Carbohydrate Metabolism in Ruminant¸ªศ414 การให้นม/Lession 3... · Carbohydrate...
Transcript of Carbohydrate Metabolism in Ruminant¸ªศ414 การให้นม/Lession 3... · Carbohydrate...
Carbohydrate Metabolism in Ruminant
อาจารย ์อานนท ์ปะเสระกงั
Facebook: อานนท ์ปะเสระกงั
Tel. 081-5460757
Ruminant Digestive System
Rumen Ecology (นเิวศวทิยาในกระเพาะรเูมน)
สตัวเ์คีย้วเอือ้งสามารถเปลีย่นอาหารทีม่คีณุภาพต า่เป็นเนือ้และนมซึง่มคีณุคา่สงู
Microbial in The rumen
Bacteria Protozoa Fungi
สภาวะแวดลอ้มในรเูมน
pH: 6.5 – 6.8, Temperature: 39.5 oC
VFA: acetate, propionate, butyrate, branch-chain VFA
CO2, CH4, H2, N2, O2, H2S
Amino acid NH3
Soluble sugar
Cellulose, Hemicelluloses,
lignin
Vitamin, Growth factor
Rumen Bacteria
Cellulolytic bacteria: - Fibrobacter succinogenes - Butyrivibrio fibrisolvens - Ruminococcus albus - Ruminococcus flavefaciens : เกาะกบัชิน้อาหาร,ไมท่น pH ต า่
Amylolytic bacteria: - Streptococcus bovis - Selenomonas ruminantium - Prevotella ruminicola - Ruminobacter amylophilus - Succinomonas amylolytica
Pectin degraders:
-Lachnospira multiparus - Succinovibrio dextrinosolvens
Lactate utilizers: - Megasphaera elsdenii
Proteolytic bacteria
H2 using bacteria:
- Methanobrevibacter ruminantium
:Neocallimastrix frontalis, Piromonas cummunis
Rumen fungi
- มบีทบาทในการยอ่ยเยือ่ใย ท าให ้bacteria เขา้ยอ่ยไดง้า่ยขึน้
วงจรชวีติของเชือ้รา
Rumen protozoa
Ciliates
Flagellates
ขอ้ด ี- โปรโตซวัเก็บกกัแบง่ในเซลล ์ท าใหอ้ตัราการหมกัยอ่ยชา้ลง ลด acidosis - เป็นแหลง่โปรตนีทีม่คีณุภาพ
ขอ้ดอ้ย - กนิแบคทเีรยี - แบคทเีรยีอาจไดร้บัแหลง่พลงังานไมเ่พยีงพอ - เป็นทีย่ดึเกาะของ methanogenic bacteria
Carbohydrate metabolism
Structural Carbohydrate (SC)
Non - Structural Carbohydrate (NSC)
Carbohydrate metabolism
Non – fibrous carbohydrate
NFC = 100 – (%NDF + %CP + %Fat + % Ash )
NDF (Neutral detergent fiber): เยือ่ใยทีไ่มล่ะลายในสารฟอกทีเ่ป็นกลาง ประกอบดว้ย cellulose, hemicelluloses, lignin
ADF (Acid detergent fiber): เยือ่ใยทีไ่มล่ะลายในสารฟอกที่เป็นกรด ประกอบดว้ย cellulose, lignin
Carbohydrate metabolism
Cellulose : โมเลกลุของกลโูคสเชือ่มตอ่กนัดว้ย β – 1, 4 glycosidic linkage
Carbohydrate metabolism
Hemicelluloses
Complex polymers: Xylans, Mannans, Galactans, Arabinans
Starch
:โมเลกลุกลโูคสเชือ่มตอ่กนัดว้ย α – 1, 4 และ α – 1, 6 glycosidic linkage
Carbohydrate metabolism
Carbohydrate metabolism
Pectin เป็นสารเชือ่มระหวา่งผนงัเ ซ ล ล์ พื ช ส่ ว น ใ ห ญ่ประกอบดว้ย galacturonic acid จบักนัดว้ย β – 1,4 linked, non – linearity และมีบางส่วนถูกทดแทนดว้ย araban และ galactin เป็น side chain แกนกลางที่ เ ป็ น polygalacturonic acid จะถกูแทรกดว้ยน า้ตาล rohamnose ท า ใ ห้โครงสรา้งโมเลกลุเปลีย่นหกัเหทศิทางออกไป
Starch Digestion in the rumen
Amylose Amylopectin
Alpha – amylase (alpha-1, 4)
Debranching enzymes (alpha – 1,6)
Alpha – Glucosidase (alpha – 1,4 and 1,6
Dextrin Maltose Glucose Sucrose
α – glucosidase, maltase
Invertase, β - fructosidase
2glucose
Glucose +
Fructose
Cellulose digestion in the rumen
เอนไซม์ที่เกี่ยวข้อง: Endoglucanase, Exoglucanase, β - glucosidase
Cellulose Cellobiose Endoglucanase
Exoglucanase
Cellobiose 2glucose β - glucosidase
Hemicellulose digestion in the rumen
Endo (1,4) β – D – xylanase ยอ่ย Xylans เป็น Xylodextrins Endo (1,4) β – D – mannase ยอ่ย mannans เป็น mannodextrins
Endo (1,4) β – D – galactanase ยอ่ย galactans เป็น galactodextrins
β – D –xylosidase ยอ่ย xylosdextrins เป็น xylose
β – D – galactanase ยอ่ย galactodextrins เป็น galactose
Pectin digestion in the rumen
Polygalacturonase Pectinlyase Pectin esterase
Pectin
Galacturonic acid
Xylose/other pentose
Carbohydrate metabolism in the rumen
Cellulose Starch
Hemicelluloses
Glucose
Pentose
β-1,4 glucosidase
α-amylases
Cellobiose
Glucose – 1 - Phosphate
Glucose – 6 - Phosphate
Fructose – 6 - Phosphate
Fructose – 1, 6 - diphosphate
Endo, Exo - glucanase
Pyruvate
Maltose Isomaltose
maltase
Uronic acid
Pectin
Sucrose
Fructose
Stage I
Nutrient transport in rumen bacteria cell
Passive diffusion: อาศัยความแตกต่างของความเข็มข้นภายในกับภายนอกเซลล์ เช่นการขนส่งน า้
Facilitated system: ความแตกต่างของความเข้มข้น + specific membrane carrier เช่นการขนส่ง VFA, NH3
Active transport: ตัวกลางโปรตีนในการน าพาสารอาหารเข้าเซลล์ + ATP เช่นการขนส่งน า้ตาล กรดอะมโิน เปบไทด์ และกรดอนิทรีย์ เป็นต้น
Phosphotransferase system: พบในกรณีขาดสารอาหารและพบเฉพาะบางชนิด อาศัย PEP เป็นตัวให้พลังงาน
Stage II
Lactate production in the rumen
1. NAD ร่วมกบั lactate dehydrogenase (LDH)
Pyruvate + NADH2 <--------------> Lactate + NAD LDH
2. FMN ร่วมกบั lactate dehydrogenase
Lactate + FMN -------------------> Pyruvate + FMNH2 LDH
FMN = Flavin mononucleotide
Acetate production in the rumen
Acetyl - CoA
Acetate
1) Phosphotransacetylase:
Phosphotransacetylase Acetate kinase
2) Acetyle – CoA kinase
Butyrate production in the rumen
Acetyle acetyle CoA thiolase
B – hydroxybutyrate dehydrogenase
Crotonase
Butyryl - coA
Butyrate kinase
Propionate production in the rumen
Succinate – propionate pathway
Acrylate Pathway
Factors affecting ruminal carbohydrate metabolism
1. สดัสว่นของอาหารขน้อาหารหยาบ: อาหารหยาบสงู C2 สงูขึน้ อาหารขน้สงู C3 สงูขึน้
2. อายกุารเก็บเกีย่ว: พชืแกม่เียือ่ใยสงู การผลติ C2 จะสงูขึน้
3. ขนาดชิน้อาหารหยาบ: ขนาดชิน้อาหารหยาบส ัน้ C2 ลดลง C3 เพิม่ข ึน้
4. การอดัเม็ดอาหารหรอืการใหค้วามรอ้นเมล็ดธญัพชื: C3 เพิม่ข ึน้
5. การเสรมิไขมนัในอาหาร: C3 เพิม่ข ึน้ (glycerol propionate)
Effect of Roughage to Concentrate Ratio
Effect of forage particle size
Effect of energy source and processing
VFA: สว่นใหญจ่ะถกูดดูซมึผา่นผนงักระเพาะรเูมน recticulum และ omasum อตัราการดดูซมึขึน้กบั pH ในกระเพาะหมกั pH 6.5 การดดูซมึ butyrate > propionate > acetate pH < 5 การดดูซมึ acetate > propionate > butyrate
- แป้งสว่นทีเ่หลอืจากการยอ่ยจะถกูเอนไซม ์α – amylase และ maltase ยอ่ยไดผ้ลผลติสดุทา้ยเป็น glucose - การยอ่ยไดข้องเยือ่ใยแทบจะไมเ่กดิขึน้เลยในล าไสเ้ล็ก
Carbohydrate absorption
Carbohydrate metabolism in animal tissue
ผลผลติหลกัจากการยอ่ยคารโ์บไฮเดรต
- Acetate (C2) - Propionate (C3) - Butyrate (C4) - Glucose
Carbohydrate metabolism in animal tissue
Q & A
เนือ้เย ือ่แตล่ะ่เนือ้เย ือ่ตอ้งการ glucose แตผ่ลผลติของ glucose จากการยอ่ยอาหารไมเ่พยีงพอ ค าถามคอื glucose ทีใ่ชใ้นสตัวเ์คีย้วเอือ้งไดม้าอยา่งไร ?
??????????????????????????????????????????????
Carbohydrate metabolism in liver tissue
Carbohydrate metabolism in liver tissue
Propionate
Carbohydrate metabolism
-สตัวท์ ีก่ าลงัเจรญิเตบิโต 70% ของ glucose มาจาก gluconeogenesis - สตัวโ์ตเต็มวยั 90% ของ glucose มาจาก gluconeogenesis
-ในโคนม 60% ของ glucose ไดจ้ากการสงัเคราะหจ์าก propionate - โคตอ้งการ glucose ประมาณ 70% ของ glucose ท ัง้หมดในรา่งกายเพือ่ใชใ้นการสงัเคราะหน์ า้นม และองคป์ระกอบน า้นม - โคใหผ้ลผลติ 90 กโิลกรมั ตอ้งการ glucose 7.4 กโิลกรมั ซึง่ glucose 6.6 กโิลกรมั มาจากกระบวนการ gluconeogenesis
Carbohydrate metabolism in animal tissue
Carbohydrate metabolism in animal tissue
Electron transport system
Electron transport system
Oxydative-phosphorylation