PROTEINAS Nutrición Animal 2017 Composición química de los alimentos

Presentación del tema: "PROTEINAS Nutrición Animal 2017 Composición química de los alimentos"— Transcripción de la presentación:

1 PROTEINAS Nutrición Animal 2017 Composición química de los alimentos
Marcelo Antúnez Dr. en Ciencias Veterinarias

2 ESTRUCTURA DE LA CLASE Composición química – Proteínas
Requerimientos proteicos Aminoácidos esenciales y no esenciales Aminoácido limitante Métodos de evaluación de la calidad de la proteína Valor Biológico Balance de N Pruebas en animales en crecimiento Digestibilidad-Degradabilidad Proteína Bruta ó Cruda vs Proteína verdadera

3 Constituyentes de los Alimentos
AGUA MATERIA SECA Materia orgánica Compuestos Inorgánicos (cenizas) Carbohidratos Proteínas Lípidos Vitaminas Compuestos secundarios: lignina, taninos..

4 C, H, O, N, S PROTEINAS Las proteínas son biomoléculas de estructura tridimensional estable, con alto peso molecular (> UMA) formadas por unidades estructurales simples denominadas aminoácidos (>50 a 100), unidos entre sí por enlaces peptídicos. Grupo Carboxilo Grupo Amino

5 REQUERIMIENTOS PROTEICOS
músculo piel y pelo energéticas y neoglucogénicas células de las mucosa transportadores sanguíneos enzimas hormonas e inmunoglobulinas cartílagos y tendones leche tejido fetal

6 ¿Qué aportan las proteínas desde el punto de vista nutricional?
AMINOÁCIDOS ESENCIALES Y NO ESENCIALES ¿Qué aportan las proteínas desde el punto de vista nutricional? Glicina Prolina Cisteina Alanina Tirosina Asparagina Glutamina Ác. aspártico Ác. glutámico Serina Lisina Metionina Triptófano Leucina Isoleucina Fenilalanina Treonina Valina Arginina Histidina Los aminoácidos esenciales son aquellos que los animales no puede sintetizar por sí mismos o en las cantidades que lo necesita, deben ser aportados por la dieta. 20 AA Los aminoácidos NO esenciales son aquellos que los animales pueden sintetizar por sí mismos y que no necesitan ser aportados por la dieta. 10 Esenciales 10 No esenciales

7 AMINOÁCIDOS ESENCIALES
INSULINA

8 AMINOÁCIDOS ESENCIALES SEGÚN ESPECIE Y EDAD
Rata y Cerdo crecimiento adultos Hombre adulto Pollos lisina metionina triptófano leucina isoleucina fenilalanina treonina valina arginina histidina metionina triptófano leucina isoleucina fenilalanina treonina valina arginina histidina glicina prolina

9 AMINOÁCIDO LIMITANTE Teoría de barril Lisina Histidina
Son aquellos aa esenciales que se encuentran en menor proporción en el alimento, limitando así la síntesis de proteína. Lisina Histidina Metionina Arginina Triptófano Leucina Isoleucina Fenilalanina Treonina Valina 1° AA limitante 2° Metionina 3°

10 Proteína Proteína verdadera Nitrógeno no proteico
globulares - albúminas globulinas glutelinas prolaminas - Histonas fibrosas colágenos elastinas queratinas - péptidos - a.a. libres - ác. nucleicos - Amidas (Urea) - Aminas (Silos) - Nitratos/Nitritos (algunas plantas) - Amoníaco/Amonio PROTEINA BRUTA O CRUDA

11 ¿Cómo se determina la Proteína Bruta?
Proteína Bruta o Cruda ¿Cómo se determina la Proteína Bruta? DIGESTIÓN Técnica de KJELDAHL TITULACIÓN DESTILACIÓN

12 Concentración de N en la proteína (%)
Proteína Bruta o Cruda Proteínas → 16% N Nitrógeno x 6,25 100 g proteína 16g N x g proteína g N Origen Proteína Concentración de N en la proteína (%) Factor de conversión Leche 15,7 6,38 Carne, pescado, leguminosas 16,0 6,25 Arroz 16,8 5,95 Cereales y derivados de la soja 17,5 5,70 Gelatina 18,0 5,55 McDonald et al., 2006

13 Métodos de evaluación de la
calidad de la proteína en monogástricos

14 VALOR BIOLÓGICO VB = N ingerido – (N heces + N orina)
Huevo Leche Harina de pescado Harina de soja Harina de algodón Harina de lino Harina de maíz Grano de cebada 0,99 0,97 0,80 0,65 0,63 0,60 0,54 0,53 Fuente VB VB = N ingerido – (N heces + N orina) N ingerido – N heces Ejemplo: VB = 74 – (11+16) = 0.75 74-11

15 Composición de metionina y lisina
8 7 6 5 4 3 1 2,5 1,5 2 Metionina (% PB) harina de soja alfalfa gramíneas proteína microbiana leche Lisina (% PB) NRC, 2001

16 BALANCE DE NITRÓGENO BALANCE de N= N ingerido – (N orina+ N heces)
El cuadro muestra los resultados de un ensayo de BALANCE DE NITRÓGENO realizado en cerdos de la raza Hampshire (Armstrong y Mitchell, 1955). Ingerido Excretado N alimento (g/d) N heces (g/d) N orina (g/d) BALANCE de N= N ingerido – (N orina+ N heces) BALANCE de N = + (ANABOLICO) BALANCE de N = - (CATABOLICO) BALANCE de N = 0 (EQUILIBRIO)

17 BALANCE DE NITRÓGENO El cuadro muestra los resultados de un ensayo de BALANCE DE NITRÓGENO realizado en cerdos de la raza Hampshire (Armstrong y Mitchell, 1955). Ingerido Excretado N alimento (g/d) N heces (g/d) N orina (g/d) Balance (g/d) - Posible destino del N faltante para cerrar el balance. - Origen del N de la orina y del N de las heces. - A qué categoría/s o estado/s fisiológico/s pertenecerían los animales? - Cuál podría ser la fuente de la proteína utilizada? - proteína de maíz - proteína de afrechillo de trigo - proteína de harina de pescado 5) - En que circunstancia aumentaría el N en las heces? Y el de la orina?

18 PRUEBAS EN ANIMALES EN CRECIMIENTO
Razón de eficiencia proteica PER = aumento de PV (g) proteína ingerida (g) Retención proteica neta NPR = aumento de PV de GPP* - pérdida de PV de GSP** proteína ingerida (g) * Grupo alimento con Proteína Problema / ** Grupo alimento sin Proteína Valor proteico bruto GPV = _aumento de PV de GPP*/g de PP___ aumento de PV de GC**/g de Caseína Grupo Testigo: dieta 80 g * Grupo alimento con Proteína Problema (+30g PB/kg) / ** Grupo alimento con Caseína (+30 g PB/kg)

19 PROTEÍNAS EN RUMIANTES

20 Dinámica del N en rumiantes
Materias nitrogenadas indigestibles Materias Nitrogenadas dieta péptidos a.a. NH3 a.a. absorbidos Proteina microbiana Parte de los microorganismos del rumen son arrastrados con el alimento al abomaso; la proteína de estos microorganismos (proteína microbiana), junto con la proteína del alimento que no ha sido fermentada en el rumen (proteína by-pass), es digerida en el abomaso y duodeno, liberándose y absorbiéndose sus aminoácidos.  La digestibilidad de la proteína que llega al abomaso es del 80-90%; con las raciones habituales, dos tercios de los aminoácidos absorbidos en el duodeno de los rumiantes son de origen microbiano y el tercio restante de origen alimentario.  Igual que en el caso de monogástricos, los compuestos nitrogenados no absorbidos en el rumen ni en el duodeno llegan al intestino grueso, donde pueden ser utilizados por la flora intestinal para sintetizar proteína microbiana. No obstante, la síntesis de proteína microbiana en el intestino grueso está muy limitada por el escaso aporte tanto nitrogenado como energético; además, la proteína microbiana sintetizada en el ciego no tiene utilidad para el animal ya que está muy limitada su hidrólisis a aminoácidos absorbibles.  Los principales aspectos de la degradación ruminal de los compuestos nitrogenados son:       - el nitrógeno no proteico del alimento (que representa el 20-30% del nitrógeno de los forrajes verdes y raices (p.e. nabos), y hasta el 50% en los forrajes ensilados) es transformado en amoniaco en el rumen por la acción de enzimas bacterianas       - parte de la proteína del alimento (de media las dos terceras partes) es hidrolizada en el rumen por la acción de proteasas bacterianas; el resto de la proteína del alimento pasa directamente al abomaso (proteína by-pass). Los aminoácidos liberados en la hidrólisis ruminal son desaminados en la luz ruminal por acción de desaminasas bacterianas, formándose amoniaco y cadenas carbonatadas. alrededor del 75% del amoniaco formado en el rumen es tomado por la flora para sintetizar sus propios aminoácidos (proteína microbiana); las cadenas carbonatadas necesarias para la síntesis de estos aminoácidos las obtiene la flora a partir de cadenas carbonatadas procedentes de azúcares y aminoácidos. Es importante enfatizar que, en general, los microorganismos no insertan los aminoácidos de las proteínas alimentarias tal cual son liberados en la hidrólisis ruminal, sino que los desaminan y realizan una neoformación de aminoácidos. Por este motivo, la composición de la proteína microbiana que llega al duodeno de los rumiantes difiere considerablemente de la proteína original de la ración, siendo el contenido en aminoácidos de la proteína microbiana relativamente constante e independiente del regimen alimenticio. - el resto del amoniaco producido se absorbe a través del epitelio ruminal, y en el hígado es transformado en urea; la urea (que puede proceder del amoniaco absorbido en el rumen, ó de la desaminación orgánica de aminoácidos) puede ser eliminada por la orina ó puede ser reciclada al rumen por medio de la saliva ó por las venas ruminales.  urea

21 Metabolismo del N de la flora bacteriana
Proteínas dieta péptidos Proteínas indegradables aa AGV CO2 proteasas NH3 ATP proteína microbiana Las bacterias son los principales microorganismos implicados en la degradación de la proteína. Más del 40 % de las especies aisladas muestran actividad proteolítica. La mayoría de proteasas bacterianas están asociadas a la pared bacteriana de manera que el primer paso para la degradación de la proteína es la adhesión de las bacterias a las partículas de alimento. Consiste inicialmente en una hidrólisis de los enlaces peptídicos mediante proteasas y peptidasas de la que se obtienen oligopéptidos que posteriormente se degradan a péptidos de menor tamaño y a algunos aminoácidos libres que serán transportados al interior de la célula. Estos pueden ser utilizados directamente por los microorganismos ruminales y son desamina dos para producir amoníaco y cadenas carbonadas. A su vez, las cadenas carbonadas pueden ser utilizadas junto con el amoníaco para sintetizar nuevos aminoácidos que serán incorporados a la proteína microbiana, o bien son descarboxiladas dando lugar a ácidos grasos volátiles y dióxido de carbono. La desaminación de los aminoácidos ramificados proporciona ácidos grasos de cadena ramificada (AGVR), necesarios para el desarrollo de algunos microorganismos ruminales, especialmente para las bacterias celulolíticas. Bach et al., 2005 ATP celulolíticos

22 bacterias hongos protozoos
PROTEÍNA MICROBIANA bacterias hongos protozoos ENERGÍA NITRÓGENO Perfecta sincronía entre energía y nitrógeno para la actividad de los microorganismos ruminales. ALTA DIGESTIBILIDAD ALTO VALOR BIOLÓGICO

23 Importancia cuantitativa de la proteína microbiana
Eficiencia de producción: cantidad de proteína microbiana sintetizada por unidad de Materia orgánica degradada en rumen Contribución de la proteína microbiana a los requerimientos totales de proteína (vaca 600 kg PV, 25 l de leche, 4% grasa) Eficiencia* % de los requerimientos 20 49 30 73 40 98 * g de N microbiano/ kg de Materia Orgánica degradada en rumen

24 Factores que afectan la producción de proteína microbiana

25 Composición química de la dieta
azúcares - almidón - pectinas celulosa y hemicelulosa no lignificadas proteínas degradables Proteína verdadera NNP Energía Fermentescible (MODR) Materias Nitrogenadas Degradables Respecto a la utilización ruminal de la grasa, es conveniente tener presentes los siguientes aspectos:       - la flora ruminal no produce lipasas, y por lo tanto en el rumen no se digiere la grasa de los alimentos; por otra parte, la flora ruminal no utiliza grasa como sustrato energético ya que la metabolización de la grasa requiere oxígeno       - la mayor parte de la grasa insaturada se satura en el rumen (-CH=CH-  +  H2   =>   -CH2-CH2-), utilizando el hidrógeno liberado en la fermentación de los carbohidratos       - la flora ruminal transforma en grasa saturada (grasa microbiana) parte de los nutrientes captados; por este motivo, la cantidad de grasa que sale del rumen es mayor que la cantidad de grasa aportada por la ración.  Por otra parte, la grasa de la ración (particularmente los ácidos grasos insaturados) interfiere la fermentación de los alimentos, ya que la grasa se adhiere a las partículas, dificultando el ataque de las enzimas microbianas.  Los ácidos grasos que pasan al abomaso y al duodeno de los rumiantes son de dos orígenes: ácidos grasos procedentes de la ración (grasa by-pass, en su mayor parte insaturada que no ha sido saturada en el rumen) y ácidos grasos contenidos en los microorganismos (grasa microbiana, saturada). En el duodeno de los rumiantes se produce una hidrólisis y una absorción similar a la que ocurre en los monogástricos, absorbiéndose la glicerina y los ácidos grasos de la ración y de los microorganismos.  proteína microbiana lípidos ácidos orgánicos almidón no degradado compuestos de Maillard N unido a lignina proteínas ligadas a taninos

26 EFECTO DE LAS CANTIDADES RELATIVAS Y DE LA ASINCRONÍA
velocidad de degradación Energía Fermentescible Materias Nitrogenadas Degradables cantidad AGV  pH proteína microbiana El pH del rumen está influenciado por los componentes de la dieta que afectan la masticación y la formación de saliva, y por la cantidad de carbohidratos y su degradabilidad dentro del órgano. Las vacas lecheras requieren fibra en la dieta para lograr un rumen saludable y estable, y así, maximizar su producción. Un adecuado nivel de FDN y FDA son necesarios para mantener el pH dentro de un rango normal. Sin embargo, debido al variable grado de fermentación y tamaño de la partícula de la fibra, también se deben tener en cuenta sus aspectos químicos y físicos como para garantizar un rumen saludable. Tradicionalmente, la acidosis ruminal provocada por un exceso en el consumo de granos se la reconoce como una enfermedad asociada a los sistemas intensivos de producción de carne (Fed Lot) o incluso de leche (sistemas intensivos a corral). Sin embargo, también los sistemas pastoriles intensivos basados en el consumo de forrajes de alta calidad más el suministro de concentrados y/o silajes en dos veces al día son susceptibles a sufrir esta enfermedad.

27 EFECTO DE LAS CANTIDADES RELATIVAS Y DE LA ASINCRONÍA
Materias Nitrogenadas Degradables velocidad de degradación Energía Fermentescible cantidad Es importante considerar que las raciones que aportan mucho nitrógeno y poca energía pueden provocar una toxicidad amoniacal debido a que:       - en el rumen existe un alto contenido en NH3 debido al alto contenido proteico - la actividad de la flora ruminal es poco intensa debido a una carencia de energía, por lo que la síntesis de proteína microbiana está limitada y por lo tanto se produce una acumulación ruminal de amoniaco       - el exceso de NH3 es absorbido en el rumen, pudiendo sobrepasar la capacidad detoxificadora del hígado.  Finalmente, algunos aminoácidos ramificados (p.e. isoleucina) dan lugar a la formación de AGV ramificados denominados isoácidos: los isoácidos son ingeridos por las bacterias y utilizados como sustratos energéticos.  NH3 proteina microbiana

28 Métodos de evaluación de la
calidad de la proteína en rumiantes

29 DEGRADABILIDAD RUMINAL
IN SITU

30 DEGRADABILIDAD RUMINAL
IN SITU % desaparición 100 indegradable fracción C 80 60 potencialmente degradable fracción B 40 20 La fracción A corresponde al porcentaje del total de proteína bruta que es N no proteico (asumiendo que se degrada instantáneamente) y a una pequeña cantidad de proteína verdadera que escapa de la bolsa in situ debido a su gran solubilidad o a su pequeño tamaño. 2) La fracción C es el porcentaje de proteína bruta que es totalmente indegradable. 3) El resto de la proteína será la fracción B, e incluye a las proteínas potencialmente degradables. La fracción B esla única afectada por el ritmo de paso, asumiendo que toda la fracción A es degradada, y que toda la fracción C pasa al intestino. fracción A soluble 0 4 tiempo de incubación (h) 48

31 DIGESTIBILIDAD INTESTINAL: BOLSAS MÓVILES
Incubación en rumen: 16 horas Pasaje por intestino Recuperada en heces HCl + pepsina Hvelplund, 1985

32 Conclusiones Los animales tienen requerimientos de aminoácidos y no
proteínas como tales. Los aminoácidos no sólo tienen funciones estructurales también pueden ser usados como fuente de energía sino que Hay varios métodos para evaluar la calidad de una proteína. La determinación de la digestibilidad y el valor biológico son los más importantes.

33 Bibliografía recomendada
Nutrición Animal (2011) McDonald P., Edwards R.A., Greenhalgh J.F.D., Morgan C.A. 7ª edición. Ed. Acribia, Zaragoza, España. Nutrición Animal. Manual de métodos analíticos. (1970) Bateman, J. Centro Regional de Ayuda Técnica, Agencia para el Desarrollo Internacional. Ed. Herrero Hnos. Nutritional ecology of the ruminant. (2ª ed., 1994) Van Soest, P. J. Ed. Cornell University Press. El Rumiante. Fisiología digestiva y nutrición. (1993) Church, C.D. Ed. Acribia, S.A