Metabolismo de Proteína

Disciplina: Nutrição Animal

Agronomia

Prof. Kássia Menolli

Proteínas

O termo proteína foi proposto por Jons J. Berzelius no século XIX, a partir da raiz grega proteios, para descrever os componentes de “primeira classe” ou “de principal importância”.

PROTEÍNAS

• Não são substâncias de reserva, não sendo produzidas além do necessário pelo ser vivo;

• São elementos estruturais, mas eventualmente fornecem energia;

• Formam a maior parte dos músculos, dos órgãos internos, dos tecidos conectivo e cartilaginoso, assim como dos órgãos externos (pele, pelos, lã, penas, chifres, unhas, bico);

• Proteínas circulantes exercem a função de veículos de transporte para gorduras, vitaminas e alguns minerais

• Vegetais – órgãos reprodutivos e nas folhas

• Conceito: Compostos nitrogenados orgânicos complexos, caracteristicamente com grandes moléculas ou nichos de moléculas com alto peso molecular, presentes em toda a célula viva (Nunes,1998);

• Composição elementar, em peso: - Nitrogênio – 15,5 a 18% (média 16%) - Carbono – 51 a 55% - Hidrogênio – 6,5 a 7,3% - Oxigênio – 21,5 a 23,5% - Enxofre – 0,5 a 2% - Fósforo – 0 a 1,5%

Classificação

• Fibrosas: – Insolúveis em água

– Resistentes a enzimas digestivas

– AAs sulforosos

– Estrutural e protetora • Colágeno, Elastina e Queratina

• Globulares: – Solúveis em água

– Manutenção e Regularização • Enzimática, transporte, hormonal

• Enzimas, albumina, hemoglobina

Classificação… Composição do Polipeptídeo

• Proteínas simples: – Albuminas

– Globulinas

• Proteínas Conjugadas: – Substâncias não protéicas (Grupo Prostético)

Classificação… Número de Polipeptídeo

• Proteínas Monoméricas: – 1 polipeptídeo

• Mioglobina

• Caseína

• Albumina

• Proteínas Oligoméricas: – 2 ou mais polipeptídeos

– Proteínas de estrutura

Organização Estrutural

• Resultante do tipo de AAs

• Estrutura Primária: – 20 AAs Padrão

– Se repetem, característica para cada proteína

– Ligações peptídicas

• Estrutura Secundária: – Mantida pelas ligações H

– Rotação das ligações C dos AAs

– Proteínas Fibrosas • Queratina e Colágeno

Organização Estrutural

• Estrutura Terciária: – Arranjo espacial da cadeia polipeptídica

– Estabilização e determinação da conformoção da ptn entram forças de natureza diversa • Ligações dissulfeto (covalente) entre 2 resíduos de Cis

• Interações eletrostáticas – AA básicos (Lys, His, Arg) e AA ácidos (Asp e Glu)

• Estrutura Quartenária: – Associação de 2 ou + cadeias polipeptídicas

– Maioria das proteínas globulares

Função das Proteínas…

• Nutritiva: – Fonte de aminoácidos

• Enzimática: – Toda enzima é uma proteína

• Estrutural: – Colágeno

– Actina e Miosina

– Queratina

– Albumina

• Transporte: – Hemoglobina

Aminoácidos

• Conceito: ácido orgânico nitrogenado, com a fórmula geral:

• Proteína “típica” é constituída por uma sequência de aminoácidos ligados entre si por uma ligação peptídica (-N-C-) entre dois aminoácidos, com a saída de uma molécula de água.

H R – C – COOH NH2

AMINOÁCIDOS

SÍNTESE DE PROTEÍNA

ENERGIA

GLICOSE/GLICOGÊNIO

ÁCIDOS GRAXOS CORPOS CETÔNICOS

SÍNTESE DE METABÓLITOS CONTENDO N

Aminoácidos não proteicos

• Não participam de moléculas proteicas: - Citrulina e ornitina (ciclo da uréia e na vida

metabólica da síntese de arginina);

- Betalanina (parte da vitamina ácido pantotênico e da coenzima A);

- Creatina (amina quartenária derivada da glicina – armazenamento de energia)

Aminoácidos Essenciais

• São aqueles que NÃO SÃO SINTETIZADOS NO ORGANISMO em velocidade suficiente para atender as necessidades para o máximo desempenho do animal;

• Alguns são considerados indispensáveis – sua ausência impediria o organismo animal de realizar a síntese proteica.

Aminoácidos Não Essenciais

• São aqueles QUE PODEM SER SINTETIZADOS NO ORGANISMO a partir de outros aminoácidos ou outros nutrientes presentes na ração.

Aminoácidos limitantes

• São aqueles que estão presentes na dieta em uma concentração menor do que a exigida. Pode estar limitante numa ração um ou mais aminoácidos ao mesmo tempo, porém em uma ordem de limitação.

Antagonismo ou competição

• Competição pelo mesmo sítio de ligação;

• Excesso de aminoácidos ocorre um aumento na excreção;

• Ocorre em dietas com baixos níveis de proteína e com animais em crescimento.

Desequilíbrio ou desbalanceamento de aminoácidos

• Pequenas variações no perfil de aminoácidos de uma dieta baixa em proteína, nas suas quantidades relativas, provocando:

- Modificações nas proporções de água, gordura e proteína dos tecidos animais;

- Aumento do catabolismo dos aminoácidos limitantes;

- Aumento do catabolismo das proteínas

Disponibilidade de aminoácidos

• Presença satisfatória e equilibrado de aminoácidos não garante ao atendimento dos requisitos do animal;

• Aminoácidos devem estar disponíveis;

• A digestão pode estar impedida pela presença de inibidores enzimáticos;

• Ex: inibidor da pepsina, presente no grão de soja crua;

• Aquecimento dos alimentos permite que os produtos fiquem disponíveis aos animais;

• Não há um método, que não o biológico, para detectar a disponibilidade de um aminoácidos numa proteína.

Deficiência

• Nas aves – quatro aminoácidos: triptofano (catarata), treonina e metionina (fígado gorduroso), lisina (defeitos de emplumagem e atraso na maturidade sexual)

• Gatos – arginina (hiperamonemia), taurina (alterações reprodutivas e de crescimento)

Toxicidade

• Depende do aminoácido

- Treonina: é bem tolerada;

- Tirosina: deprime a digestão e o crescimento;

- Metionina: alterações histopatológicas

PROTEÍNA IDEAL

Refere-se a dietas que possuem perfil de aminoácidos nas proporções exatas das necessidades dos animais. Supondo que todos os aminoácidos sejam utilizados, por completo, para a biossíntese de tecidos.

PROTEINA VEGETAL X PROTEINA ANIMAL

Baixo valor biológico Alto valor biológico

Menor digestibilidade Maior digestibilidade

Menor % de gordura Maior % de gordura

Presença de fibras O excesso está vinculado com doenças crônica

Baixo conteúdo protéico, com exceção da soja

Principais fontes de proteína animal: carne, ovos e laticínios Principais fontes de proteína vegetal: feijões, lentilhas, soja e amendoim

NITROGÊNIO NÃO PROTEICO

• NNP – não teve início com a ureia;

- asparagina (Weiske, 1879);

- acetato de amônio (Kellner, 1900);

- sais de amônio (Morgen et al., 1909, 1910, 1911);

- aminoácidos (Ungerer, 1924).

• Todo produto que possa liberar nitrogênio amoniacal (N-NH3) no rúmen e seja potencialmente viável na nutrição de ruminantes.

• Valor de diferentes compostos nitrogenados depende da eficiência em produzir íons de amônia;

• Belasco (1954) – pioneiro, ureia teve índice de 100, variável de medida (degradação da celulose)

1938: técnica in vitro – conhecimento da

potencialidade relativa de muitos compostos

nitrogenados;

• Henderickx (1960) – ureia como referência e critério de síntese microbiana;

• Substância que promoveram maior síntese proteica em relação a ureia:

- Sulfato

- Succinato

- Acetato de amônia

- Acetamida

• Todos os compostos NNP são desdobrados no rúmen fornecendo substratos para a síntese microbiana, com exceção de nitratos.

• Das substâncias de NNP das plantas, a glutamina e asparagina tem papel no transporte de nitrogênio para as células vegetais.

A foto, de 1976, mostra a coleta da digesta na saída do abomaso, sendo ela amostrada e quantificada e depois novamente bombeada para dentro do duodeno. Com o uso de marcador é medida a quantidade de proteína de origem bacteriana e, por diferença, estimada a de origem alimentar.

Fonte de NNP

• UREIA

-Elevação da amônia para produção máxima de PM;

-Ação tamponante para manter pH ruminal;

-Possível incremento na eficiência energética da dieta.

Desvantagem da ureia

• Por ser tão rapidamente metabolizada, pode haver uma produção excessiva de amônia e uma retenção de N ineficiente no rúmen. Este excesso pode ir para corrente sanguínea e para o fígado, transforma-se em ureia e excretado pela urina;

• Consumo de grandes quantidades num curto período leva a toxidez;

• Gado adaptado tolera duas ou três vezes a mais que as quantidades requeridas;

• Bartley et al. (1976) – observaram tetania muscular após 53 minutos de administração em dose tóxica (50g/100Kg de peso corporal);

• Falhas: invasão de vacas ao local de estocagem da ureia, derrames inadvertidos de ureia nas rações, enganos de dosagens;

• Ingestão de ácido acético (solução de 5-10%);

• Acima de 10% - lesões no esôfago.

Formas modificadas de ureia evitam intoxicações;

Metabolismo do N

1) as enzimas microbianas hidrolisam rapidamente as proteínas contidas na dieta, quebrando-as e liberando os aminoácidos. Os aminoácidos livres ficam expostos no meio ruminal;

2) Estes aminoácidos livres são rapidamente utilizados pelas bactérias ruminais diretamente para síntese de proteínas microbianas;

3) Parte destes aa’s não são utilizados para estrutura da microbiota, mas produzem AGV’s.

4) a ureia, tanto exógena, quanto endógena, é rapidamente hidrolisada pela urease e transforma-se em amônia, componente que dispara o processo de multiplicação microbiana;

5) os nitratos presentes no alimento também são transformados em amônia.

Síntese de proteína microbiana (Pmic)

• Proteína metabolizável (PM) no intestino proveniente da digestão intestinal da: – Pmic – PNDR origem alimentar – Proteína endógena

• Pmic: 45 a 55% vacas leiteira de alta produção 55 a 65% bovinos de corte confinados

Pmic é a principal fonte de PM para

ruminantes

Degradação Ruminal

Ação microbiana – PB dos alimentos

• PDR e PNDR

– Rúmen • Ação enzimática • Proteases, Peptidases e Diaminases • Microrgaimos Ruminais

– Fração PDR – Utilizam peptídeos, AA, Amônia Ptn microbiana e

multiplicação celular

• Formação da Uréia • Peptídeos e AA - Duodeno

• Bactérias:

– Principais responsáveis pela degradação da proteína

– Atividade das proteases, associada à superfície da parede cellular

– 10% ou menos ocorre livre da célula

– Adsorção (fração solúvel ou não)

– Oligopeptídeos pequenos peptídeos e AAs livres

Oligopeptidases

Degradação dos pequenos peptídeos Incorporação dos AA livres Deaminação dos AA livres a ammonia Difusão da amônia

Célula bacteriana ruminal

• Protozoários: – Ingerem bactérias

– Fungos Digeridos no int. cél.

– Partículas de alimentos

– Liberando Peptídeos – AA • Proteína dos protozoários

– Não utilizam amônia – AA • Pequena taxa de passagem

• Pouco contribuição ID

Degradação Ruminal

• Fungos: capazes de degradar quitina e queratina

Degradação Ruminal

DIGESTÃO PROTEICA EM MONOGÁSTRICOS

• Boca e esôfago;

• Ação mecânica de preparação dos alimentos para a digestão;

- Aumento da área de superfície para ação das enzimas

- Hidratação (saliva)

• HCL promove a ruptura das ligações peptídicas;

• Enzima pepsinogênio na forma ativa de PEPSINA inicia o processo de digestão proteica hidrolisando as PTN ́s em proteoses, peptonas e polipeptídeos maiores;

• Essa hidrólise das PTN ́s ocorre nas ligações peptídicas envolvendo o grupo carboxila de um resíduo aromático (fenilalanina, triptofano ou tirosina)

• A pepsina age de maneira mais lenta nas ligações peptídicas que envolvem outros resíduos;

• Tempo limitado no estômago – até uma mistura de polipeptídeos.

DIGESTÃO PROTEICA NO INTESTINO DELGADO

• Intestino delgado - sob influência das enzimas proteolíticas da secreção pancreática

• Estômago – intestino: forma de proteoses, peptonas e grandes polipeptídeos;

• Quando o conteúdo ácido passa para o duodeno, seu baixo pH estimula a secreção de hormônio SECRETINA, que, pela via sanguínea, estimula o pâncreas a secretar bicarbonato a fim de neutralizar o ácido clorídrico gástrico.

DIGESTÃO E METABOLISMO DE PROTEÍNAS EM AVES E SUÍNOS

Lisina Lisina Lisina Glicina

Metionina Metionina Metionina Serina

Triptofano Triptofano Triptofano Alanina

Valina Valina Valina Ácido aspártico

Histidina Histidina Histidina Ácido glutâmico

Fenilalanina Fenilalanina Fenilalanina Cistina

Leucina Leucina Leucina Prolina

Isoleucina Isoleucina Isoleucina OH – Prolina

Treonina Treonina Treonina Tirosina

Arginina - Glicina ou Serina Asparagina

Prolina Glutamina

Tabela 1. classificação dos aminoácidos para aves e suínos (Bertechini, 2013)

Aminoácidos essenciais Aminoácidos não

essenciais Leitões / Aves Suínos / Aves Pintos

Exigências proteicas depende:

1) Idade do animal: - necessidade dietéticas decrescem com o avanço da idade; - Redução do peso metabólico relativo; - Aumento da capacidade de consumo em relação

ao peso vivo. 2) Função Fisiológica: - Necessidades de mantença dependem dos tipos de aminoácidos.

3) Nível de energia da ração:

- Atendem primeiro a demanda de energia.

- Variação no consumo.

4) Temperatura ambiente:

- Temperatura afeta o consumo

- Calor: aumenta a proporção de proteína na ração

5) Sexo:

- Macho tem ganho de peso superior de fêmeas

- Machos não castrados são mais exigentes em aminoácidos.

Excreção de Nitrogênio

• Aves: ácido úrico, pode também excretar em pequenas quantidades amônia e uréia;

• Excesso de proteína pode elevar a quantidade de amônia eliminada nas excretas;

• Eles sintetizam purinas, que são degradadas para urato. Este mecanismo tem função de conservar água.

SÍNTESE DO ÁCIDO ÚRICO

• O ácido úrico (formado no fígado, com gasto de energia, é removido do sangue pelos rins) é excretado nas fezes na forma de uma pasta de cristais de ácido úrico (quase secas);

• Pequena quantidade de água acompanha a excreção destes cristais;

• Ao contrário, a excreção de uma quantidade semelhante de uréia altamente solúvel acompanhada por grande quantidade de água.

• Os suínos secretam na forma de uréia;

• Duas situações que influenciam este processo:

- Catabolismo de aa’s e peptídeos durante o processo da gliconeogênese, para garantir o suprimento de glicose

- Excesso de proteína, havendo a necessidade da excreção de aa’s excedentes.

Qualidade da fonte proteica

Aminoácidos puros

Resultado: Evitar excessos de

aminoácidos

DIGESTÃO E METABOLISMO DE PROTEÍNAS EM PEIXES E

CAMARÕES

Principais funções para peixes

• Formação de tecidos (jovens);

• Manutenção dos tecidos;

• Formação de hormônios, enzimas, anticorpos e outros produtos metabólicos;

• Transporte de minerais;

• Fonte de energia, principalmente para peixes carnívoros

• Peixes requerem maior níveis de proteínas do que outros animais;

• Exigência de aminoácidos essenciais e não essenciais.

Fatores que afetam o requerimento de proteína

• Hábito alimentar:

carnívoros > onívoros > herbívoros

• Exigência proteica diminui com a idade;

• Fonte de proteína: proteína de baixa qualidade estimula o aumento da ingestão para satisfazer o requerimento;

• Energia da dieta: - Baixa energia – proteína será utilizada como

fonte energética; - Excesso de energia – poupará a proteína, mas

produzirá peixe com maior quantidade de gordura corporal

• Temperatura da água: maior exigência de proteína com o aumento da temperatura;

• Frequência de alimentação: aumentando a frequência de alimentação diminui-se o requerimento de proteína, pois melhora seu aproveitamento.

• Função fisiológica: exigência maior para o crescimento do que para a mantença;

• Espécie: varia, sendo esta variação entre as espécies de hábito alimentar diferente.

Surubim ou pintado

Carpa capim

Tilápia do Nilo

Proteínas para camarões

• Matéria prima para construção de músculos, sangue, cutícula e todas as partes do corpo;

• Consumo diário de proteína para garantir as necessidades de aminoácidos;

• Escassez – redução de crescimento, perda de peso;

• Excesso – se não tiverem adequadamente balanceados, somente parte deles serão convertidos em energia.

• Rações que contenham aminoácidos em proporções próximas às existentes nos próprios músculos dos camarões são aquelas que propiciam as melhores taxas de crescimento e sobrevivência.

• Espécies diferem pelo hábito alimentar:

F.paulensis L.vannamei

• Procuram alimento caminhando sobre o fundo do viveiro;

• Visão deficiente, depende de estruturas sensitivas;

• Em cerca de 10 minutos, eles preenchem completamente seu estômago;

• Digestão: estômago – enzimas digestivas + fase final de trituração – absorção pela glândula digestiva.

Metabolismo de Minerais

Disciplina: Nutrição Animal

Agronomia

Prof. Kássia Menolli

• Não existe qualquer classificação dos elementos minerais que possibilite uma explicação convincente do porque alguns minerais são essenciais e outros não

• Quatro elementos orgânicos (carbono, hidrogênio, nitrogênio e oxigênio) respondem por 96% do peso dos animais

• 4% - 40 minerais

• 105 elementos minerais e artificiais conhecidos

• 10 são essenciais a toda forma de vida

Carbono, cobre, enxofre, fósforo, hidrogênio, magnésio, nitrogênio, oxigênio, potássio e zinco

• 20 são comprovadamente essenciais, ou suspeitos de serem para animais superiores

ELEMENTOS MINERAIS

ESSENCIAIS À VIDA

Um elemento inorgânico (mineral) é considerado essencial quando atende aos

critérios:

A) Estar presente em concentrações aproximadamente constantes nos tecidos sadios de todos os animais, com pequenas variações entre espécies;

B) Deficiências em dietas adequadas em outros nutrientes resultam em aparecimento de anormalidades estruturais e/ou fisiológicas reproduzíveis

c) A adição do elemento a dietas seletivamente deficientes evita ou recupera a anormalidade surgida

d) As anormalidades induzidas por deficiências minerais devem ser acompanhadas por alterações bioquímicas específicas, que são prevenidas ou revertidas ao estado normal, quando a deficiência for removida

• Aqueles minerais cujas quantidades requeridas pelo animal são maiores

• São eles: cálcio, fósforo, sódio, cloro, magnésio, potássio e enxofre

Macrominerais

• Minerais de maior importância, encontrando-os em elevadas quantidades na formação dos ossos, dos dentes e do leite

• Ca – envolvido na formação dos ossos, dentes e leite. Além da contração muscular e na coagulação sanguínea

• P – envolvido com o metabolismo energético (ATP) e outras funções metabólicas

Cálcio (Ca) e Fósforo (P)

• Na – atua na manutenção do balanço hídrico, na regulação da pressão osmótica e no equilíbrio ácido-base, na entrada de glicose e aminoácidos na célula e na transmissão de impulsos nervosos

• Cl – atua na manutenção do equilíbrio ácido-base, na regulação da pressão osmótica e no transporte de oxigênio e dióxido de carbono. Também envolvido na digestão, pois compõe o ácido clorídrico secretado pelo abomaso

• Fornecido para o animal através do sal comum – 0,25-0,5% da matéria seca da dieta

Sódio (Na) e Cloro (Cl)

• Chamado também de traços, pela menor quantidade necessária na dieta dos animais

• Microminerais para ruminantes são: ferro, cobre, zinco, manganês, molibdênio, cobalto, iodo e selênio

Microminerais

• Componente essencial para a formação da hemoglobina (transporte de oxigênio pela corrente circulatória), mioglobina (transporte de oxigênio pelo músculo) e citocromos (transferência de elétrons e outros sistemas enzimáticos)

• A deficiência de ferro é relativamente rara em ruminantes adultos

• Sintomas de deficiência: diminuição do apetite, aumento da frequência cardíaca e pulso, respiração dificultada e rápida

Ferro (Fe)

• Essencial para a ação de uma série de enzimas responsáveis e funções orgânicas, incluindo a manutenção da integridade do tecido vascular e ósseo, o controle das reações celulares, a pigmentação do pelo, a formação da hemoglobina – em conjunto com o ferro

• Deficiências: redução do crescimento, perda de peso, diminuição da produção leiteira

Cobre (Cu)

• Atua em mais de 30 sistemas enzimáticos, envolvendo metabolismo dos ácidos nucléicos, síntese de proteínas, metabolismo de hidratos de carbono, mobilização da vitamina A a partir do fígado, divisão celular, crescimento, desenvolvimento sexual, controle de reações oxidativas, imunidade celular, ação de vários hormônios incluindo insulina, glucagon, FSH, LH, ACTH

• Deficiências: redução de crescimento, perda de peso, redução do consumo, salivação excessiva, pelo espesso e opaco, redução do desenvolvimento testicular, edema, deformidades ósseas.

Zinco (Zn)

Metabolismo de Vitaminas

Disciplina: Nutrição Animal

Agronomia

Prof. Kássia Menolli

• Potentes compostos orgânicos que ocorrem em baixas concentrações nos alimentos e desempenham funções vitais e específicas nas células e nos tecidos dos organismos

• Ausência ou utilização inadequada resulta em enfermidades específicas ou intoxicação

• As vitaminas diferem em si na função fisiológica, na estrutura química e na distribuição nos alimentos

• São classificadas de acordo com a solubilidade – hidrossolúveis e lipossolúveis

• Vitamina A – afeta sistema reprodutor

• Vitamina D – suplementação somente para animais estabulados e alimentados com silagens

• Vitamina E – antioxidante e redutor de radicais livres – atua na prevenção de retenção de placenta

• Vitamina K – necessária para síntese de várias proteínas plasmáticas envolvidas com a coagulação sanguínea

Vitaminas Lipossolúveis

• Vitaminas do complexo B – ruminantes não necessitam de suplementação de vitaminas do complexo B, pois os microrganismos sintetizam quantidades adequadas que são aproveitadas pelos ruminantes

• Vitaminas C – funciona como um antioxidante e auxilia a formação da proteína estrutural óssea (colágeno). Participa da conversão do aminoácido tirosina em hormônio epinefrina – não foram observadas deficiências em bovinos, pois ocorre a síntese dessa vitamina pelos tecidos corporais.

Vitaminas hidrossolúveis

• Ácido fólico • Biotina • Niacina • Ácido Pantotênico • Tiamina ou vitamina B1 • Riboflavina ou vitamina B2 • Piridoxina ou vitamina B6 • Cianocobalamina ou vitamina B12 • Colina • Vitamina C

Vitaminas hidrossolúveis