Hoorcollege 16C Flashcards
plaats van fermentatie
- Voormagen (herkauwer)
- Dikke darm (gastro-colon)
Hoofdrolspelers fermentatie
mico-organismes
doel fermentatie
voedingsstoffen opnemen uit “niet-verteerbare” stoffen door symbiose met micro-organismen
opbouw plantaardig voedsel
plantaardig voedsel bestaat voor groot deel uit “niet-verteerbare” cellulose en hemicellulose. De celwand is opgebouwd uit pectin en cellulose > dit vormen vezels
cellulose
cellulose bestaat net als zetmeel (amylose; alfa-binding) uit glucoses, maar op andere manier verbonden (beta). Doordat de binding helemaal anders, is het moeilijk te verteren.
Wat splitst cellulose?
cellulase. Dit splitst de beat 1-4 bindingen in cellulose.
–> hogere dieren kunnen geen cellulose maken, maar micro-organismen wel (en ook hemicellulase etc)
cellulase
enzymen die vasthechten aan de vezel.
resultaat fermentatie
Fermentatie is resultaat van de symbiose tussen dieren en micro-organismen
> beide hebben voordeel
wat krijgen micro-organismen?
- geschikte leefomgeving (neutrale pH, goede T, geen aanvallen van immuun-cellen)
- aanvoer van voedsel
- tijd (in pens, cecum en colon stroomt inhoud langzaam)
- afvoer van afvalproducten
waar groeien micro-organismen beter?
daar waar water (stil) ligt.
wat krijgen dieren?
- afvalproducten micro-organismen
- micro-organismen zelf (voor koe is dit eiwitbron)
> alleen bij symbiose in voormagen, de bacteriën en protozoa komen uit de voormagen in de lebmaag en dunne darm, waar ze verteerd worden)
Voor vertering van bacteriën speciale enzymen nodig. Welke?
Lysozyme breekt peptidoglycaan laag van bacteriën af.
Koeien hebben veel isovormen van lysozyme C, die in de pens, lebmaag en darm zorgen voor digestie van bacteriën. Als de glycaanlaag is doorbroken dan kan het eiwit bereikt worden.
Micro-organismes vormen open ecologisch systeem. Hoe heet dit?
microflora/fauna of microbiota.
- > 1000 soorten bacteriën
- > 20 soorten protozoa
- > 5 schimmels
- Bacteriofagen
waar hangt de microbiota van af?
Ieder dier en mens heeft specifieke, unieke samenleving van micro-organismen
- Omgeving
a. stal/wei/(mest van) soortgenoten - Omgeving binnenin dier
a. voeding
b. pH, cel-oppervlak etc (genotype dier)
Hoe is microbiota afhankelijk van voeding, omgeving en genotype gastheer?
- microbiota in mond is anders dan in pens, maag, dunne darm, dikke darm etc.
- dieren die krachtvoer eten hebben andere pens microbiota dan dieren op ruw voer
- dikke mensen en muizen hebben een andere dikke darm microbiota dan magere (oorzaak en/of gevolg?)
Dikke mensen en muizen hebben een andere dikke darm microbiota dan magere - oorzaak en/of gevolg?
Gastheer en microbiota zijn van elkaar afhankelijk:
- Studie met tweeling
a. obese tweeling = microbiota tweeling transplant aan muis > low-fat, high-fiber dieet > verhoogde adipositeit
b. slanke tweeling = microbiota transplant aan muis > low-fat, high-fiber dieet > slanke muis.
Dysbiose
verstoring microbiota Afhankelijk van: - gastheer genetica - levensstijl - vroege kolonisatie - medicatie
probiotica
veranderen van zijn microbiota kan gunstig zijn voor gastheer.
Probiotica = micro-organismes met gunstige werking.
Dieet
veranderen van microflora kan ook gunstig effect hebben op dieet wanneer oraal of feces getransplanteerd wordt van een slank mens naar een dik mens.
Prebiotica
voedingscomponenten, die de groei van gunstige micro-organismes bevorderen (bijv. inuline, fructo-oligosacchariden)
Antibioitca
sommige antibiotica doden ongunstige microbiota (bijv. pathogenen of methaanvormers)
Gevaar dat ze ook gunstige micro-organismes doden.
protozoa
Eencellige organismes
- Sommige soorten eten bacteriën (“top predatoren”)
- Stabiliseren het eco-systeem. Verhogen de soortenrijkdom van de pens microbiota.
- Dempen schommelingen in de fermentatie bij krachtvoergift door opslag van zetmeel
definitie fermentatie
fermentatie is het omzetten van stoffen onder anaerobe condities door micro-organismen.
Dit kan op meerdere manieren
Voorbeeld manier van fermentatie (1)
anaerobe glycolyse tot lactaat (vergelijkbaar zoogdier spier zonder zuurstof)
- snel maar weinig efficiënt (maar 2 ATP per glucose)
- vooral bij veel makkelijk-fermenteerbaar voer (zetmeel)
Geen zuurstof, dus manieren om NADH weg te werken door omzetting naar NAD+ door vorming lactaat van pyruvaat.
Voorbeeld manier van fermentatie (2)
Anaerobe glycolyse tot vluchtige vetzuren acetaat, propionaat, butyraat en H2
- langzamer, maar efficiënter ( +/- 4 ATP per glucose)
ATP opbrengst van glucose
- Fermentatie
Anaeroob (afhankelijk van route) = 2-4 ATP - Aerobe verbranding = 30 ATP (kan makkelijker NADH kwijt)
Deel van verschil in energie/ATP zit in vluchtige vetzuren en biomassa, en komt ten goede aan dier.
Sommige bacteriën gebruiken eindproducten van een andere soort
- lactaat omgezet naar acetaat en propionaat
- H2 en CO2 omgezet in methaan (CH4) (specifieke methaan vormende archaea)
> eindproducten zijn afkomstig uit samenspel tussen veel soorten bacteriën.
Methaan
Als koe kan je niks met methaan, dus het wordt uitgeademd.
- 30x sterker broeikasgas dan CO2 > milieuvervuiling
- -> dit kan geremd worden door probiotica.
Afval van micro-organismes waar het dier iets aan heeft
- Kortketen vetzuren = vluchtige vetzuren (acetaat, propionaat en butyraat). 60% van de energie
- Dode bacteriën (= koolhydraat, eiwit en vet). 20% van de energie
(Verlies
a. Methaangas = 10% van de energie
b. Warmte en CO2 = 10% van de energie)
wat doet koe met vluchtige vetzuren?
deze dienen als bouwstoffen in de Krebscyclus
- Acetaat > acetyl CoA
- Butyraat > 2 acetyl CoA in beta-oxidatie.
- Propionaat > citroenzuurcyclus
–> je kan veel met Acetyl CoA, maar je kan geen glucose maken. Echter, propionaat kan via een omweg toch glucose maken.
Acetaat: wat kan je ermee?
Energie (ATP) of vetzuur synthese
Propionaat: wat kan je ermee?
Energie (ATP) of glucose synthese
Butyraat: wat kan je ermee?
Energie (ATP) of vetzuur synthese
Glucose en koe
Herkauwers hebben ook glucose nodig voor hersenen, maar krijgen weinig glucose uit voedsel. Dus gluconeogenese is belangrijk voor glucose homeostase.
2 soorten fermenters
In voormagen en dikke darm = pregastrisch “Fore gut fermenters”
Alleen in dikke darm = postgastrisch “Hind gut fermenters”
Verschil voormaag en dikke darm fermentatie
Grote verschil in hoe lang het voedsel erin zit. Meeste energie uit voormaagfermentatie omdat het voedsel daarin het langste blijft zitten in vergelijking met de darm.
Pregastrische fermentatie
+ Langere dus efficiëntere fermentatie
+ Dode bacteriën worden verteerd
- Verteerbaar zetmeel, glucose en eiwit in voer worden ook gefermenteerd (maakt de gastheer afhankelijk van gluconeogenese).
Voordeel bij laagwaardig plantaardig dieet
Postgastrische fermentatie
+ Beschikbaar zetmeel en eiwit in voer kunnen normaal verteerd en opgenomen worden.
- Kortere dus minder efficiënte fermentatie
- Biomassa (dode bacteriën) gaat verloren in feces
Voordeel bij hoogwaardiger (plantaardig) dieet
Fermentatie jonge herkauwer
Jonge pregastrische fermenteerder krijgt voornamelijk “hoogwaardig” melk. De melk komt via slokdarmsleuf rechtstreeks in lebmaag. Zo wordt fermentatie van de melk in de pens voorkomen. (tijdelijk hind gut fermenter)
Fermentatie van eiwit
Micro-organismes gebruiken (deel) van aminozuren voor aanmaak eigen eiwitten.
Te veel eiwit wordt gefermenteerd tot vluchtige vetzuren na afhalen van aminogroep > veel ammoniak productie.
Eiwitarm dieet herkauwer
Als de koe weinig eiwit heeft:
- gastheer levert ureum via speeksel aan pens en via het bloed aan caecum en colon.
- bacteriële urease genereert NH4+ uit ureum
- de-novo synthese van aminozuren uit koolhydraat en NH4+ door bacteriën.
De bacterie gaan dus zelf voor de koe eiwit maken (aminering)
Fermentatie-gerelateerde ziektes
- pens acidose = te snelle fermentatie, ook tot D-melkzuur, in verhouding tot opname, bijv. door snelle overschakeling naar rijker dieet.
- Tympanie (bloat) = verstoorde afvoer fermentatie gassen uit (voormaag)
- Meteorismus (meteorism/abdominal bloat) = verstoorde afvoer fermentatie gassen uit (dikke) darm
- Flatulentie/winderigheid
