³ – 1,12
 ELm = 1,37 x 1,99 – 0,138 x 1,99² + 0,0105 x 1,99³ –
1,12
 Elm = 2,73 – 0,138 x 3,96 + 0,0105 x 7,88 – 1,12
 Elm = 2,73 – 0,55 + 0,08 – 1,12
 ELm = 1,14 Mcal/kg de MS
METABOLISMO DE ENERGIA
Exemplo: Alimento com 55% de NDT.
 ELg (Mcal/kg de MS) = 1,42EM – 0,174EM² +
0,0122EM³ – 1,65
 ELg = 1,42 x 1,99 – 0,174 x 1,99² + 0,0122 x
1,99³ – 1,65
 ELg = 2,83 – 0,69 + 0,10 – 1,65
 ELg = 0,59 Mcal/kg de MS
PARTIÇÃO BIOLÓGICA DA ENERGIA DOS
ALIMENTOS
METABOLISMO DE ENERGIA
ENERGIA
BRUTA
ENERGIA DAS FEZES
ENERGIA
DIGESTÍVEL
ENERGIA DA URINA
+ GASES (CH4)
ENERGIA
METABOLIZÁVEL
 Produção de calor:
 Metabolismo basal
 Atividade voluntária
 Formação de produtos
 Digestão e absorção
 Regulação térmica
 Calor de fermentação
 Excreção
ENERGIA DO
INCREMENTO
CALÓRICO
ENERGIALÍQUIDA
MANTENÇA
PRODUÇÃO