Actividad 7 - Digestión y absorción 2 PDF

Fisicoquímica aplicada a la fisiología veterinaria – Digestión y Absorción II DIGESTIÓN Y ABSORCIÓN I Universidad Nacional de La Plata Facultad de Ciencias Veterinarias Curso Fisicoquímica aplicada a la fisiología veterinaria Digestión y absorción...

Fisicoquímica aplicada a la fisiología veterinaria – Digestión y Absorción II DIGESTIÓN Y ABSORCIÓN I Universidad Nacional de La Plata Facultad de Ciencias Veterinarias Curso Fisicoquímica aplicada a la fisiología veterinaria Digestión y absorción II Metabolismo ruminal En los animales policavitarios (bovinos, ovinos, caprinos, camélidos, etc.) el estómago 1 Fisicoquímica aplicada a la fisiología veterinaria – Digestión y Absorción II DIGESTIÓN Y ABSORCIÓN ocupa las tres cuartas partes de la cavidad abdominal y presenta en su estructura un sector aglandular que posee 3 porciones bien diferenciadas a nivel macro y microscópico, y la porción glandular. Los diferentes compartimentos del estómago son los siguientes: I 1. Rumen, también conocido como panza o herbario. 2. Retículo, redecilla, bonete o red. 3. Librillo, salterio u omaso. 4. Estómago verdadero, cuajo o abomaso. El rumen, retículo y librillo se denominan divertículos aglandulares, debido a que en sus paredes no existe una mucosa glandular (no hay glándulas gástricas en su estructura histológica) sino un epitelio estratificado plano paraqueratinizado. Por el contrario, el abomaso posee una mucosa glandular. La disposición de los divertículos aglandulares y el abomaso adquieren proporciones estructurales y funcionales definitivas (en el caso de los bovinos) a los 2 años de edad, debido a los rumiantes al nacer se comporta como un animal monocavitario, puesto que la leche pasa directamente del esófago al abomaso por medio de la gotera o escotadura esofágica, evitando así a los divertículos aglandulares que en el animal lactante no presentan funcionalidad en este estadío del animal y sería perjudicial para su fisiología que la leche se digiera en este sector del aparato digestivo. La gotera esofágica se cierra por el reflejo de succión, el cual se va perdiendo a medida que el animal crece, lo que permite que los alimentos comiencen a ingresar a los divertículos aglandulares y de esta manera comienzan a tomar funcionalidad. Cuando el ternero nace, el abomaso representa el doble del tamaño que tienen el retículo y el rumen juntos; a los tres meses, retículo y rumen son el doble del abomaso; y ya a los cuatro meses estos dos divertículos son el cuádruple del librillo y el abomaso juntos. En un animal adulto y cuando su desarrollo ha finalizado, el volumen del rumen en los bovinos es de 80 a 120 L (dependiendo de la raza) mientras que en los ovinos alcanza un término medio de 15 L. Así, en el animal adulto el rumen representa un 80% de las cavidades, la redecilla un 5%, el librillo 7% y el abomaso 8% (Fig. 1). Figura 1. Desarrollo del estómago de un rumiante desde el nacimiento (a la izquierda) hasta un adulto (a la derecha). 2 Fisicoquímica aplicada a la fisiología veterinaria – Digestión y Absorción II DIGESTIÓN Y ABSORCIÓN El principal glúcido de la ingesta en los animales policavitarios es la celulosa y para poder aprovecharla recurre a una simbiosis con microorganismos a nivel ruminal, ya que el rumiante carece de mecanismos enzimáticos capaces de degradar este homopolisacárido I que posee enlaces glicosídicos de tipo β. Estos microorganismos (bacterias, protozoarios y hongos) son adquiridos por contacto directo cuando el animal comienza a pastorear, ingiriendo vegetales y/o agua de bebida que han tenido contacto con la materia fecal de animales adultos. Debido a la acción de estos microorganismos, en el rumen se digieren más del 90% del material ingeridos. El número de bacterias oscila entre 108 y 1011 por gramo de contenido ruminal, representando el 98% del total de los microorganismos ruminales, pero volumétricamente se equiparan con los protozoos porque éstos miden de 20 a 200 μm y las bacterias tan solo 2 μm. Considerando que en peso seco la cantidad de bacterias ruminales alcanza en término medio 4 kg. Existen diferentes especies bacterianas ruminales que digieren específicamente distintos nutrientes, esto debe ser tenido en cuenta ya que no se puede modificar abruptamente la dieta de un policavitario debido a que se necesita un período determinado para que los microorganismos se adapten al nuevo alimento. Para que los microorganismos se desarrollen en el rumen deben existir las siguientes condiciones: - Temperatura: 39 – 40ºC. - Humedad: 75 – 80%. - pH: 5,5 – 6,9 (llegando a extremos de 4,5 y 7,5 se produce la parálisis ruminal y meteorismo o timpanismo secundario debido al acúmulo de gas metano). - Medio anaeróbico. - Rápida eliminación de los productos metabólicos formados por la acción de los microorganismos ya sea por absorción ruminal o por pasaje de la ingesta a través del tubo digestivo. El pH ruminal fisiológico varía según el tipo de alimento ingerido y del tiempo en el cual se realizó la última ingesta; algunos de los factores que intervienen son: - Disminuyen el pH: ácidos grasos volátiles y CO2. - Aumenta el pH: NH3 y la saliva La saliva es muy importante en el control del pH ruminal, un bovino produce al día aproximadamente 140 L y un ovino unos 11 L en promedio. Las funciones de la secreción salival son las siguientes: 1. Regula el pH: el pH de la saliva varía entre 8,1 y 8,5 (contiene altas cantidad de bicarbonato de sodio y fosfatos) por lo tanto es un factor alcalinizante ruminal. 3 Fisicoquímica aplicada a la fisiología veterinaria – Digestión y Absorción II DIGESTIÓN Y ABSORCIÓN 2. Mantiene la humedad: la glándula parótida en los rumiantes es de secreción continua, de tal manera que además de controlar el pH, mantiene la humedad óptima para el desarrollo de los microorganismos. I 3. Vehiculiza urea al interior el rumen, factor muy importante en el metabolismo proteico ruminal. 4. Factor antiespumante: evita que se forme espuma (si esto ocurre se desarrolla un timpanismo primario) cuando se producen ondas de mezclado ruminal, favoreciendo de esta forma la eliminación de los gases por medio del eructo. Metabolismo ruminal de glúcidos Los glúcidos que son ingeridos por el animal policavitario, sufren en el rumen una degradación bacteriana que los transforma en ácidos grasos volátiles siendo estos productos de desecho de los microorganismos. Estos compuestos gaseosos serán luego la principal fuente energética de los rumiantes y entre los más importantes se encuentran el ácido acético, propiónico y butírico (Fig. 2). Figura 2. Principales ácidos grasos volátiles producidos en el rumen. El ácido propiónico ingresa al ciclo de Krebs como Succinil-CoA (con un mecanismo idéntico al metabolismo de ácidos grasos de cadena impar) es utilizado para formar glucosa mediante la vía de la gluconeogénesis y el ácido acético (se transforma en acetil-CoA a nivel celular) es derivado para la síntesis de las grasas de la leche, mientras que el ácido butírico se transforma en hidroxibutirato en la pared ruminal. El componente glucídico fundamental de los vegetales es la celulosa (también la hemicelulosa) variando su concentración entre un 43% y 80%, dependiendo de la especie forrajera y de la época del año. A medida que el vegetal envejece se va endureciendo (“encañando”) por el depósito de lignina en su superficie (proceso de lignificación), lo que 4 Fisicoquímica aplicada a la fisiología veterinaria – Digestión y Absorción II DIGESTIÓN Y ABSORCIÓN hace que sea menos digestible ya que esta capa no puede ser atacada por los microorganismos ruminales. Como se mencionó anteriormente, los animales policavitarios no poseen un mecanismo I enzimático propio para degradar la celulosa, debido a esto aprovechan la simbiosis ruminal con los microorganismos. A las cepas bacterianas capaces de degradar a la celulosa se las denomina celulolíticas. El sistema celulolítico que poseen estas bacterias está constituido por las siguientes enzimas: - Celulasas: son enzimas extracelulares que atacan las uniones glucosídicas β- 1-4 de la celulosa; encontramos las siguientes: - Celulasas C1: estas se encargan de atacar las fibras de celulosa nativa variando sus estructuras espaciales, haciendo perder la tensión que tenía la fibra, facilitando así la acción de otras enzimas. - Celulasas Cx: cortan en forma desordenada las cadenas y generan como producto final celodextrinas de diversos pesos moleculares. - β-glucosidasas: hidrolizan a los glúcidos de bajo peso molecular (celohexosas, celopentosas, celotriosas). Finalmente, dentro de la bacteria la celulosa (compuesta por dos moléculas de β-D- glucosa) es hidrolizada por la enzima celobiasa a glucosa, siendo esta utilizada por el microorganismo y dando como producto final de esta metabolización bacteriana los ácidos grasos volátiles citados anteriormente (Fig. 3). Figura 3. Metabolismo ruminal de los glúcidos. Cuando un rumiante toma el pienso, este sufre una primera masticación rápida y grosera y luego es deglutido al rumen, es humedecido en la panza, vuelve a la boca por movimientos antiperistálticos para ser delicadamente triturado, proceso llamado rumia (Fig. 4). 5 Fisicoquímica aplicada a la fisiología veterinaria – Digestión y Absorción II DIGESTIÓN Y ABSORCIÓN I Figura 4. Representación del recorrido que realiza el alimento en el rumiante adulto. En el rumen las bacterias celulolíticas excavan canales en las paredes fibrosas de los vegetales ingeridos con sus exoenzimas (celulasas) y generan productos de menor peso molecular. Los microorganismos que cumplen estas funciones son anaerobios o anaerobios facultativos. Los fragmentos menores obtenidos por acción de las celulasas son tomados por β-glucosidasas, dando celobiosa y moléculas de glucosa. Por último, una endoenzima, la celobiasa, degrada su sustrato (la celobiosa) a dos moléculas de glucosa. Esta hexosa en las bacterias es fosforilada a glucosa-6-fosfato por una hexoquinasa. La glucosa obtenida en el rumen puede ser absorbida en este mismo órgano pero en muy pequeñas cantidades, ya que la mayor parte es tomada por las bacterias, y la utilizan para seguir las vías metabólicas ya nombradas, y excretan finalmente productos de su metabolismo que resultan inutilizables para los microorganismos (los ácidos grasos volátiles). Los productos de excreción bacteriana son: - Ácido láctico - CH4 - CO2 - NH3 - Ácidos grasos volátiles Estos últimos, como se mencionó anteriormente, serán utilizados como fuente de energía y síntesis de moléculas de interés biológico por el animal policavitario. Debido a este sistema de utilización de la glucosa, existe una diferencia en la normoglucemia (concentración fisiológica de glucosa en sangre) de los monocavitarios (100 mg %) y un rumiante (aproximadamente 50 mg %) ya que los primeros (y los rumiantes al nacer) absorben este monosacárido a nivel intestinal mientras que los policavitarios adultos se nutren de los productos de desecho bacteriano ya que estos microorganismos se encargan de tomar la mayor parte de los glúcidos de la dieta. De esto último se desprende que no es posible aumentar la glucemia de un rumiante por la administración oral de glucosa, ya que 6 Fisicoquímica aplicada a la fisiología veterinaria – Digestión y Absorción II DIGESTIÓN Y ABSORCIÓN no sería aprovechable la glucosa suministrada, por lo que la vía recomendable para que haya un 100 % de biodisponibilidad deber ser inoculada al organismo mediante la vía endovenosa. I Una vez absorbidos a través pared ruminal los productos de deshecho bacteriano (ácidos grasos volátiles) llegan a los tejidos del rumiante donde se incorporan al metabolismo. Por ejemplo, el ácido acético ingresa al ciclo de Krebs como acetil-CoA, pudiendo dar energía o precursores de la síntesis de la grasa de leche (grasa butirosa), el ácido propiónico ingresa al ciclo de Krebs como succinil-CoA pudiendo dar glucosa mediante la gluconeogénesis y también la lactosa de la leche (Fig. 5) mientras que el ácido butírico se combustiona fundamentalmente en la pared ruminal produciendo cuerpos cetónicos o se puede utilizar para sintetizar ácidos grasos por la ácido grasos sintasa. Al ingresar como acetil-CoA al ciclo de Krebs, al ácido acético se lo considera cetogénico (origen de los cuerpos cetónicos) mientras que al ácido propiónico se lo considera glucogénico ya que puede dar glucosa. Figura 5. Metabolismo del ácido propiónico para generar succinil-CoA. Metabolismo ruminal de lípidos El metabolismo de los lípidos en el rumiante adulto difiere notablemente de los mamíferos monocavitarios, una de estas diferencias radica en la composición de ácidos grasos de sus respectivas grasas de depósito. En los rumiantes estas grasas de depósito son bien conocidas por su grado de dureza, que es debido principalmente al contenido relativamente elevado de ácidos grasos saturados, en comparación con las grasas de depósito de herbívoros no rumiantes como el caballo, el conejo y demás monocavitarios. Además, la composición de ácidos grasos de las grasas de depósito y de la leche de los 7 Fisicoquímica aplicada a la fisiología veterinaria – Digestión y Absorción II DIGESTIÓN Y ABSORCIÓN rumiantes es independiente de los lípidos presentes en la dieta, en tanto que, en los monocavitarios, refleja la composición en ácidos grasos de los lípidos ingeridos. Por otra parte, las grasas de depósito y de la leche de los rumiantes contienen cantidades apreciables I de ácidos grasos trans no saturados y pequeñas cantidades de ácidos grasos de cadena ramificada que no se encuentran normalmente en los lípidos de los herbívoros no rumiantes. La grasa de la leche contiene además ácidos grasos de número impar de átomos de carbono, donde la presencia de estos ácidos grasos que no se encuentran en los monocavitarios, se debe a la digestión intestinal de las bacterias ruminales. Los rumiantes jóvenes alimentados con dieta láctea tienen requerimiento dietarios de ácidos grasos esenciales, sin embargo, cuando se cambia la dieta de leche a alimentos secos y los microorganismos del rumen comienzan a establecerse, se producen ácidos grasos volátiles, disminuyen la glucosa en sangre (glucemia) y los requerimientos de ácidos grasos esenciales. Los lípidos de la dieta experimentan la hidrólisis e hidrogenación microbiana en el rumen y se produce la síntesis “de novo” de lípidos celulares microbianos. Se ha sugerido que el rumiante parece conservar sus ácidos grasos esenciales más eficazmente que el animal monocavitario, aun cuando el aporte de ácido linoleico al rumiante sea limitado, este se concentra en mayores cantidades en fosfolípidos y ésteres del colesterol plasmáticos o de depósito. El aporte dietario de ácidos grasos esenciales es considerablemente menor que el de especies monocavitarias, aunque las adiciones de un 2,5% de grasa en la ración de rumiantes son aceptables, debe tenerse en cuenta que adiciones por encima del 5% pueden interferir en la digestión de la celulosa. Las plantas forrajeras tienen escaso contenido lipídico (4 a 6%), la mayor parte son triacilgliceroles (1,5 a 4%) y además contienen esteroles, ceras y fosfolípidos en baja proporción. Destino de los lípidos en el rumen Los efectos de los microorganismos sobre los lípidos de la dieta son: - Hidrólisis de los triacilgliceroles y los fosfolípidos - Hidrogenación de los ácidos grasos no saturados - Fermentación del glicerol proveniente de los triacilgliceroles y fosfolípidos Estos procesos ocurren simultáneamente, donde los microorganismos del rumen hidrogenan una gran cantidad de ácidos grasos insaturados del tipo 18:2 o 18:1 a 18:0. Posiblemente los microorganismos del rumen hidrogenan ácidos grasos insaturados como un procedimiento para deshacerse del exceso de H 2 que se acumula durante la fermentación anaeróbica, los protozoos también pueden hidrolizar lípidos vegetales e hidrogenan ácidos grasos. Los microorganismos del rumen pueden hidrolizar los enlaces éster existentes en los 8 Fisicoquímica aplicada a la fisiología veterinaria – Digestión y Absorción II DIGESTIÓN Y ABSORCIÓN lípidos de la alimentación, por consiguiente, hidrolizan los triacilgliceroles hasta ácidos grasos y glicerol y los galactoacilgliceroles los hidrolizan a glicerol, ácidos grasos y galactosa. El glicerol resultante de esta hidrólisis puede ser utilizado de la siguiente manera I (Fig. 6): - Reutilizarlo para la síntesis de triacilgliceroles y fosfolípidos - Metabolizarlo a ácidos grasos volátiles (fundamentalmente propiónico) Figura 6. Metabolismo ruminal de los lípidos. Los ácidos grasos de cadena larga (de origen vegetal) no sufren degradación apreciable en el rumen, ni se absorben a través de su pared; ocurre lo contrario con los ácidos grasos volátiles que son rápidamente absorbidos. Los productos de la hidrólisis microbiana (ácidos grasos de cadena larga, monoacilglicerol y diacilgliceroles) llegan hasta el intestino donde son degradados y posteriormente absorbidos. Los ácidos grasos de cadena impar de átomos de carbono y los de cadena ramificada, provienen de los lípidos bacterianos. Son absorbidos de igual manera que los de cadena lineal y se los encuentra en la grasa de la leche, en la piel y en las grasas de reserva. Se puede decir que los microorganismos ruminales, además de sintetizar lípidos que luego son utilizados por el animal policavitario, le confieren al tejido adiposo de los 9 Fisicoquímica aplicada a la fisiología veterinaria – Digestión y Absorción II DIGESTIÓN Y ABSORCIÓN rumiantes característicos particulares debido al proceso de metabolización ruminal. Con la utilización de los ácidos grasos volátiles el rumiante adquiere aproximadamente el 50% de sus necesidades energéticas. El sistema nervioso central no sigue esta regla, ya que obtiene I energía a partir del metabolismo de la glucosa, esto es debido a la presencia de la barrera hematoencefálica, la que no permite a la albúmina que transporta a los ácidos grasos y poder utilizar como fuente de energía a los ácidos grasos. Como la mayor parte de los glúcidos son tomados por los microorganismos ruminales, en los policavitarios la gluconeogénesis es más activa que en los animales monocavitarios para poder suministrar por ejemplo energía al sistema nervioso central, eritrocitos o producir lactosa para la leche. Metabolismo ruminal de proteínas El metabolismo nitrogenado de los animales rumiantes presenta varias particularidades en comparación con el de los monocavitarios. Esto es debido a la presencia de microorganismos ruminales que proveerán de una fuente rica de proteínas para el policavitario. Las proteínas sintetizadas “de novo” por los microorganismos son utilizadas por los rumiantes cuando llegan a su abomaso o intestino, siendo hidrolizadas de igual forma que en los monocavitarios. Dichas proteínas tienen dos orígenes: - Provienen de la alimentación (similar a monocavitarios). - Provienen de los microorganismos (característico del rumiante). Los rumiantes incorporan a su dieta proteínas de origen vegetal, que son de bajo valor biológico y de poca concentración en las pasturas (16%), a excepción de las leguminosas que poseen concentraciones proteicas mayores. El valor biológico de una proteína da idea del contenido de aminoácidos esenciales de misma. La escala de valor biológico es encabezada por la caseína, a la que se le asigna el valor de 100. Con la primera masticación grosera seguida de la rumia, el rumiante tritura en forma adecuada los tejidos vegetales ingeridos dando una mayor superficie de contacto para la acción enzimática de los microorganismos proteolíticos. Esta proteólisis requiere también de un pH adecuado (cercano al neutro) y de la inhibición acuosa de las fibras vegetales. Del total de proteínas ingeridas por el animal, el 60% al 80% son transformadas por los microorganismos ruminales en aminoácidos y NH3 El amoníaco producido puede ser utilizado por las bacterias de la panza para sintetizar aminoácidos y luego proteínas 10 Fisicoquímica aplicada a la fisiología veterinaria – Digestión y Absorción II DIGESTIÓN Y ABSORCIÓN bacterianas o bien puede ser absorbido a través de la pared ruminal, llegar por vía de la vena portal al hígado y transformarse en urea (Fig. 7). I La urea formada en el hígado tiene dos destinos posibles: - Ser eliminada por la orina (en forma similar a como ocurre en un animal monocavitario) - Llegar a las glándulas salivales por vía sanguínea y de allí nuevamente al rumen. Esto se denomina circulación rumino-hepático-salival. Figura 7. Metabolismo ruminal de las proteínas. De las proteínas alimenticias solo el 20 al 40% escapa a la acción de los microorganismos ruminales y llega al abomaso e intestino como tal para ser digerida, a éstas se le suman las proteínas microbianas formadas a partir de aminoácidos provenientes de la degradación de la proteína vegetal o de los aminoácidos sintetizados por las bacterias con el nitrógeno proveniente de la fijación del amoníaco. Esta síntesis bacteriana de aminoácidos es la que diferencia al animal rumiante, que no tendrá requerimientos de aminoácidos esenciales en su dieta. No obstante, debe tenerse en cuenta que para la síntesis de aminoácidos azufrados (metionina y cisteína) el animal deberá incorporar compuestos azufrados en su dieta. Las bacterias proteolíticas que actúan degradando las proteínas vegetales poseen enzimas que se pueden clasificar en: - Proteinasas: ubicadas en la pared celular, catalizan la hidrólisis de las proteínas nativas a polipéptidos. - Peptidasas: ubicadas también en la pared celular, catalizan la hidrólisis de péptidos de bajo peso molecular. 11 Fisicoquímica aplicada a la fisiología veterinaria – Digestión y Absorción II DIGESTIÓN Y ABSORCIÓN - Dipeptidasas: hidrolizan dipéptidos. La proteólisis depende también del grado de solubilidad de las proteínas en el líquido Iruminal, también influye sobre la degradación ruminal la estructura espacial que tiene la proteína. Por ejemplo las queratinas no son atacadas en el rumen, las mucoproteínas escasamente, las fosfoproteínas son rápidamente degradadas, la zeína (proteína del maíz) es hidrolizada en el rumen en un 40 al 50%. La acción proteolítica depende de la dieta del animal, de las pasturas y de la zona en que habita. Las bacterias pueden aprovechar los aminoácidos obtenidos de la proteólisis o bien sintetizar nuevos aminoácidos a partir de estructuras derivadas de hidratos de carbono y del amoníaco o por medio de transaminaciones; de esta forma se sintetizan proteínas microbianas que serán luego digeridas en el abomaso e intestino. Los aminoácidos provenientes de la degradación de las proteínas ingresan en la bacteria por transporte activo. Parte de estos aminoácidos se utilizan para la síntesis de proteína bacteriana y el resto es catabolizado (transaminación, desaminación, etc.) dando NH 3, CO2, cetoácidos y ácidos grasos volátiles que regresan al líquido ruminal. La síntesis proteica llevada a cabo por los microorganismos ruminales requiere además de aminoácidos, energía que es brindada por el metabolismo de los glúcidos. En caso de alimentar a los animales con almidón como fuente energética se observa que aumenta la multiplicación bacteriana y con ello la síntesis de proteínas, pero no se puede aumentar indiscriminadamente el suministro de glúcidos para incrementar la producción de proteínas debido a que se presentan grandes dificultades para regular el pH ruminal. Se ha demostrado que el pH óptimo para la actividad proteolítica es de 6,6. Los protozoos ruminales son capaces de sintetizar aminoácidos esenciales como lo hacen los microorganismos que fueron mencionados anteriormente, obteniendo los aminoácidos necesarios para la síntesis de sus propias proteínas de los aminoácidos provenientes de la dieta y por la fagocitosis de bacterias ruminales. Esta fagocitosis bacteriana es importante para el proceso llamado de animalización de las proteínas, mediante el cual las proteínas sintetizadas por las bacterias son asimiladas por los protozoos aumentando su valor biológico y siendo entonces aprovechables por el rumiante. Es interesante resaltar que, si bien esa actividad protozoaria es de importancia, en la actualidad es regulada artificialmente por el suministro de antibióticos que modifican la permeabilidad de la membrana plasmática de los microorganismos (monensina) evitando la excesiva fagocitosis bacteriana, ya que éstas son una fuente de proteínas de mayor valor 12 Fisicoquímica aplicada a la fisiología veterinaria – Digestión y Absorción II DIGESTIÓN Y ABSORCIÓN biológico para el animal policavitario y que además aportan los aminoácidos esenciales requeridos, de manera que los rumiantes no necesitan el aporte con la dieta de aminoácidos Ique son necesarios para los animales monocavitarios ya que en su metabolismo los producen, aunque el aporte de S es necesario para la síntesis de aminoácidos como la cisteína y la metionina. La relación entre la energía (aportada por los glúcidos) y la producción de proteínas, está directamente relacionada con la fertilidad del ganado, la producción de carne y las proteínas de la leche. Los animales con déficit proteico serán de constitución muscular pobre y significará un menor rinde de kg/hectárea y menor ganancia para el productor. Circulación rumino-hepático-salival La degradación proteica en el rumen es llevada a cabo por los microorganismos y genera amoniaco. Ya que las paredes bacterianas son permeables al mismo, es liberado sin dificultad hacia el líquido ruminal. Cuando el nivel de amoniaco aumenta en la panza, comienza a ser absorbido a través de la pared ruminal, pasando a la sangre y por vena la porta es vehiculizado al hígado; finalmente en este órgano se sintetiza urea (Fig. 8). Figura 8. Ciclo rumino-hepático-salival 13 Fisicoquímica aplicada a la fisiología veterinaria – Digestión y Absorción II DIGESTIÓN Y ABSORCIÓN I Biosíntesis de triacilgliceroles y glicerofosfolípidos Los triacilgliceroles son sintetizados tanto por las células animales como vegetales y principalmente son almacenados como reserva energética, en tejido adiposo (animales) o en semillas y frutos (vegetales) para ser utilizados como combustible o durante el proceso de germinación. Los glicerofosfolípidos son componentes de la membrana plasmática y su biosíntesis aumenta durante el crecimiento. Los organismos que no se encuentran en etapa de crecimiento tienden a disminuir la síntesis de fosfolípidos y aumentar la síntesis de triacilgliceroles, los cuales se acumulan en el tejido adiposo. Biosíntesis de triacilgliceroles Requiere de la formación previa de ácido fosfatídico. Los precursores para la síntesis de triacilgliceroles son el glicerol-3-P y acil-CoA. El glicerol-3-P puede formarse a partir de dos vías diferentes: - En la vía glucolítica a partir de la reducción de la dihidroxiacetona-P, en una reacción catalizada por la glicerol-3-fosfato deshidrogenasa. - Por fosforilación del glicerol por acción de la glicerol quinasa (gliceroquinasa). Esta última enzima se encuentra ausente en el adipocito, por lo que en este tejido la única manera de obtener el glicerol-3-P es a partir del metabolismo de la dihidroxiacetona-P, por lo que la glucólisis es muy activa en este tejido. En un primer momento se produce la esterificación en el carbono 1 del glicerol-3-P de un ácido graso de cadena larga, este ácido graso generalmente saturado, proviene de un acil-CoA. Esta reacción de esterificación genera un lisofosfatidato (glicerol-3-P con un acilo de cadena larga esterificado a uno de sus carbonos). Posteriormente se produce una segunda esterificación con otro acil-CoA, pero esta vez la reacción será producida a nivel del carbono 2 del glicerol, sin embargo, en la mayoría de los casos el ácido graso esterificado es de tipo insaturado, de manera tal que se genera la molécula fosfatidato 14 Fisicoquímica aplicada a la fisiología veterinaria – Digestión y Absorción II DIGESTIÓN Y ABSORCIÓN (1,2-diacilglicerol-3-P) intermediario tanto de la síntesis de triacilgliceroles como glicerofosfolípidos. Luego mediante una fosfatasa se hidroliza el PO 4-3 del carbono 3 del I glicerol para formar diacilglicerol, al cual se le esterificará otro ácido graso en el carbono 3, para concluir la síntesis de triacilgliceroles (Fig. 9). En caso de que la síntesis de estos compuestos apolares se produzca en el hígado serán empaquetados con las VLDL que se encargarán de distribuirlo por todo el organismo, mientras que si la síntesis ocurre en el enterocito los triacilgliceroles producidos formarán parte de los quilomicrones. Figura 9. Esquema de obtención de ácido fosfatídico necesario para la síntesis de triacilgliceroles y glicerofosfolípidos. Biosíntesis de fosfolípidos La biosíntesis de los fosfolípidos utiliza como sustrato el diacilglicerol, ácido fosfórico y una base nitrogenada. El diacilglicerol se activa con el nucleótido CDP formándose un CDP-diacilglicerol al cual se une la base nitrogenada, se libera el CMP dando lugar a la formación final del fosfolípido (Fig. 10). Para sintetizar fosfatidilcolina se transfiere al - OH del carbono 3 el residuo fosfocolina el que proviene del precursor CDP-colina. De igual manera se produce fosfatidiletanolamina a partir de CDP-etanolamina y serina a 15 Fisicoquímica aplicada a la fisiología veterinaria – Digestión y Absorción II DIGESTIÓN Y ABSORCIÓN partir de la CDP-serina, aunque también por descarboxilación de la fosfatidilserina se genera fosfatidiletanolamina por intercambio del aminoalcohol que presenta, y a su vez I la fosfatidiletanolamina por metilación se transforma en fosfatidilcolina. La síntesis de fosfatidilinositol se genera a partir de fosfatidato que reacciona con CDP-inositol y grupos fosfato. Figura 10. Esquema de biosíntesis de glicerofosfolípidos. La síntesis de esfingolípidos comienza con la producción de ceramida (intermediario homólogo al diacilglicerol) para lo cual se unen el palmitoil-CoA y serina mediante una descarboxilación, luego ocurre una reducción con la intervención del NADPH + H +, formando una unión amida e insaturación. La ceramida sintetizada (Fig. 11) puede ser modificada a gangliósidos o cerebrósidos por transferencia de azúcares determinados (oligosacáridos o monosacáridos respectivamente) o en esfingomielina. 16 Fisicoquímica aplicada a la fisiología veterinaria – Digestión y Absorción II DIGESTIÓN Y ABSORCIÓN I Figura 11. Síntesis de ceramida para la formación de esfingolípidos. Biosíntesis de colesterol La biosíntesis del colesterol ocurre en todos los órganos siendo más activa en hígado, siguiendo en orden de importancia intestino, glándulas adrenales, gónadas, tejido muscular y adiposo. Un adulto normal puede producir alrededor de 1 g por día de colesterol. Las enzimas que participan en la síntesis del colesterol son citoplasmáticas, con la excepción de la escualeno oxidasa que es microsomal. Todos los átomos de carbono del colesterol provienen del grupo acetilo del acetil-CoA, utilizándose como agente reductor en las reacciones de síntesis el NADPH + H+. Para fines prácticos se consideran tres etapas diferentes en la ruta de síntesis de colesterol (Fig. 12): 1- Conversión de acetatos en mevalonato. reacción catalizada por la hidroximetil glutaril-CoA (HMG-CoA) reductasa es la etapa limitante de la velocidad de síntesis de colesterol. 2- Transformación de mevalonato en escualeno. 3- Conversión de escualeno en colesterol. 17 Fisicoquímica aplicada a la fisiología veterinaria – Digestión y Absorción II DIGESTIÓN Y ABSORCIÓN a b I Figura 12. (a) Síntesis de mevalonato (b)Principales etapas de la biosíntesis de colesterol. Regulación de la síntesis de colesterol El colesterol de la dieta, liberado en hígado en forma de quilomicrón remanente inhibe la ruta de biosíntesis hepática, a nivel de la HMG-CoA reductasa. Asimismo, el colesterol que circula en el plasma en forma de LDL (una lipoproteína) inhibe la biosíntesis de la reductasa. Una dieta rica en ácidos grasos saturados, provoca un aumento de la concentración plasmática de colesterol, pero si se reemplazan las grasas saturadas por grasas ricas en ácidos grasos poliinsaturados (ácido linoleico) o monoinsaturados (ácido oleico) disminuyen la concentración plasmática de colesterol. Las carnes y otros alimentos de consumo diario suelen contener grandes cantidades de colesterol y grasas saturadas. Los productos vegetales son ricos en grasas poliinsaturadas y no contienen colesterol. Además del nivel de colesterol plasmático, la síntesis de colesterol hepático está controlada por hormonas que actúan controlando la actividad de la enzima que cataliza la etapa limitante de su biosíntesis. La insulina y la hormona tiroidea aumentan la actividad de la HMG-CoA reductasa, mientras que el glucagón y cortisol la disminuyen. 18 Fisicoquímica aplicada a la fisiología veterinaria – Digestión y Absorción II DIGESTIÓN Y ABSORCIÓN Ácidos biliares, biosíntesis y funciones I El colesterol es el precursor de la biosíntesis de los ácidos biliares como así también de esteroles fecales y hormonas esteroideas animales. Los ácidos biliares (cólico y quenodesoxicólico), se forman en el hígado, se conjugan con aminoácidos (taurina y glicina) originando ácido taurocólico y glicocólico, luego pasan a la vesícula biliar. Puesto que la bilis contiene una cantidad importante de Na+ y K+ y el pH es alcalino, los ácidos biliares se encuentran como sales biliares. Estas son secretadas al intestino delgado donde actúan como emulsionantes facilitando la absorción de los lípidos. Bibliografía - Blanco A, Blanco G. Química Biológica. 10ma edición. Buenos Aires: El Ateneo. 736 pp. 2016. ISBN: 978-950-02-1034-8. - Cunningham J. Fisiología Veterinaria. 5ta edición. Editorial Elsevier. España. 624pp. 2014. ISBN: 978-84-902-2317-8. - Feduchi Canosa E, Romero Magdalena C, Yánez Conde E, Blasco Castiñeyra I, García-Hoz Jiménez C. Bioquímica: Conceptos esenciales. 2da edición. Madrid. Médica Panamericana. 480 pp. 2015. ISBN: 978-849-83-5875-9. - Koolman J, Röhm K-H. Bioquímica Humana. Texto y atlas. 4ta edición. Madrid. Médica Panamericana. 529 pp. 2012. ISBN: 978-84- 0835-215-3. - Stryer LL, Berg JM, Tymoczko JL. Bioquímica con Aplicaciones clínicas. Barcelona: Reverté. 1054 pp. 2013. ISBN: 978-84-291-7602-5. - Voet D, Voet JG, Pratt CW. Fundamentos de Bioquímica. La vida a nivel molecular. 4ta edición. México. Médica Panamericana. 1163 pp. 2016. ISBN: 978- 607-9356-96-5. 19 Fisicoquímica aplicada a la fisiología veterinaria – Digestión y Absorción II DIGESTIÓN Y ABSORCIÓN I 20