16/09/2014

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Integración del

metabolismo

Gustavo Jaurena – Juan Manuel Cantet

Cátedra de Nutrición Animal

Facultad de Agronomía - UBA

Objetivos

Analizar las grandes vías metabólicas de

importancia para los animales de granja

Identificar las principales diferencias del

metabolismo energético entre rumiantes y

monocavitarios

Destacar la importancia de la

gluconeogénesis para el metabolismo

energético de los rumiantes

Digestión ruminal

Digestión

AGV, Propiónico, Acético, Butírico

Metabolismo energético

Alimento

Protoplasma microbiano

Alimento sin digerir Gases

AGV

Metabolismo ruminal de los carbohidratos

Polisacáridos Glucosa

Piruvico

Acético

Butírico

Propiónico

Láctico

Valérico

CO2

H2

CH4

ATP

NADP+

NADPH2

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Síntesis de ácidos grasos en el rumen

Acetato

C6H12O6 + 2 H2O

C6H12O6

C6H12O6

Propionato (ruta del acrilato)

Butirato

2 C2H4O2 + 2 CO2 + 8 H

2 C3H6O2 + 2 O

1 C4H8O2 + 2 CO2 + 4 H

Principales productos de la

fermentación ruminal

Productos de fermentación EB (MJ/kg)

Acido acético 14.6

Acido propiónico 20.8

Acido butírico 24.9

Acido láctico 15.2

Metano 55.0

Concentración de AGVs en dietas

contrastantes Metabolismo ruminal de los carbohidratos

Carbohidratos estructurales

•Celulosa

•Hemicelulosa

•Pectinas

Carbohidratos no estructurales

•Almidón

•Azúcares

Monosacáridos

Metabolismo lipogénico

•Acético/butírico

Metabolismo glucogénico

•Propiónico/láctico

Absorción de AGVs en rumiantes

Sitio e intensidad de absorción

95% antes del abomaso

15% de los AGVs (principalmente el butirato) que entran en el epitelio del rumen no entran en la circulación portal

Absorción por difusión y transporte facilitado modificada por el metabolismo

No hay transporte activo

Metabolismo de AGV en el epitelio ruminal

Acetato Ninguno

Propionato 50% convertido en lactato

Butirato 90% convierte a cetonas (beta-OH-butirato o acetoacetato)

Resultados de la absorción y el

metabolismo de ácidos grasos volátiles

90% de los AGV en circulación es acetato

80% de las cetonas circulantes es B-OH-

butirato

Ejemplo: acetoacetato producido por el

metabolismo del hígado

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Factores que influyen en la absorción de

ácidos grasos volátiles

Concentración de AGV en el rumen

Aumenta la absorción de AGV

Efecto más grande sobre el butirato

Largo de la cadena

a pH 7,4 Ac > Prop > But

pH

Relacionado con la concentración de AGV

Efectos de la dieta sobre la absorción de

ácidos grasos volátiles

Aumento de la proporción de grano en la dieta

Aumento de la producción y concentración de AGV en el rumen

Disminución del pH del rumen

Aumento de metabolismo de AGV en el epitelio

Mayor tamaño de las papilas, células epiteliales y flujo sanguíneo

Aumento de las proteínas de transporte

Aumento de la absorción de ácidos grasos volátiles

Aumenta la secreción de insulina

Aumenta el flujo sanguíneo

Excesiva absorción de butirato

Inhibe la mitosis epiteliales

Resultados en paraqueratosis

Irrigación sanguínea del hígado

Hígado

Arteria hepática

Vena Porta

Aorta

Vena cava

Vena hepática

Metabolismo de AGV post-absorción

Acetato

Muy poco removido por el hígado

La mayoría transportado a los tejidos periféricos para oxidación y síntesis de AG de cadena larga

Propionato

94% es usado en gluconeogénesis

Butirato

Hígado tiene poca afinidad por el B-OH-butirato

Aproximadamente el 20% de butirato del rumen es metabolizado en el hígado

>> Acetoacetato > B-OH-butirato

Oxidación y síntesis de AG de cadena larga

Utilización del acético en ovejas

alimentadas o en ayuno

Porcentaje de utilización del total de

acetato

Vísceras con

irrigación portal Hígado

Tejidos

periféricos

Alimentadas 18 4 78

Ayuno 15 8 77

Absorción de propionato y butirato por el

hígado de ovejas

Concentración en

sangre (M)

Arterial Vena

porta

Vena

hepática

Prop. 12 187 20

But. 4 25 5

Hígado

Art. Hep.

Vena Porta

Aorta

V. cava

V. Hep.

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Obtención de energía desde los AGV

Acetate Acetyl CoA TCA cycle 12 ATP + 2 CO2

Propionate Succinil CoA TCA cycle 20 ATP + 4 CO2

Butyrate 2 Acetyl CoA TCA cycle 24 ATP + 4CO2

2 ATP CoA

2 ATP

CoA

2 ATP

CoA

CO2

Biotina; B12

Ac. Pantoténico Gluconeogenesis

Gluconeogénesis

La glucosa es indispensable para:

Sistema nervioso central

15 a 20% de utilización de la glucosa

Preñez

Requerimientos energéticos del feto

Lactancia

Lactosa síntesis

Síntesis de lípidos

NADPH para la síntesis de ácidos grasos

Glicerol

Precursores para la gluconeogénesis

Origen de la glucosa (%)

Precursor Alimento Ayuno

Propionato 40 – 60 0

Amino acidos 15 – 30 35

(Princ. Ala, Glutamina, Glutamato)

Lactato 15 40

Glicerol 5 25

Mecanismo de la gluconeogénesis

Órganos

Hígado

Riñón

Hormonas

Estimula

Glucagón

Glucocorticoides

Inhibe

Insulina

a) Piruvato carboxilasa

b) Malato deshidrogenasa

NAD dependiente

c) PEP carboxiquinasa

d) Fru 1,6 difosfatasa

e) Glu 6 fosfatasa

Conservación de la glucosa

Baja concentración en sangre

Baja actividad de la hexoquinasa en el

hígado

No es fuente de cadena carbonada para la

síntesis de ácidos grasos de cadena larga

en los rumiantes

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Lipogénesis

Sitios de síntesis de AG de cadena

larga

Animales no lactantes

92% de la síntesis en el tejido adiposo y

6% se encuentra en el hígado

Animales lactantes

40% de la grasa láctea se sintetizan en la

glándula mamaria

Restricciones para la síntesis de ácidos grasos a partir

de glucosa

Limitación de las enzimas

Citrato liasa

NAD - Malato deshidrogenasa

Piruvato quinasa (PEP a Piruvato)

Piruvato deshidrogenasa (Piruvato a Acetil-CoA)

La glucosa para la síntesis de grasa aporta

NADPH

Precursor del glicerol Citrato Liasa

NADP Malato deshidrogenasa

Síntesis de ácidos grasos en animales

Especie Tejido

principal

Fuente

de C

Fuente principal de

NADPH

Pollo Hígado Glucosa CTM

Humano Hígado Glucosa CTM + PF

Cerdo Adiposo Glucosa CTM + PF

Ovinos Adiposo Acetato PF + IC

Bovinos Adiposo Acetato PF + IC

Conejo Adiposo +

Hígado

Acetato PF + IC

CTM: Ciclo de transhidrogención del Malato

PF: Pentosas fosfato

IC: Via del Isocitrato Van Soest, P. (1994)

Precursores para la síntesis de ácidos grasos

en los rumiantes

Acetato 75 a 90% del C en C4 - Ácidos grasos C14

20% de C en palmitato (C16)

0% de C en C18

Butirato El acetoacetato y el B (OH) butirato contribuyen por igual a los primeros 4 carbonos

Debe ser convertidos en acetil CoA adicionales C

Lactato 5 a 10% de los ácidos grasos en la leche

Inversamente proporcional a la cantidad disponible de acetato

Controlado por la piruvato deshidrogenasa

Otros usos Glicerol

NADPH a partir de isocitrato

Propionato Precursor de los ácidos grasos de cadena ramificada impar

Aumento de la concentración por incremento de CoA metilmalonil por deficiencia de vitamina B12

Partición de energía entre tejido adiposo y

producción de leche

Las dietas ricas en cereales con fibra inadecuada y deficiente resultará en una reducción en la síntesis de leche de grasa y aumentar el tejido adiposo

Teoría de la insulina glucogénicos Alta dieta de granos

Aumenta la producción de propionato

Aumenta la síntesis de glucosa

Aumenta la secreción de insulina

Aumenta la captación de glucosa por el tejido adiposo, pero no la glándula mamaria

Aumenta la síntesis de NADPH en el tejido adiposo

Aumenta la síntesis de ácidos grasos en el tejido adiposo, lo que hace al acetato menos disponible para la glándula mamaria

Ahora se cree que la insulina juega un papel menor en el síndrome de baja grasa

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Síntesis

Diferencias metabólicas entre rumiantes y no rumiantes

Rumiantes No rumiantes

Glucemia

Normal 40-60 mg/100ml 80-100 mg/100ml

post-ayuno disminuye poco disminuye

marcadamente

post-ingesta cambia poco aumenta

marcadamente

Reciclado de la

glucosa bajo alto

Diferencias metabólicas entre rumiantes y no rumiantes

Rumiantes No rumiantes

Metabolismo de los lípidos

Principal órgano Tejido adiposo Hígado

Principal fuente para

lipogénesis

Acetato.

Carecen de las enzimas

para sintetizar ácidos

grasos a partir de

glucosa.

Glucosa

Hexoquinasa hepática virtualmente ausente presente

Respuesta del cerebro a

la hipoglucemia

La captación de glucosa

cambia poco

Disminuye la captación

de glucosa

Cuerpos cetónicos No son utilizados por el

cerebro; sí por tejidos

periféricos

Pueden ser utilizados

por el cerebro.

Características sobresalientes de los

rumiantes Presencia de rumen

Simbiosis con microorganismos ruminales

Reducida absorción neta de glucosa

Alta dependencia de neoglucogénesis

Bajos contenidos de glucosa en sangre

Baja actividad de la hexoquinasa hepatica

Imposibilidad de convertir glucosa en AG de cadena larga

Alta capacidad de absorber y metabolizar ácidos propiónico, acético y butírico

Baja tolerancia a dietas altas en lípidos

Capacidad de utilizar fuentes pobre en N y NNP

Suministro ruminal del complejo vitamínico B

Muchas gracias por su atención