BIOCHIMICA DEL RUMINE. APPARATO DIGERENTE DI VARIE SPECIE.
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BIOCHIMICA DEL RUMINE
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APPARATO DIGERENTE DI VARIE SPECIE
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APPARATO DIGERENTE DEI RUMINANTI
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STOMACO DEI RUMINANTI
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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
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RUMINE
Condizioni di anaerobiosi
Temperatura nel rumine: 38-40°C
pH: 5.8-6.8
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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)
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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
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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
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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)
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CARBOIDRATI CONTENUTI NEI VEGETALI
• Zuccheri semplici (glucosio, fruttosio)
• Carboidrati con funzione di riserva (amido)
• Carboidrati con funzione strutturale (cellulosa ed emicellulosa)
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POLISACCARIDI VEGETALI
• AMIDO: principale forma di riserva di glucosio nei vegetali. Costituito da
amilosio ( -1,4 glicosidici) e amilopectina ( -1,6 glicosidici). Costituente
delle graminacee.
• CELLULOSA: omopolisaccaride a catena lineare di glucopiranosio (-
1,4 glicosidici). Sostanza di struttura della parete cellulare dei tessuti
vegetali.
• EMICELLULOSA: eteropolisaccaride di elevato peso molecolare,
costituito da glucosio, galattosio, mannosio.
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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
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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
BATTERI DEL RUMINE
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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
BATTERI DEL RUMINE
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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
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• 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
PROTOZOI DEL RUMINE
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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
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Degradazione dei polisaccaridi ad acido piruvico nel rumine
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GLICOLISI
Glucosio
Glucosio6-fosfato
Fruttosio6-fosfato
Fruttosio1,6-bisfosfato
Diidrossiacetonefosfato(DHAP)
Gliceraldeide 3-fosfato(GP)
1
2
3
4
5
esochinasi
glucosio 6P isomerasi
fosfofruttochinasi
aldolasi
triosofosfato isomerasi
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3-acido fosfoglicerico
2-acido fosfoglicerico
Acido fosfoenolpiruvato (PEP)
6
7
8
9
10
Acido piruvico
1,3-acido difosfoglicerico
gliceraldeide 3P deidrogenasi
fosfoglicerato chinasi
fosfogliceromutasi
enolasi
piruvato chinasi
• Glicolisi anaerobia produzione netta di 2 ATP
GLICOLISI
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VIA DEL PENTOSO-FOSFATO
glucosio 6P deidrogenasiesochinasi
lattonasi
fosfogluconato deidrogenasi
ribosio fosfato isomerasi
ribulosio fosfato epimerasi
transchetolasi
transaldolasi
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1. Fase ossidativa
Equazione complessiva:
Glucosio-6-fosfato + NADP+ + H2O Ribosio-5-fosfato + CO2 + 2 NADPH
Glucosio-6-fosfato deidrogenasi
Lattonasi
6-Fosfogluconato deidrogenasi
Fosfopentosio isomerasi
Glucosio-6-fosfato
6-Fosfo-glucono--lattone
6-Fosfogluconato
D-Ribulosio-5-fosfato
D-Ribosio-5-fosfato
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2. Fase non ossidativa
TPP
TPP
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![Page 26: BIOCHIMICA DEL RUMINE. APPARATO DIGERENTE DI VARIE SPECIE.](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081415/5542eb4d497959361e8bb80b/html5/thumbnails/26.jpg)
![Page 27: BIOCHIMICA DEL RUMINE. APPARATO DIGERENTE DI VARIE SPECIE.](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081415/5542eb4d497959361e8bb80b/html5/thumbnails/27.jpg)
![Page 28: BIOCHIMICA DEL RUMINE. APPARATO DIGERENTE DI VARIE SPECIE.](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081415/5542eb4d497959361e8bb80b/html5/thumbnails/28.jpg)
• Produzione di NADPH, necessario per le biosintesi
riduttive
• Produzione di intermedi necessari alla sintesi di
coenzimi e nucleotidi
VIA DEL PENTOSO-FOSFATO
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VIA DI
ENTNER-DOUDOROFFesochinasi
enzimi della via del pentoso-fosfato
fosfogluconato deidratasi
aldolasi
Produzione netta di 1 molecola di ATP
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VIA FOSFOCHETOLASICA
FosfochetolasiAcetato chinasi Acetato + ATP
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• 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
VIA FOSFOCHETOLASICA
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DESTINO DEL PIRUVATO
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ACIDI GRASSI VOLATILI PRODOTTI DALLE
FERMENTAZIONI RUMINALI
Acetico CH3-COOH
Propionico CH3-CH2-COOH
Butirrico CH3-CH2-CH2-COOH
![Page 34: BIOCHIMICA DEL RUMINE. APPARATO DIGERENTE DI VARIE SPECIE.](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081415/5542eb4d497959361e8bb80b/html5/thumbnails/34.jpg)
• acido acetico foraggi (ricchi di fibra lentamente fermentata)
• acido propionico concentrati (ricchi di amido rapidamente fermentato)
• acido butirrico zuccheri solubili
La percentuale di acidi grassi volatili formati:
• acido acetico (55-65%)
• acido propionico (25-30%)
• acido butirrico (10-15%)
ACIDI GRASSI VOLATILI
![Page 35: BIOCHIMICA DEL RUMINE. APPARATO DIGERENTE DI VARIE SPECIE.](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081415/5542eb4d497959361e8bb80b/html5/thumbnails/35.jpg)
• Acetato e propionato trasportati al fegato
• Acetato in acetil-CoA
• Propionato in glucosio nel fegato
UTILIZZAZIONE DEGLI ACIDI GRASSI VOLATILI DA PARTE DEI RUMINANTI
• Butirrato trasformato nella parete ruminale in corpi chetonici
![Page 36: BIOCHIMICA DEL RUMINE. APPARATO DIGERENTE DI VARIE SPECIE.](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081415/5542eb4d497959361e8bb80b/html5/thumbnails/36.jpg)
PRODUZIONE DI ACIDO ACETICO
1) Sistema clostridiale fosforoclastico
2) Sistema formiato fosforoclastico
![Page 37: BIOCHIMICA DEL RUMINE. APPARATO DIGERENTE DI VARIE SPECIE.](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081415/5542eb4d497959361e8bb80b/html5/thumbnails/37.jpg)
PRODUZIONE DI ACIDO ACETICO
1) Sistema clostridiale fosforoclastico
![Page 38: BIOCHIMICA DEL RUMINE. APPARATO DIGERENTE DI VARIE SPECIE.](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081415/5542eb4d497959361e8bb80b/html5/thumbnails/38.jpg)
PRODUZIONE DI ACIDO ACETICO
2) Sistema formiato fosforoclastico
![Page 39: BIOCHIMICA DEL RUMINE. APPARATO DIGERENTE DI VARIE SPECIE.](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081415/5542eb4d497959361e8bb80b/html5/thumbnails/39.jpg)
PRODUZIONE DI ACIDO PROPIONICO
VIA DELL’ACRILATO
1. CoA-transferasi
2. Lattil-CoA-deidratasi
3. Acrilil-CoA-deidrogenasi
1
1
2
3
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Produzione di acido propionico - via del succinato
1. Enzimi del ciclo di Krebs
2. Enzima B12-dipendente
3. Metilmalonil CoA transcarbossilasi
1 1
1
1
23
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• 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
PRODUZIONE DI ACIDO PROPIONICO
![Page 42: BIOCHIMICA DEL RUMINE. APPARATO DIGERENTE DI VARIE SPECIE.](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081415/5542eb4d497959361e8bb80b/html5/thumbnails/42.jpg)
PRODUZIONE DI ACIDO BUTIRRICO
![Page 43: BIOCHIMICA DEL RUMINE. APPARATO DIGERENTE DI VARIE SPECIE.](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081415/5542eb4d497959361e8bb80b/html5/thumbnails/43.jpg)
Fermentazione lattica
Piruvato
Acido lattico
lattato deidrogenasi
![Page 44: BIOCHIMICA DEL RUMINE. APPARATO DIGERENTE DI VARIE SPECIE.](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081415/5542eb4d497959361e8bb80b/html5/thumbnails/44.jpg)
Fermentazione alcolica
Piruvato
Etanolo
Acetaldeide
alcool deidrogenasi
piruvatodecarbossilasi
![Page 45: BIOCHIMICA DEL RUMINE. APPARATO DIGERENTE DI VARIE SPECIE.](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081415/5542eb4d497959361e8bb80b/html5/thumbnails/45.jpg)
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
![Page 46: BIOCHIMICA DEL RUMINE. APPARATO DIGERENTE DI VARIE SPECIE.](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081415/5542eb4d497959361e8bb80b/html5/thumbnails/46.jpg)
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
![Page 47: BIOCHIMICA DEL RUMINE. APPARATO DIGERENTE DI VARIE SPECIE.](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081415/5542eb4d497959361e8bb80b/html5/thumbnails/47.jpg)
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.
![Page 48: BIOCHIMICA DEL RUMINE. APPARATO DIGERENTE DI VARIE SPECIE.](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081415/5542eb4d497959361e8bb80b/html5/thumbnails/48.jpg)
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
![Page 49: BIOCHIMICA DEL RUMINE. APPARATO DIGERENTE DI VARIE SPECIE.](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081415/5542eb4d497959361e8bb80b/html5/thumbnails/49.jpg)
DIGESTIONE RUMINALE DELLE SOSTANZE AZOTATE
![Page 50: BIOCHIMICA DEL RUMINE. APPARATO DIGERENTE DI VARIE SPECIE.](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081415/5542eb4d497959361e8bb80b/html5/thumbnails/50.jpg)
METABOLISMO DELLE SOSTANZE AZOTATE
![Page 51: BIOCHIMICA DEL RUMINE. APPARATO DIGERENTE DI VARIE SPECIE.](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081415/5542eb4d497959361e8bb80b/html5/thumbnails/51.jpg)
METABOLISMO DELLE SOSTANZE AZOTATE
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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)
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1. Glutammico-deidrogenasi NAD+ (o NADP+)-dipendente
2. Glutammina sintetasi
3. Carbamil fosfato sintetasi
4. Aspartasi
ASSIMILAZIONE DELL’AMMONIACA
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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
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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
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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
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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