Anatomia e fisiologia dell’apparato mammario

•  L’organo della lattazione è costituito dalle mammelle, che sono ghiandole tubulo-alveolari composte di natura ectodermica, poste nella regione pubica nei ruminanti e negli equini, mentre nei suini e nei carnivori sono dislocate dalla regione pubica fino a quella sternale. •  Il loro numero è diverso nelle varie specie: due nella giumenta equina e asinina, nella pecora e nella capra; quattro nella vacca; otto nella gatta, da otto a dieci nella cagna e da dieci a dodici nella scrofa.

Funzione biologica della ghiandola mammaria

•  Ghiandola esocrina; comune a tutti i mammiferi •  Funzione: nutrire il neonato

–  Fonte di nutrienti: grasso, proteine, zuccheri, vitamine, minerali, acqua

–  Protezione: immunoglobuline

•  Ogni ghiandola è munita di un capezzolo; nella vacca, nella pecora e nella capra questo ha un solo orifizio, in cui termina il canale del capezzolo, alla base del quale sta la cisterna del latte o seno galattoforo, che raccoglie il latte veicolato dai canali galattofori. •  Nella cavalla, per ogni mammella, gli orifizi e i seni galattofori sono due; nella scrofa, che non ha le cisterne del latte, i canali galattofori sboccano direttamente all’estremità del capezzolo, che ha perciò un numero variabile di orifizi (da 5 a 10).

Struttura della ghiandola mammaria •  La mammella è costituita da 2/4 ghiandole separate

–  Ogni quarto termina con un capezzolo •  Il fondo del capezzolo è chiuso da uno sfintere •  Ci possono essere capezzoli sopranumerari, non funzionanti

•  Conformazione del capezzolo –  Di forma variabile, da conico a cilindrico –  I capezzoli anteriori, di norma, sono più corti –  Ogni capezzolo dovrebbe essere posto al centro del quarto –  Gli sfinteri dei capezzoli dovrebbero essere sufficientemente

stretti da prevenire lo sgocciolamento del latte –  I capezzoli sono privi di peli

Pins

Thurl

Hooks

Short Ribs

Punta ischio (natica)

Punta ileo (anca)

Articolazione coxo-femorale

Vista laterale

Per la vacca da latte il BCS è basato sulla valutazione dell’area pelvica e di quella lombare

Vista da tergo

Pins

Thurl

Hooks

Short Ribs

Tailhead Ligament

Sacral Ligament

Struttura della ghiandola mammaria

•  supporto = Stroma (tessuto connettivo)

•  Ghiandola; tessuto secernente = Parenchima – Alveoli- cellule epiteliali secernenti

– Lobi e lobuli: clusters di alveoli supportati da tessuto connettivo

– Sistema dei dotti, cellule epiteliali allineate

Quarti anteriore e posteriore di ghiandola mammaria

60% 40%

Medial suspensory

ligament

Anatomia interna •  Orifizio del capezzolo

–  Contenere il latte all’interno della mammella e tenere i batteri al di fuori

•  Cisterna del capezzolo –  Dotto interno al capezzolo di capacità pari a 30-45

millilitri (nella vacca) –  Separato dall’orifizio del capezzolo da uno strato di

tessuto chiamato rosetta di Furstenberg. •  Cisterna del latte

Contiene circa 400 millilitri di latte •  Raccoglie il latte proveniente dal sistema dei dotti mammari

Fürstenburg's Rosette - La rosetta di Fürstenburg è localizzata sopra l’orifizio dello sfintere -  E’ composta da strati di tessuto che si appiattiscono via via che il latte si accumula nella mammella. - Questo aiuta a bloccare la fuoriuscita di latte fra due mungiture. - Questo strato di tessuto può essere danneggiato da mungiture mal eseguite o da trattamenti sanitari impropri..

Orifizio del capezzolo -chiuso dai muscoli dello sfintere. Ruoli: 1. Prevenire la fuoriuscita di latte tra le mungiture 2. Barriera nei confronti dei batteri e di corpi estranei - La velocità di mungitura è legata alla dimensione

dell’orifizio e alla forza con la quale l’orifizio è chiuso

Cheratina - Le cellule che formano l’orifizio contengono cheratina - La cheratina è una sostanza cerosa. - Questa sostanza aiuta a sigillare il capezzolo tra le mungiture - La cheratina, inoltre, ha proprietà inibenti la crescita batterica. - La formazione di cheratina rappresenta la prima linea di difesa della mammella..

La cisterna del capezzolo - E’ la cavità all’interno della mammella che contiene circa 30 mL di latte (la quantità può variare in funzione delle dimensione della mammella). - Il latte vi si accumula durante la mungitura. - Si riempie in continuo durante la mungitura - Vi si accumula anche il latte tra una mungitura e l’altra (primo latte da rimuovere all’inizio della mungitura)

Seno galattaforo o cisterna mammaria E’ collegato alla cisterna del capezzolo ed è collegato alla base della mammella. Varia in dimensioni ed è il punto di congiunzione che raccoglie il latte dei dotti galattofori. Anch’essa si riempie e si svuota rapidamente durante la mungitura.

Alveoli e sistema dei dotti •  Gli alveoli sono l’unità secernente principale

–  Sono costituiti da piccoli bulbi con una cavità centrale. –  Le cellule epiteliali secernenti sono allineate a formare

l’alveolo •  Ogni alveolo è circondato da una rete di capillari e di cellule

mioepiteliali –  La contrazione delle cellule mioepiteliali consente l’eiezione

del latte •  Gruppi di alveoli che sboccano in un unico dotto formano un

lobulo –  Più lobuli formano un lobo –  Più lobi sboccano in un dotto galattoforo che a sua volta

sbocca nella cisterna mammaria •  I dotti consentono di conservare il latte e di veicolarlo verso

l’esterno.

Struttura dell’alveolo mammario

(Patton, 1969.)

Model alveolus (a) with subtending duct (d) showing blood supply, adipocyte stroma, myoepithelial cells, and plasma cells (PC).

Schema organizzazione ghiandola mammaria

Sezione trasversale di alveolo mammario

An alveolus is composed of a single layer of epithelial cells surrounding a lumen, and surrounded by a basket network of myoepithelial cells. This is surrounded by a basement membrane (made of connective tissue proteins). Blood vessels and capillaries run through the stroma (inter-alveolar spaces). The stroma also contains fibroblasts, leukocytes (plasma cells) and other connective tissue cells.

Circulation •  La produzione del latte è sostenuta da un flusso di

sangue che varia da 5 a 9 litri al minuto. In generale sono necessari 500 volumi di sangue per generare un volume di latte.

•  Il sangue entra nella mammella attraverso le arterie pudiche esterne

•  Il sangue esce dalla mammella dalle vene alla base della mammella, attraverso due vie: –  Vene pudiche eserne –  Vene addominali subcutanee

Fig 29-6. Blood flow to and from the mammary gland determines milk producing capability of the cow (Courtesy of Iowa State University)

La lattogenesi

Formalmente la lattogenesi è definita come l’inizio della secrezione del latte in conseguenza dell’evento parto.

In realtà il primo stadio della lattazione ha inizio nell’ultima fase della gravidanza, poco prima del parto, quando aumenta il livello plasmatico degli estrogeni che stimolano la secrezione di prolattina, mentre la PGF2α determina la diminuzione del progesterone circolante. Questo fatto riveste un ruolo importante in quanto il progesterone inibisce la sintesi di α-lattoalbumina, una proteina essenziale per la formazione della lattosio sintetasi, enzima limitante per la biosintesi del lattosio.

Curva di lattazione

La produzione del latte nelle varie specie è caratterizzata da una durata differente e da un tipico andamento nel tempo, che vede succedersi più fasi

Durata lattazione (giorni)

Vacca 300-320 Cavalla 180-200 Bufala 280-300 Capra 240-250 Pecora 150-160

Picco di lattazione

Settimane dopo il parto

Fase colostrale

Fase di crescita

Fase di decrescita

Fase di asciutta

La fase colostrale

Il colostro è il primo prodotto di secrezione della ghiandola mammaria subito dopo il parto ed è essenziale per la sopravvivenza del vitello neonato. Il colostro, infatti, fornisce la vitello i nutrienti essenziali per stimolare il suo metabolismo e la sua attività digestiva. Il colostro è anche fonte di protezione immunitaria passiva. La quantità, la qualità e il tempo di somministrazione del colostro sono i fattori principali che determinano l’incidenza di mortalità e morbilità.

Il colostro, rispetto al latte materno, contiene più del doppio di sostanza secca, il triplo di sostanze minerali e cinque volte di più di proteine. Anche il contenuto totale di energia e vitamine è più elevato, in particolare di vitamina A e D, importanti per il neonato in quanto possiede basse riserve di queste sostanze. Il lattosio, al contrario, è contenuto in minori quantità, per evitare che l’iniziale ridotta capacità del vitello di produrre lattasi porti l’instaurarsi di disturbi intestinali.

Colostro

1 2 3 Latte

Sostanza secca (%) 23.9 17.9 14.9 12.9

Proteine (%) 14.0 8.4 5.1 3.1

IgG (mg/ml) 32.0 25.0 15.0 0.6

Grasso 6.7 5.4 3.9 4.0

Lattosio 2.7 3.9 4.4 5.0

Ceneri 1.1 1.0 0.8 0.7

Vitamina A (ug/dl) 295.0 190.0 113.0 34.0

Controllo della lattazione (1) Alla funzionalità della mammella concorrono molti

ormoni:

Ø  Prolattina: secreta dalle cellule lattotrofe dell’adenoipofisi, sostiene la lattogenesi e la galattopoiesi che avvia e sostiene i processi di biosintesi e di secrezione del latte.

Controllo della lattazione (2)

Ø  Ormone somatotropo: esercita un’azione di controllo sul numero e le dimensioni delle cellule mammarie secernenti durante la lattazione. Le bovine più produttive avrebbero una elevata increzione di GH e questa condizione costituirebbe una caratteristica genetica.

Ø  Estrogeni: agiscono sullo sviluppo del tessuto secretivo mammario (accrescimento dei dotti).

Ø  Ormoni surrenalici e t iroidei (il Cortisolo, T3: Trioidiotironina e T4 :Tiroxina), necessari al mantenimento della lattazione. I primi sono indispensabili per la formazione della quota minerale e idrica del latte in quanto regolano il ricambio cationico (Na, K, ecc.), mentre i secondi regolano la funzionalità mitocondriale e, quindi, le vie metaboliche energetiche cellulari.

Model of Lactogenesis Pregnancy Lactation

Epithelialcell Laminin-Rich

Basement Membrane

Estrogen, Progesterone

Direct +indirecteffects

TGFa

Growth

ECMSynthesis

Progesterone

InhibitsLactation

Epithelialcell

P4 receptor

Cortisol, Prolactin

Milk Protein,Other Genes

Milk

Laminin-RichBasement Membrane

LowP4 receptor

LowProgesterone

L’unità secernente della ghiandola mammaria è l’alveolo. Ogni alveolo è rivestito di tessuto connettivo a formare dei lobuli che, a loro volta, sono raccolti in lobi. In questo modo avremo un sistema di dotti interalveolari, intralobulari e intralobari o galattofori.. Solo gli alveoli sono rivestiti da cellule epiteliali secernenti, i dotti e le cisterne sono rivestiti di cellule epiteliali non secernenti.

Il sistema dei dotti confluisce in vasi di calibro sempre maggiore che sboccano in una cavità denominata cisterna del latte che comunica con la sottostante cisterna del capezzolo, di forma allungata. Il capezzolo è dotato di un dotto papillare chiuso allo sbocco esterno da uno sfintere.

L’eiezione del latte Il riflesso di eiezione induce la discesa del latte dall’alveolo e dai piccoli dotti delle cisterne per spremitura degli alveoli stessi da parte delle fibre mioepiteliali a canestro, contrattili, che lo avvolgono. La contrazione è dovuta all’ormone ossitocina.

L’ossitocina viene secreta dalla neuro-ipofisi in seguito a stimoli visivi, sonori e meccanici percepiti dall’animale. Il tempo che intercorre fra il rilascio dell’ossitocina e la spremitura degli alveoli è 45-60 ‘’. L’azione dell’ormone ossitocico è di breve durata (4-5 minuti), in tale tempo il latte deve essere estratto, altrimenti, in breve tempo, la pressione mammaria riacquista i valori iniziali.

La rimozione completa e continua del latte dalla ghiandola mammaria è essenziale per il mantenimento della lattazione. L’aumento dell’intervallo di mungitura, infatti, va a detrimento del tasso di secrezione. Per lungo tempo, l’aumento della pressione intramammaria è stata ritenuta la causa di questo fenomeno, più recentemente è stato osservato che altri fattori fisiologici sono da ritenersi più determinanti. Il fattore che sembra essere più importante è l’accumulo di una proteina, genericamente denominata FIL (Feedback Inhibitor of lactation), che, quando si accumula negli alveoli causa un meccanismo di inibizione a feedback della sintesi dei componenti del latte. Per questo motivo l’aumento della frequenza delle mungiture concorre al mantenimento dell’efficienza secretoria della ghiandola mammaria.

Eiezione del latte •  Riflesso  neuro-­‐ormonale •  La  suzione  o  il  massaggio  della  mammella  s4molano  i  nervi  

mammari  che  inviano  un  segnale  all’ipofisi  posteriore,  causando  il  rilascio  dell’ossitocina.

•  L’ossitocina  induce  la  contrazione  delle  cellule  mioepiteliali  a<orno  agli  alveoli.

•  L’efficienza  della  mungitura  dipende  dai  seguen4  fa<ori: –  S4molazione  della  mammella  almeno  1  minuto  prima  

dell’inizio  della  mungitura  –  Il  massimo  effe<o  dell’ossitocina  si  realizza  nei  primi  2-­‐3  

minu4  di  mungitura –  Gli  stress  in    pre-­‐parto  o  alla  mungitura  inibiscono  il  rilascio  

di  ossitocina

302520151050-5-10-15-20-250

5

10

15

20

25

30

35Oxytocin Release at Milking

MINUTES

Seru

m O

xyto

cin

(µU

/ml)

Machine onPremilking Stimulus

ORMONI e

METABOLITI

• Clima • Stagione • Mungitura • Management

Latte • Quantità • Qualità

Mammella

Alimentazione Genetica

Tessuti adiposo e muscolare

• Stato salute • Stato benessere (stress)

L’armonizzazione degli effetti ormonali nella vacca da latte è da attribuire al patrimonio genetico, oltre che all’ottimale interazione con i fattori ambientali e, in particolare, la disponibilità di nutrienti per la sintesi del latte.

Acqua

(%)

Residuo secco (%)

Grasso (%)

Proteine (%)

Lattosio (%)

Ceneri (%)

Peso specifico

Energia kcal/kg

Donna 87,57 12,43 3,38 1,64 6,69 0,22 1,0300 682,2

Vacca 87,62 12,38 3,46 3,43 4,71 0,78 1,0321 712,6

Zebù 86,56 13,14 4,90 3,21 4,58 0,75 1,0306 827,7

Asina 90,39 9,61 1,21 1,74 6,23 0,43 1,0336 463,3

Cavalla 90,48 9,52 0,85 2,06 6,26 0,35 1,0356 448,6

Lama 86,55 13,45 3,15 3,90 5,60 0,80 1,0000 745,5

Renna 65,79 34,21 19,73 10,31 2,71 1,46 1,0000 2570,4

Bufala 83,59 16,41 7,16 3,77 4,73 0,75 1,0310 1084,3

Dromedaria 87,83 12,17 4,68 3,31 3,51 0,67 1,0000 773,7

Capra 86,77 13,23 4,62 3,41 4,47 0,73 1,0308 812,1

Pecora 80,48 19,52 7,54 6,17 4,89 0,92 1,0376 1263,6

Scrofa 81,91 18,09 6,16 6,31 4,61 1,01 1,0412 1129,3

Cagna 79,14 20,86 9,21 7,39 3,19 1,07 1,0353 1423,8

Gatta 91,63 18,37 3,33 9,08 4,91 0,58 1,0000 1030,3

Coniglia 69,50 30,50 10,45 15,54 1,95 2,56 1,0493 1956,5

Elefantessa 66,70 33,30 22,07 3,21 7,39 0,63 1,0000 2575,2

Delfina 48,76 51,24 43,71 - - 0,46 1,0000 -

Balena 76,98 33,02 13,42 10,43 1,48 1,15 1,0000 1928,6

Meccanismi di secrezione dei componenti del latte

La cellula mammaria elabora alcuni componenti del latte a partire da precursori ematici cui addiziona acqua e sali minerali per completare la composizione del latte

sangue

+

Cellula mammaria Alveolo mammario

Lattosio

Proteine

Grassi

Acqua

Sali minerali

Fasi fisiche del latte: Lattosio e Sali minerali: soluzione

Proteine: sospensione Grassi: emulsione

Precursori ematici

Latte

 Substrate   %  uptake   Utilization    (all  can  be  used  for  energy).    Major  direct  contributions  

to  milk  are  in  bold  Glucose   25   Lactose  synthesis  

NADPH  for  fat  synthesis  Glycerol  for  triglyceride  synthesis  Synthesis  of  glucogenic  amino  acids  Synthesis  of  fatty  acids  (non-­‐ruminants  only)  Synthesis  of  ketogenic  amino  acids  (non-­‐ruminants  only)  

Acetate   56   Fatty  acid  synthesis  Synthesis  of  ketogenic  amino  acids  

b-­‐OH-­‐butyrate   40   Fatty  acid  synthesis  Synthesis  of  ketogenic  amino  acids  

Propionate   45   Glucose  synthesis  Synthesis  of  glucogenic  amino  acids  

Triglycerides   58   Milk  triglyceride  Fatty  acid  portion  -­‐  synthesis  of  ketogenic  amino  acids  Glycerol  portion  -­‐  synthesis  of  glucose  or  glucogenic  amino  acids  

Free  fatty  acids  

5   Milk  Triglycerides  Synthesis  of  ketogenic  amino  acids  

Amino  acids   20-­‐60  Most  40-­‐50  

Protein  synthesis  Glucogenic  amino  acids  -­‐  lactose  synthesis  Ketogenic  amino  acids  -­‐  fat  synthesis  

 

Vie anaboliche

MajorOrgan(s)

Input Output Energy Needs

Gluconeogenesis Liver,others Pyruvate, otheracids

Glucose NADH, ATP

Malonyl CoA Most,adipose,mammary

Acetyl CoA Fatty acids NADPH, ATP

ProteinSynthesis

All, Amino acids proteins ATP, GTP

LactoseSynthesis

Mammary Glucose Lactose UTP

Urea Cycle Liver,Others(Mammary)

Amonia Urea ATP

Energia

•  Energia riducente – NADH – FADH2 – NADPH

•  Energia libera – ATP – GTP, UTP, etc. – Creatine phosphate

Vie cataboliche

Pathway MajorOrgan(s)

Input Output Energy Output

Glycolysis All Glucose Pyruvate, NADH, ATP

Kreb’s Cycle All Acetyl CoA CO2 NADH,FADH2, GTP

PentosePhosphate

Most Glucose CO2, Various sugars NADPH

OxidativePhosphorylation

All O2,NADH,FADH2

H2O ATP

Beta oxidation All Fatty Acids Acetyl CoA ATP

Amino AcidMetabolism

MostLiver

AminoAcids

Amino acids,Carboxylic acids

Various

Conversione dei substrati Blood Secretory Epithelium Milk

Acetateβ-OH Butyrate

Glucogenic amino acids

Propionate

Ketogenic amino acids

Free Fatty Acids

Lipoproteins

Glucose

Triglycerides

Proteins

Lactose

MalonlyCoA Pathway

Fatty Acids

Glycerol

Glucose

LipoproteinLipase

Gluconeogenesis

Fabbisogni energetici Blood Secretory Epithelium Milk

Acetateβ-OH Butyrate

Glucogenic amino acids

Propionate

Ketogenic amino acids

Free Fatty Acids

Lipoproteins

Glucose

Triglycerides

Proteins

Lactose

MalonlyCoA Pathway

Fatty Acids

Glycerol

Glucose

Gluconeogenesis

ATP; NADH

UTP

ATP

ATP; NADPH

ATP, GTP

Fonti di energia

Acetateβ-OH Butyrate

Glucogenic amino acids

Propionate

Ketogenic amino acids

Free Fatty Acids

Lipoproteins

Glucose Glycolysis

Oxidative Phosphorylation

β-Oxidation

Pyruvate

Acetyl CoA

NADHATP

GTPUTP

Glycerol

ATP; NADH

FADH2NADH

KrebsCycle

GTP

OAA

Mitochondria

Ruolo degli organi Bone

GI Tract

Liver

Kidney

AdiposeMuscle

NutrientAbsorption

CirculationGluconeogenesisTransamination

Lipoprotein synthesis

Fat SynthesisStorage

Lipolysis

Ca StorageMobilization Transamination

Protein deposition

Ca Reabsorption

FatProteinLactoseSynthesis

Metabolismo lipidico

GI Tract

Liver

Adipose

AcetatePropionate(Glucose in Non-ruminants)

NEFA

Fat Synthesis

Triglyceride SynthesisLipoprotein assembly

ChylomicronsLiproproteins

Fatty acidSynthesisTriglyceride

Synthesis

MilkFatExport

Inefficient in cows

NEFA uptakeby Udderinefficient

La ghiandola mammaria produce i lipidi partendo da un pool di acidi grassi che per il 40% (in peso) viene sintetizzato “de novo” dalle cellule stesse, a partire dall’acetato e dal β-idrossibutirrato, che contribuisce per il 15%; il rimanente 60% dei lipidi, è costituito da acidi grassi prelevati dal flusso ematico.

I lipidi del latte

rumine

Principi nutritivi

Fermentazioni batteriche ruminali dei

carboidrati

AGV Acetato, Propionato

e Butirrato

1) tessuti

2) Attività digestive post ruminali

Origine dei lipidi nei ruminanti

Cellulosa Amido

Glucosio 1-P Glucosio Glucosio 6-P

Fruttosio 6-P

Glicolisi

Piruvato

Emicellulose Pentosani Pectine

Pentosi

Fruttosio

Via AcetilCoA Via Metil MalonilCoA Via AcetilFosfato

Acetato + metano Acetato e Butirrato Proprionato

Acetato e Butirrato (convertito a βidrossibutirrato a livello della parete ruminale) sono i precursori degli acidi grassi a corta e media catena

Lipidi della dieta dei ruminanti

Intestino

Rumine

Non sono usati come substrati fermentativi, ma gli acidi grassi insaturi vanno incontro ad una massiccia idrogenazione

Sono: Acidi Grassi Liberi (FFA) di origine alimentare o microbica, piccole quantità di fosfolipidi microbici. Nel caso della

somministrazione di grassi protetti si possono avere anche trigliceridi

Lipidi della dieta Acidi grassi Esterificazione tra

glicerina ed acidi grassi

Glucosio

Trigliceridi

Bile (emulsione) Fosfolipasi A2 Via glicerofosfato

Intestino

Lipidi della dieta dei ruminanti

Nelle cellule della mucosa intestinale

Glucosio Glicerina

Esterificazione con gli acidi grassi

Trigliceridi

Assemblaggio in Chilomicroni Tessuti e latte

Fosfolipidi Colesterolo Apoproteine

I chilomicroni vengono “smontati” a livello epatico e gli acidi grassi che ne derivano sono

utilizzati (ossidazione, desaturazione, allungamento, riesterificazione e successivo assemblaggio di lipoproteine a varia densità)

I chilomicroni e le lipoproteine possono raggiungere direttamente i tessuti e la

ghiandola mammaria dove sono utilizzati per la formazione del grasso, senza essere preliminarmente processati nel fegato

glucosio

glicerolo

Acetato

3-idrossibutirrato

Chilomicroni VLDL

LPL

Acil-CoA

TG MFGM

LATTE Ghiandola mammaria

Sangue

Glicerolo 3-fostato

Trasportatore glucosio

glicerolo

ACC FAS Desaturasi

FA Albumina-FA

Il grasso del latte dei ruminati

Cellula secernente

Globulo di grasso formato

Globulo di grasso in formazione

Membrana cellulare

Membrana del globulo

Dimensione dei Globuli di Grasso

Bovini 3.60-5.32 µm Ovini 3.20-4.95 µm

Caprini 3.10-4.89 µm

Neo-formazione mammaria

Dieta e/o mobilizzazione

riserve

SCFA

MCFA (fino a C:14 e parte del C16)

BCFA

UFA (solo i prodotti dell’enzima SCD)

SFA (solo a partire dal C16) TFA

LCFA

MUFA

PUFA

Punti critici del metabolismo lipidico mammario

Afflusso di precursori e acidi grassi preformati dal metabolismo ruminale e dalla dieta: AGV; TFA; LCFA; PUFA; LPL

Allungamento e desaturazione degli acidi grassi a livello mammario: FAS; SCD

Formazione dei trigliceridi: Sn1

Sn2

Sn3

Uguale affinità per LCFA, SFA, UFA.

Maggiore affinità per LCFA, e SCFA, competizione tra C4:0 e C18:0

GPAT (glicerol-3fosfato aciltransferasi)

LPAT (lisofosfatidic acid aciltransferasi)

DGAT (diacilglicerol aciltransferasi)

La posizione Sn2 riveste un ruolo piuttosto importante, in quanto, nell’uomo, le lipasi pancreatiche attaccano

soprattutto le posizioni Sn1 e Sn2, generando 2-monogliceridi assorbiti velocemente ed in via

preferenziale

Affinità per la posizione

Sn2

C16:0

C18:1

C18:3, C18:0, C20:4

C14:0, C12:0, C18:2

Questa caratteristica può essere modificata:

- Aumentando la disponibilità di PUFA a livello della mammella,

si può determinare una loro maggiore inclusione in posizione

Sn2. - Determinando i fattori endogeni di regolazione dell’espressione del gene per la LPAAT (enzima che catalizza l’esterificazione

degli acidi grassi alla posizione Sn2)

La recente localizzazione e caratterizzazione del gene bovino

LLAAT rappresenta un primo passo in questa direzione

Punti critici del metabolismo lipidico mammario

Afflusso di precursori e acidi grassi preformati dal metabolismo ruminale e dalla dieta: AGV; TFA; LCFA; PUFA; LPL

Allungamento e desaturazione degli acidi grassi a livello mammario: FAS; SCD

Formazione dei trigliceridi: Sn1

Sn2

Sn3

Uguale affinità per LCFA, SFA, UFA.

Maggiore affinità per LCFA, e SCFA, competizione tra C4:0 e C18:0

GPAT (glicerol-3fosfato aciltransferasi)

LPAT (lisofosfatidic acid aciltransferasi)

DGAT (diacilglicerol aciltransferasi)

I lipidi del latte si trovano sotto forma di globuli sferici, secreti dalle cellule epiteliali alveolari, tali globuli sono costituiti da un “core” di Trigliceridi, rivestito da una sottile membrana del globulo di grasso

Distribuzione dei lipidi nel latte bovino

Membrana del globulo

Core

0.5-1% lipidi totali del latte

95-98 % lipidi totali del latte

Siero 1.5-4 % lipidi totali

del latte

Costituiti da 21-44% fosfolipidi 56-79% trigliceridi

5.1-10.7% digliceridi 1-5.1% acidi grassi liberi

0.4-1.9% colesterolo

Costituiti da 88-93% trigliceridi 5.2-9.8% digliceridi

1.5-7.3% acidi grassi liberi 0.2-1.4% colesterolo

Costituiti da 30-45% fosfolipidi 71-83% trigliceridi

4.3-10.1% digliceridi 8.7-15.7% acidi grassi liberi

1.2-8.4% colesterolo

I trigliceridi del latte

La distribuzione degli acidi grassi nei trigliceridi non è casuale

• latte ovino: 134 specie di TG (Fontecha et al., 2004)

• latte di capra: 137 specie di TG (Fontecha et al., 2000)

•  I più rappresentati nel latte ovino sono: 4:0 – 14:0 – 16:0 (3.5%); (C34) 4:0 – 16:0 – 16:0 (4.2%); (C36) 4:0 – 16:0 – 18:1 (4.5%); (C38) 10:0 – 16:0 – 16:0 (3.5%); (C42) 10:0 – 16:0 – 18:1 (3.5%); (C44) 16:0 – 16:0 – 18:1 (3.0%); (C50) 16:0 – 18:1 – 18:1 (3.0%); (C52) La distribuzione degli acidi grassi nei TG è asimmetrica: il C4:0 esterifica la glicerina in poszione Sn-3 e anche gli altri acidi grassi a corta catena evidenziano una netta preferenza per questo sito

CCH2O

O

CH2O

O

C

CCHO

O

R3FA

R1FA

R2FA

Sn3 Sn2 Sn1

50% trisaturo, 30% monoinsaturo, 20% polinsaturo 51% trisaturo, 31% monoinsaturo, 18% polinsaturo)

Time (min) 7 8 9 10 11

20000

40000

60000

80000

100000

counts

C54  

C30  C32  

C34  

C36  

C38  C40  

C42  C44  

C46  C48  

C50  

C52  

C26  C28  

C24  

Profilo trigliceridi nel latte ovino

(Mele et al., 2011)

Acido Sn 1 Sn 2 Sn3 C4:0 - - 35.4 C6:0 - 0.9 12.9 C8:0 1.4 0.7 3.6 C10:0 1.9 3.0 6.2 C12:0 4.9 6.2 0.6 C14:0 9.7 17.5 6.4 C15:0 2.0 2.9 1.4 C16:0 34.0 32.3 5.4 C16:1 34.0 3.6 1.4 C17 2.8 1.0 0.1

C18:0 1.3 9.5 1.2 C18:1 10.3 18.9 23.1 C18:2 1.7 3.5 2.3

Distribuzione degli acidi grassi nei trigliceridi Gli acidi grassi

volatili mostrano una netta preferenza per la

posizione sn-3 e competono con il

C18:1 per la posizione Sn-3

La ghiandola mammaria può

modulare la sintesi degli acidi grassi a

corta catena e dell’acido oleico per mantenere costante la fluidità del grasso del

latte

Metabolismo proteico

Liver

Muscle

Amino acidsNon a.a Precursors

Transaminationa.a Synthesis

Protein synthesis

Transaminationa.a. synthesis

Protein Synthesis

Amino acid absorptionTransamination

GI Tract

ProteinSynthesis

MilkProteins

Le proteine del latte

Con il termine “proteina del latte” ci si riferisce in realtà a differenti gruppi di proteine che spesso presentano attributi e proprietà molto eterogenei tra loro.

Alfa-s1

Alfa-s2

Beta

K

Le caseine

Le proteine del siero Beta-lattoglobulina Alfa-lattoalbumina

diventano insolubili a pH 4,6 e, perciò, possono essere determinate tramite precipitazione per aggiustamento del pH

Ciò che rimane in soluzione dopo l’aggregazione delle caseine

La “caseina intera” è in realtà un grosso aggregato di molecole appartenenti a quattro tipi di frazioni

proteiche complesse ovvero tre fosfoproteine calcio-sensibili (αs1-, αs2-, β-caseina) e una

glicofosfoproteina detta k-caseina.

caseina intera 80% delle lattoproteine

αs1-caseina 36% delle caseine αs2-caseina 10% delle caseine β-caseina 34% delle caseine k-caseina 13% delle caseine

γ1-γ2-γ3 caseina 7% delle caseine

LE CASEINE

Le caseine riescono a restare in sospensione nel latte poichè sono organizzate all’interno di una struttura micellare.

L a k - c a s e i n a è u n a p r o t e i n a determinante per il processo di caseificazione.

CASEIN MICELLE

NO

N P

OLA

R PO

LAR

Phenilalanine (AA105) Methionine (AA106)

Chimosin action AA105 AA106

AA105 AA106

Milk coagulation process I – Enzymatic phase

II. Non-enzymatic phase Aggregation Ca++ induced

para K-casein

glyco-macropeptide

The aggregation of casein micelles begins after the 80-90% of K-casein

degradation

Aggregation of casein micelles

LE PROTEINE DEL SIERO •  L’α-­‐la%oalbumina   e   la   β-­‐la%oglobulina   sono   le   principali  componen3  della  frazione  sierosa  del  la%e.  

 –  L’ α-­‐la%oalbumina  è  un  cos4tuente  della  la<osio-­‐sintetasi,  l’enzima   responsabile  della   sintesi   del   la<osio,   nell’ul4ma  fase  del  processo  dove  il  glucosio  viene  legato  al  gala<osio.  Il  gene  è  situato  sul  cromosoma  5  per  una  lunghezza  di  2023  bp.  

 –  La   β-­‐la%oglobulina   è   la   principale   proteina   del   siero   nel  la<e   bovino   ed   il   gene   che   la   codifica   è   situato   sul  cromosoma  11  per  una  lunghezza  di  4723  bp.  

 

Varianti alleliche in

Bos taurus Altre

varianti Varianti più

frequenti ed in quali razze

CASA1 199aa

A B C D F G H E (yak) Ebali (Banteng)

B (0,75-0,95) C

B in tutte le razze. C predominante sulla alla B in zebu e yak.

CASA2 207aa

A B D B (zebu) C (yak)

A B (B. Indicus 0,34)

A in tutte le razze.

CASB 209aa

A1 A’ A2 B2 A3

H(A4) B F C A5

E G A3mongolia

D (zebu) A4 (Banteng)

A1, A2 B C

A1, A2 quasi tutte le razze. B (Normande e Jersey, 0,3-0,45; altre razze, 0,1-0,25).

CASK 169aa

A H B I C A(1) B2 J E F G

“A dello zebu”

F (yak) G (yak)

A, B C

A prevale in Frisona, Rossa Danese, Ayrshire. B prevale in Jersey e Normande. C si trova in Bruna Italiana

POLIMORFISMO DELLE CASEINE

I   4pi   di   caseina   che   influenzano  maggiormente   le   proprietà   tecnologiche   del  la<e   sono   la   k-­‐caseina   e   la   β-­‐caseina.   A   queste   due   proteine   sono   infaT  associa4   notevoli   effeT   sulle   dimensioni   delle  micelle,   sulle   cara<eris4che   di  coagulazione  presamica  del  la<e  e  sulla  stabilità  finale  del  coagulo.  

POLIMORFISMO DELLE PROTEINE DEL SIERO DEL LATTE

•  Il fenomeno del polimorfismo è stato scoperto nel 1955 analizzando la β-lattoglobulina.

Varianti alleliche in Bos taurus

Altre varianti

Varianti più frequenti ed in quali razze

LGB 162aa

A I B J(X) D Dr W H C

E (yak e Banteng) F (Banteng) G (Banteng)

B A D

B (Shorthorn (0,89); Guersney (0,78); Frisona (0,60); Ayrshire (0,69)) A (in Frisona si trova con frequenza di 0,40)

LALBA 123aa

A B C (Banteng) B A

B (tutte le razze eccetto B. javanicus). A (Comune in B.indicus ma non in B.taurus).

Le caseine sono organizzate in una struttura micellare, in cui la K-caseina è localizzata nella parte più esterna e grazie alla sua idrofilicità ha il ruolo di colloide che protegge e favorisce le micelle in sospensione Le proteine del siero sono assai sensibili al calore a causa dell’elevato contenuto in amminoacidi solforati, mentre, al contrario delle caseine, non precipitano per azione enzimatica. Le immunoglobuline sono la base dell’immunità passiva del colostro.

Le caseine, la lattoalbumina e la β-lattoglobulina sono sintetizzate nel reticolo endoplasmatico rugoso delle cellule alveolari a partire dagli amminoacidi veicolati dal sangue; da qui sono trasferite nell’apparato di Golgi da cui, insieme con lattosio ed elementi minerali, sono secrete nel lume alveolare sotto forma di vescicole. La sieroalbumina e le immunoglobuline, invece, provengono direttamente dal sangue. Le proteine del latte hanno un buon valore biologico; sono da sottolineare in esse gli elevati contenuti di lisina, triptofano, metionina e treonina, che rappresentano gli amminoacidi carenti nelle proteine dei vegetali.

Cellula della ghiandola mammaria e modalità di sintesi e secrezione del latte

Metabolismo del glucosio

Gluconeogenesis

Protein breakdown

Glucogenic amino acids

GI Tract

PropionateGlucose

LactoseSynthesis

MilkLactose

LiverGlycogen

Stores

Fat Synthesis

NADPH forFat SynthesisGlycerol

Fatty Acids

Triglycerides

Glucose is a substratefor fat synthesis inmonogastrics,NOT ruminants.

FromPentosePhosphatePathway

Liver

Muscle

Il lattosio, disaccaride costituito da glucosio e galattosio, è una molecola osmoticamente attiva, che, non essendo in grado di permeare la membrana delle vescicole del Golgi, all’interno delle quali viene secreta nel lume alveolare, richiama all’interno di esse l’acqua necessaria a garantire l’osmolarità. In ultima analisi, pertanto, la quantità di latte prodotta è funzione della quantità di lattosio sintetizzato dalle cellule mammarie.

Lattosio

La sintesi del lattosio è garantita dall’enzima lattosio sintetasi che è formata da due proteine: la UDP-galattosiltransferasi e la alfa-lattoalbumina. In assenza di quest’ultima la sintesi del lattosio non può avvenire. La disponibilità di alfa-lattoalbumina è sotto il controllo della prolattina. Il progesterone esercita sulla lattazione un’azione inibente dovuta all’influenza negativa che ha l’ormone nella formazione della alfa-lattoalbumina.

La disponibilità di glucosio per la ghiandola mammaria è un altro fattore limitante la sintesi del lattosio

Al lattosio è stato riconosciuto un ruolo positivo nel metabolismo del calcio in quanto interviene nell’assorbimento di questo elemento minerale a livello intestinale.

Biosintesi del lattosio

Glucose Glucose-6 PO4 Glucose-1-PO4

UDP-glucose

Glucokinase Isomerase

Uridinediphosphorylglucosephosphorylase

UDP-galactose

UDP-galactose-4-epimerase

Lactose

ATP ADP UTP

2 PO4

Glucose

Lactose SynthaseGalactosyl transferase + α-lactalbumin

Golgi,SecretoryVessicle

UDP

UDP-galactose

Glucose TransportFacilitated, not active

ATPADP

Active Transport ofUDP-galactose

Fonti di glucosio •  sangue – la più importante

–  Assorbimento intestinale –  Gluconeogenesi nel fegato (circa 1/2 glucosio ematico)

•  Acido propionico •  Aminoacidi glucogenici

–  Dalla dieta –  Mobilizzazione proteine muscolari

–  Mobilizzazione glicogeno del fegato- poco attuata nella specie bovina

•  Gluconeogenesi mammaria: minoritaria •  Acetato, butirrato, acidi grassi e aminoacidi chetogenici

non foramano glucosio

Regolazione della sintesi del lattosio

Adipose

fat synthesis glucose need

and uptake

Liver

gluconeogenesis

GI Tract

Capacity Intake

VFA, glucose, aa lipid uptake

Glucose availability

PropionateAmino acids

Muscle

Glucose Uptakeand utilization

NADPHProduction(about 1/3) Blood

Flow

LipoproteinsChylomicrons

lipoproteinlipase

NEFAs

Glucose need for fatty acid synthesis

Lactose Synthesis(1/2 - 2/3)

Mammary Gland

α-lactalbumin UDP-galactosetransport

Importanza del lattosio •  Controllo del volume di latte (sostanza

osmoticametne attiva) •  Fonte energetica per la prole •  Il metabolismo lipidico richiede carboidrati

– Mancanza di carboidrati può indurre chetosi – Gli aminoacidi sono convertiti a glucosio

•  Evita il consumo di aminoacidi per la gluconeogenesi

•  L’uso energetico di proteine è meno efficiente rispetto ai carboidrati

Rappresenta lo 0,7-1% del totale, a seconda della specie, Costituenti

ü  Potassio (K): 0.16% ü  Calcio (Ca): 0.11 ü  Fosforo (P): 0.11%.

Il Ca è presente come fosfato organico ed è più facilmente

disponibile per l’assorbimento del Ca di alcuni alimenti di origine vegetale, che lo contengono come ossalato di Ca o come Fitato di Ca. Infatti, sia i lattanti sia l’uomo adulto non hanno nel loro corredo enzimatico le fitasi necessarie a scindere il legame del Ca fitinico.

Il P è presente in un rapporto ottimale con il Ca (Ca/P>1), mentre questo non avviene negli altri alimenti di largo consumo di origine sia vegetale, sia animale.

La componente minerale del latte

Contenuto di ioni nel sangue, nelle cellule e nel latte

sangue cellula latte

Na (mM) 145 10 25

K (mM) 6 100 35

Cl (mM) 99 10 28

Ioni e acqua

K+

Na+

Cl-

Cl-

Na+

K+

Cl-

Cl-

K+

Na+

K+

Na+

Tight JunctionBlocks ion movement

“leaky” tight junctionIons leak across

K+, lactose Na+, Cl-

Cl-

K+

Na+

K+

Na+

Cl-

Glucose

Glucose

Lactose

H2O

H2O

Tissue Fluid

High NaHigh ClLow K

Milk

High KLow NaLow Cl

Intracellular Fluid

High KLow NaLow Cl

Metabolismo del calcio

Increased CaAbsorption

Decreased Ca Reabsorption------------------Increased CaReabsorption

Calcitonin

Parathormone

IncreasedDeposition---------------IncreasedResorption

Thyroid

Parathyroid

GI Tract

Bones Kidney

Vitamin D

Ca e P nel latte

Blood Ca

Bonereabsorption

GI Tract Absorption

Kidney reabsorption

Parathyroid Hormone Calcitonin

Ca

ATP ADP

Transport Mechanism UnclearSeveral exist, passive and active

Chelation of Ca byPO4 in Casein Micelle

Vitamin D Phosphate

ADP

Electron TransportChain

ATP

ADP

CaseinKinase

Active transport into Golgi

Transport Mechanism UnclearSeveral exist, passive and active

Phosphorylationof Caseins

Paresi postpartum •  L’improvviso forte drenaggio di calcio nel

post-partum richiede un rapido adattamento del sistema calcitonina/paratormone

•  Se ciò non avviene si può verificare la paresi post-partum (milk fever)

•  Prevenzione: evitare eccessi di calcio nella dieta in asciutta.

•  Trattamento –  Infusione di Sali di calcio, tipicamente calcio-

magnesio gluconato.

Le vitamine del latte

Sono molecole indispensabili per le attività fisiologiche dell’organismo, sono trasferite direttamente dal sangue al latte. Si distinguono in

Vitamine Liposolubili Vitamine Idrosolubili

B2 (Riboflavina o lattoflavina, H (Biotina) PP (Niacina) l’acido Pantotenico l’acido Ascorbico (Vitamina C)

A (Retinolo)

β-carotene

D (Colecalciferolo)

E (Tocoferolo).

GG

GGF

Schema dei meccanismi di secrezione dei componenti del latte da parte di una cellula della ghiandola mammaria (SV = vescicole del Golgi; RER = reticolo endoplasmatico rugoso; N = nucleo; BM = membrana basale; GG = globulo di grasso in formazione; GGF = globulo di grasso formato).