Spécificités de la digestion chez les ruminants

Question 1

Qu’est ce que le fermenteur crânien ?

Answer 1

Chez les ruminants il y a un élément permettant la fermentation entre l’œsophage et l’abomasum (= // estomac des monogastriques).
Il s’agit du système composé de 3 poches : rumen-réticulum-réseau.
On parle de « fermenteur crânien » car il est juste en aval de l’œsophage et en amont de l’estomac (>< chez les monogastriques on a un fermenteur caudal).

Question 2

Quels sont les fonctions du fermenteur ?

Answer 2

◆ Digestion = essentiellement via les microorganismes (et surtout les bactéries de la flore ruminale).
◆ Rumination : régulièrement, une partie du contenu du rumen = redirigé vers la bouche où il est remastiqué et re-mélangé avec la salive qui joue donc un rôle hyper important :
~ Elle est riche en bicarbonates pour assurer un rôle de tampon
~ Elle contient de l’urée.
◆ Absorption : au niveau de la paroi du fermenteur on a absorption de certains composés produits comme les AG volatils : propionate, acétate & butyrate.
Ce fermenteur est composé d’une flore microbienne composée de bactéries, protozoaires, d’archées (=
organismes différents des bactéries et responsables de la production du méthane) et de champignons.

Question 3

Quels sont les caractéristiques du milieu ruminal ?

Answer 3

• Il est dépourvu d’O2, ce sont donc des fermentations qui ont lieu en son sein. Travail en conditions anaérobies.
• pH variant de 5,5 à 7,3 et il est régulé par 1 système de tampon avec :
  ~ Les AG volatils produits dans le fermenteur
  ~ Les bicarbonates produits dans la salive et déversés dans le fermenteur.
• Ce milieu ruminal est aussi caractérisé par une osmolarité comparable à celle du plasma.
• La T° du milieu ruminal > T° corporelle de par les fermentations qui s’y déroule.

Question 4

Quels sont les différents types de bactéries composant la flore microbienne ?

Answer 4

• Bactéries cellulolytiques = lysent le cellulose
• Bactéries hémicellulolytiques
• Bactéries pectinolytiques
• Bactéries amylolytiques
• Bactéries protéolytiques
• Bactéries urolytiques = lysent l’urée, l’urée se retrouve dans la salive ET dans la ration du ruminant.
• Bactéries methane-producing = produisant du méthane
• Bactéries ammonia-producting
• Bactéries sugar-utilizing
• Bactéries acid-utilizing = utilisent l’acide produit par d’autres bactériesóces bactéries arrivent donc
  en second temps pour transformer les produits d’autres bactéries.
• Bactéries lipid-utilizing
  On a donc une flore bactérienne composée de bactéries qui utilisent les différents composés présents dans la ration alimentaire des aliments.

Question 5

Que contient la ration ?

Answer 5

Une quantité de glucides sous forme de cellulose, hémicellulose & amidon qui sont traités par les bactéries du rumen qui vont les capter, les transformer en glucides simples = monosaccharides qui vont pénétrer dans la voie de la glycolyse, former 2 pyruvates à partir de chaque monosaccharide qui seront transformés en AG volatils.
Une quantité de protéines.
Une quantité de lipides.

Question 6

Quels sont les devenirs des AG volatils ?

Answer 6

• Propionate
• Acétate
• Butyrate

Question 7

Qu’est-ce que les propionates ?

Answer 7

Il sera en partie consommé dans la paroi du rumen & dans les viscères et environ 5% passeront dans le sang.
Ce propionate sera capté par les hépatocytes et il servira à produire du glucose, on a donc une gluconéogenèse propionate-dépendante dans le foie lorsque le ruminant s’alimente.
C’est vraiment particulier aux ruminants >< aux monogastriques qui font une gluconéogenèse hépatique uniquement quand l’animal à jeun.
Ce glucose sera libéré dans le sangódonc le foie ne consomme par son propre glucose, et le glucose servira :
o Dans les organes périphériques pour produire de l’ATP au-travers de la glycolyse.
o De plus, ce glucose peut être capté par la mamelle au cours de la lactation où il servira :
▽ A générer de l’ATP,
▽ Quand il est combiné au galactose : il formera le lactose du lait.
▽ Sur la voie de la glycolyse : il y a le di-hydroxy-acétone-P qui peut être transformé en
glycérol-3P pour la synthèse des TG = la masse graisseuse du lait.

Question 8

Qu’est-ce que les acétates ?

Answer 8

Il est consommé dans les viscères et la paroi du rumen et il passe dans le sang. !! : Il passe au-travers du foie et n’est pas capté par les hépatocytes !!
Il ira directement dans les tissus périphériques :
o Entre autre dans le tissu adipeux de la mamelle où il servira essentiellement à générer des molécules d’ATP après avoir été converti en acétyl-CoA (rentrant dans le cycle de Krebs).
o Toutefois il peut aussi être converti en acétyl-CoA qui servira à faire du malonyl-CoA et donc des AG libres qui se combineront avec le glycérol-3P provenant de la glycolyse pour former des TG.

Question 9

Qu’est-ce que les butyrates ?

Answer 9

o 92% du butyrate produit sera transformé dans la paroi du rumen en bêta-hydroxy-
butyrate dans la paroi du rumen par cétogenèse.
Cette cétogenèse, contrairement à celle des monogastriques (qui survient dans le foie), survient chez le ruminant alimenté dans la paroi du rumen.
o Et les 8% de butyrate non transformés en bêta-hydroxy-butyrate dans la paroi ruminale le seront dans le foie.
Ce bêta-hydroxy-butyrate va dans les tissus périphériques :
▽ Tissu adipeux
▽ Mamelle
Et y subit la même destinée = sert à générer des acétyl-CoA :
• Qui rentreront dans le cycle de Krebs pour permettre la production d’ATP.
• Qui induiront la production de malonyl-CoA et la formation d’AG libres qui, combinés au glycérol-3P provenant de la glycolyse du glucose, formeront des TG.

Question 10

Quelles sont les protéines comprises dans la ration ?

Answer 10

~ Une petite partie va traverser le rumen de manière intacte et elles se retrouveront au niveau de l’abomasum (// estomac) où elles seront transformées en acides aminés par le même mécanisme que dans l’estomac des monogastriques = via une sécrétion acide et des enzymes protéolytiques.
~ Une grande partie des protéines alimentaires seront dégradées par les bactéries en acides aminés : via les bactéries protéolytiques qui captent une grande partie des protéines et les transforment en acides aminés qui vont servir :
o A la prolifération bactérienne, au vu de la prolifération bactérienne dans le rumen, il y a une synthèse de protéines bactériennes qui est nécessaire.
Donc à partir des aa générés à partir des protéines alimentaires, les bactéries font leur propres protéines et prolifèrent.
Régulièrement une partie des bactéries ayant proliféré dans le rumen vont passer dans l’estomac, y être détruites et les protéines bactériennes seront alors transformés par une protéolyse enzymatique en acides aminés.
Ainsi, pour les protéines ayant passé le rumen en restant intactes il y a une protéolyse dans l’estomac en présence d’acide.
>< Tandis que dans le rumen il y a une protéolyse bactérienne à partir de bactéries protéolytiques.

Question 11

Quelle est l’utilité d’ajouter l’azote non protéique dans la ration ?

Answer 11

Dans la ration on peut ajouter de l’azote non protéique (=de l’urée) qui sera transformée par les bactéries du rumen en ammoniac.
~ Cet ammoniac servira de porte d’entrée à la synthèse des acides aminés
o Acides aminés qui vont participer à la synthèse des protéines bactériennes dans le rumen. Ces protéines pourront passer vers l’abomasum et les intestins et donneront les aa qui seront libérés à partir de l’abomasum dans le sang.
• Ils gagneront les tissus périphériques : foie, muscles, et mamelle (où en période de lactation il y aura synthèse de caséine à partir de ces acides aminés).
+ Et dans la salive il y a présence d’une assez grande quantité d’urée
Comme la rumination = le mélange et la re-mastication du bol = un mécanisme important pour le ruminant, cette urée = présente en grande quantité et déversée par la salive dans le rumen.
Dans le rumen la salive y subira le même sort que l’azote non protéique qu’on ajoute à la ration = la transformation de l’urée en 2 molécules d’ammoniac = servira de porte d’entrée au groupe amine lors de la synthèse des acides aminés et finalement ces acides aminés rentreront dans la synthèse des protéines bactériennes.

Question 12

A quoi servent les lipides qu’on retrouve dans la ration ?

Answer 12

Les TG et les autres lipides présents dans la ration vont être lysés par des bactéries en :
~ Glycérol qui rentrera dans la glycolyse : Il sera phosphorylé en glycérol-3P qui sera transformé en di-hydroxy-acétone-P = un métabolite intermédiaire de la glycolyse.
Il rejoindra le production d’AG volatils au-travers de la glycolyse.
~ AG libres : il y a une saturation de tous les AG libres par les bactéries dans le rumen et ces AG libres seront reconstitués sous forme de TG au niveau de l’intestin
A partir de glycérol et d’AG libres saturés il y aura reconstitution dans l’épithélium intestinal des TG qui sont chargés sur les chylomicrons et libérés dans le système lymphatique pour contourner ainsi le foie et gagner les tissus périphériques (comme le tissu adipeux, la mamelle et les muscles).

Question 13

Quels sont les types de glucides qu’on peut retrouver dans la ration ?

Answer 13

La ration contient toute une série de glucides (sucres solubles, amidon (= polymère de glucose), hémicellulose, pectines). Et différentes espèces de bactéries vont se charger de la digestion de ces sucres et se chargeront de les réduire en un glucide simple = le glucose (mais ça peut aussi être du fructose, du galactose, du mannose, …).
≫ Ce glucose, seuls 3 à 5% des glucides simples générés dans le rumen par les bactéries passeront de manière directe à-travers le rumen pour arriver au duodénum où le glucose intacte passera dans le sang.
≫ >< Plus de 90% des glucides simples générés à partir de ces différents composés seront captés par d’autres bactéries et ces bactéries transformeront le glucose en le faisant rentrer dans la glycolyse, générant ainsi du pyruvate.
Pyruvate qui sera par la suite transformé en AG volatils.

Question 14

Pourquoi la glycémie des polygastriques est inférieure à celle des monogastriques ?

Answer 14

On voit que contrairement aux monogastriques, très peu de glucose passe de manière intacte à-travers le rumen vers la circulation sanguine.
Raison pour laquelle la glycémie des polygastriques (45 à 75mg/100mL) < glycémie des monogastriques (100mg/100mL).
En effet, sur la très grande quantité de glucose générée dans le rumen, 90% en seront métabolisé sous forme d’AG volatils, très peu de glucose passera intact au-travers du fermenteur vers la circulation sanguin.
Du coup, il y aura mise en place d’une gluconéogenèse à l’état nourri à partir d’un des AG volatils = le propionate.
Ainsi, le propionate généré par les bactéries dans le rumen passe dans le sang, capté par les hépatocytes : fait du glucose libéré dans le sang pour maintenir la glycémie dans des normes compatibles avec la survie.
De même, pour épargner le glucose qui au final reste quand même en quantité < dans le sang ; il y aura à l’état nourri une cétogenèse à partir d’un des AG volatils = le butyrate.
En effet, 92% du butyrate = transformé en bêta-hydroxy-butyrate = un corps cétonique.
Et les 8 derniers % = transformés au niveau du foie.
Donc la totalité du butyrate subira une cétogenèse à l’état nourri à partir du butyrat

Question 15

Qu’obtient-on à partir du glucose issu des glucides alimentaires ?

Answer 15

a. Il y a formation de glucose et autres glucides simples qui
rentrent dans la glycolyse bactérienne pour former 2
molécules de pyruvate.
b. Ces 2 molécules de pyruvate peuvent être transformées
par le complexe de la pyruvate-DH en molécules d’acétyl- CoA.
Il y a également une décarboxylation et libération de CO2.
• Ce CO2, en présence d’hydrogène (fourni par d’autres espèces des microorganismes du rumen), se combinera à 4 molécules de H2 pour former une molécule de méthane = CH4 et 2 molécules d’H2O.
Il y a ainsi méthanogenèse = sous la dépendance des archées = composante de la flore microbienne ruminale.
c. Ces molécules d’acétyl-CoA peuvent générer :
• De l’acétate avec libération du CoA
• 2 molécules d’acétyl-CoA peuvent se condenser (// monogastriques) pour former du butyrate.

Question 16

Quelle est l’autre voie possible ?

Answer 16

a. La transformation du pyruvate en oxaloacétate par la pyruvate carboxylase en présence de CO2.
Cette enzyme = la pyruvate carboxylase = la 1ère enzyme sur la voie de la gluconéogenèse chez les
monogastriques.
b. Ensuite, l’oxaloacétate sera transformé en succinate = via les réactions réversibles terminales du cycle de Krebs.
L’oxaloacétate –> malate –> fumarate –> succinate –> toutes ces réactions = réversibles = fonctionnent dans les 2 sens.
c. Le succinate est ensuite transformé en propionate avec libération d’un CO2.

Question 17

Donc en quoi peut-être transformée une molécule de glucose ?

Answer 17

Une molécule de glucose sera transformée en 2 molécules d’acétate + 1 molécule de CO2 + 1 molécule de méthane.
OU
En 2 molécules de propionate + eau
OU
En 1 molécule de butyrate + CO2 + CH4
Pour une ration classique, à partir de glucose on a 75% d’acétate, 15% de propionate et 10% de butyrate mais ces valeurs peuvent varier selon le type de ration qu’on donne au ruminant.

Question 18

En quoi les glucides peuvent-ils être transformés par les bactéries ?

Answer 18

Dans la ration, on a donc des glucides qui seront lysés par des bactéries en glucides simples (= souvent du glucose).
Ce glucide simple sera essentiellement transformé par les bactéries en acides gras volatils.
Bien qu’une autre (petite) partie du glucose des bactéries servira quant à lui à produire de l’énergie puisque toutes ces transformations nécessitent des molécules d’ATP, une petite partie du glucose de la glycolyse servira à la production de 2 molécules d’ATP qui servent à toutes ces réactions biochimiques.

Question 19

Quel est le devenir du propionate ?

Answer 19

Il est consommé en partie dans la paroi du rumen et dans les viscères et les 50 autres %
passent dans le sang.
a. À partir du sang, le propionate = capté dans le foie –> gluconéogenèse-propionate-dépendante : le
propionate rentre dans l’hépatocyte et subit l’action d’une propionyl-CoA-synthétase avec utilisation d’1 ATP lysé en AMP + Pi.
b. Le Pi sera lysé en 2P.
c. Ce sont donc 2 liaisons riches en énergie générées à partir de 1 ATP qui sont nécessaire pour transformer le propionate en propionyl-CoA.
( !! synthase = n’a pas besoin d’ATP pour synthétiser le produit ≠ synthétase = nécessite de l’ATP)
d. Ce propionyl-CoA va rentrer dans la gluconéogenèse et former du glucose
e. Le glucose ne sera pas utilisé par le foie, il passera dans le sang
f. Il produira :
- De l’ATP dans la glande mammaire,
- Il se combinera au galactose pour former du lactose
- Il pourra former du glycérol-3P à partir du di-hydroxy-acétone-P de la glycolyse, formant des TG dans le lait par ajout de 2 acides gras sur le di-hydroxy-acétone-P. (// au niveau du tissu adipeux).

Question 20

Quel est le devenir de l’acétate ?

Answer 20

30% seront consommés dans la paroi du rumen et dans les viscères et les 70% qui restent seront libérés dans le sang.
L’acétate ne peut pas être capté par le foie car dans le foie il n’y a pas d’acétyl-CoA synthétase Donc il sera impossible de le lier à un CoA pour le faire rentrer dans des voies métaboliques.
Il va donc atteindre les tissus périphériques :
~ Au niveau de la glande mammaire :
- Il sera transformé en acétyl-CoA par l’acétyl-CoA synthétase qui consomme 1 ATP et cet acétyl-CoA qui servira surement à la production d’ATP en rentrant dans le cycle de Krebs.
- Puis après transformation en malonyl-CoA : à la formation des acides gras libres
- Acides gras libres qui, combinés au glycérol-3P vont former des TG qui seront libérés dans le lait maternel.
~ Même fonction au niveau du tissu adipeux :
- L’acétyl-CoA y aura 2 fonctions :
* Rentrer dans le cycle de Krebs et fournir des molécules d’ATP,
* Être transformé en malonyl-CoA pour former des AG libres qui, combinés au glycérol-3P, formeront les TG.
~ Au niveau des autres tissus et du muscle : idem : mais ça servira uniquement à générer de l’ATP = de l’énergie.

Question 21

Quel est le devenir du butyrate ?

Answer 21

Il est transformé dans la paroi du rumen en corps cétoniques = le bêta-hydroxy-butyrate et le peu de butyrate qui n’est pas transformé en ce corps cétonique au niveau du rumen le sera au niveau du foie.
Ce bêta-hydroxy-butyrate = libéré dans le sang, c’est un corps cétonique et il va arriver au niveau des tissus périphériques :
~ Au niveau de la glande mammaire : il subira l’addition d’un CoA par la butyryl-CoA-synthétase qui consomme 1 ATP et 2 liaisons riches en énergie, ça forme ainsi du butyryl-CoA.
Le butyryl-CoA sera ensuite transformé en 2 acétyl-CoA puis :
- Production d’énergie
- Transformation en AG libres : après transformation en malonyl-CoA et en AG libres qui, combinés au glycérol-3P, formeront des TG

Question 22

Quelles sont les 2 voies qui mènent à la formation du propionate ?

Answer 22

• 1ère = voie succinique = en régime cellulose (herbe & foin), le pH du rumen ne descend pas sous 5,8 car la cellulose & l’hémicellulose = des HDC unis par des liaisons complexes, donc la fermentation = lente et n’amène pas à une prolifération bactérienne importante.
La production de propionate = acide ne fera pas descendre le pH sous les 5,8.
Les HDC simples résultant de la digestion de la cellulose et hémicellulose rentrent dans la glycolyse –> transformation en pyruvate –> oxaloacétate via pyruvate carboxylase –> succinate à propionate.
• 2ème = vie acrylique = en régime amidon & sucres simples (céréales), le pH du rumen descend sous 5,5 car ce sont des aliments composés de liaisons très simples et donc aisément digérables par les bactéries. Il y aura une prolifération très importante des bactéries, permettant un traitement important et rapide des HDC qui en résulte : formation rapide d’une grande quantité d’acide propionique.
Ce propionate produit très rapidement abaisse le pH. Du coup, la plupart des bactéries responsables de la voie n°1 vont arrêter de proliférer quand le pH sera acide.
S.Bovis = une bactérie résistant à ce pH acide prendra le dessus quand le pH sera acide, elle prolifèrera alors beaucoup plus et transformera le pyruvate en lactate.
Le lactate = transformé en 2 temps en propionate, d’abord en acrylate (= par déshydratation) puis en propionate en présence de 2 protons et 2 électrons fournis par le NADPH + H+.

Question 23

Quelles sont les conséquences possibles de régimes riches en concentrés ?

Answer 23

↑concentrés –> prolifération importante des 1ères bactéries –> digestion très rapide de l’amidon et des sucres simples –> formation d’une très grande quantité de propionate : ↓pH.
Cette ↓pH = induit l’arrêt de prolifération des 1ères bactéries + la prolifération
d’une autre population bactérienne = S.Bovis car elles supportent mieux ce pH acide, entrainent la formation de lactate : ↑concentration d’acide lactique –> s’ionise en lactate + H+ qui fera ↓le pH encore.
Cette ↓pH va même faire disparaitre S.Bovis au profit d’une autre population
bactérienne = les lactobacilles qui produisent quasiment uniquement de l’acide lactique, passera dans le sang et provoquera une acidose métabolique qui peut être normale.

Question 24

Que feront les protéines contenues dans la ration ?

Answer 24

≫ Une petite partie d’entre elles passeront de façon intacte vers l’abomasum.
≫ Une grande partie de ces protéines sera par contre dégradée par les protéines protéolytiques et transformées en acides aminés qui serviront à synthétiser des protéines bactériennes puisqu’il y a prolifération continue des micro-organismes dans le rumen.

Question 25

Une partie des acides aminés, plutôt que de directement rentrer dans la synthèse des protéines bactéries, sera désaminée et de l’ammoniac sera généré. Que va faire cet ammoniac ?

Answer 25

L’ammoniac passera dans le sang, sera capté par les hépatocytes : dans leurs mitochondries, il y a le cycle de l’urée qui débute puis se termine dans le cytoplasme avec la synthèse de l’urée qui passe dans le sang : - Une partie sera éliminée par les reins (// monogastriques). - Par contre, une autre partie de l’urée sanguine retourne dans le rumen par sécrétion au niveau de la paroi ruminale. - De même, une dernière partie de l’urée sanguine va aboutir dans la salive : lors de la rumination (= retour du bol alimentaire dans la bouche), il y aura re-mastication par salivation et donc ajout d’urée provenant du sang et qui retourne ainsi dans le rumen pour former de l’ammoniac. Cet ammoniac peut non seulement passer dans le sang, mais il peut aussi servir de porte d’entrée à la synthèse endogène des acides aminés (//monogastriques) pour former à partir des acides aminés synthétisés, des protéines bactériennes.

Question 26

Que se passe-t-il lors de la protéolyse enzymatique ?

Answer 26

Régulièrement des bactéries sont transférées du rumen vers l’estomac, il y a alors protéolyse enzymatique des bactéries (// monogastrique en présence d’acide et d’enzymes protéolytiques), ces acides aminés passeront dans la veine porte, au niveau du foie les acides aminés : - Seront désaminés et l’ammoniac servira à la synthèse d’urée dans la mitochondrie puis dans le cytoplasme via le cycle de l’urée - Une partie peut servir à la synthèse d’ATP et d’acides gras libres dans l’hépatocyte.

Question 27

Dans quels organes les acides aminés seront distribués ?

Answer 27

La majorité des acides aminés passent au-travers du foie et sont distribués aux organes périphériques : - Au niveau du muscle, ces acides aminés seront captés pour faire : ~ Les protéines musculaires ~ Une autre partie des aa seront désaminés pour que le squelette carboné des acides aminés tombe ensuite dans un catabolisme de l’un des intermédiaires du cycle de Krebs pour former de l’énergie via des molécules d’ATP. - Idem au niveau de la glande mammaire, des acides aminés sont captés pour former des protéines (notamment la caséine qui sera sécrétée dans le lait) et une partie des acides aminés seront désaminés et le squelette carboné sera transformé dans 1 des intermédiaires du cycle de Krebs pour ainsi permettre la formation d’ATP.

Question 28

A quoi servent les lipides dans la ration ?

Answer 28

Dans la ration il y a aussi des lipides : TG, phospholipides et glycolipides, chacun contient des acides gras libres. Les bactéries métabolisent ces 3 substrats et en forment des acides gras libres = saturés au niveau des bactéries du rumen. ~ Une partie des phospholipides présente dans la ration va servir aux nouvelles bactéries qui prolifèrent pour former leurs propres parois. ~ Pour les glycolipides il y a séparation de la partie lipidique d’avec la partie « glyco » = HDC qui rejoignent la formation des acides gras volatils.

Question 29

Quel est le devenir des AG libres générés dans le rumen par les bactéries ?

Answer 29

Les acides gras libres générés dans le rumen par la bactérie sont saturés dans le rumen et passent dans le TD au niveau duquel, au niveau de l’intestin grêle (// monogastriques), il y a reconstitution des TG dans l’épithélium de l’intestin grêle à partir des acides gras libres et du glycérol- 3P. Ces TG sont chargés sur les chylomicrons = lipoprotéines riches en TG (// monogastriques), ces chylomicrons passent dans les vaisseaux lymphatiques pour contourner le foie et les 1ers tissus cibles = les tissus périphériques. Au niveau des capillaires de la glande mammaire et du tissu adipeux, il y a une lipoprotéine lipase activée par l’apo C2 présente à la surface des chylomicrons. Cette apo C2 va activer va activer la lipoprotéine lipase et dans les capillaires de la glande mammaire et du tissu adipeux, les TG sont transformés en glycérol & acides gras libres passant à l’intérieur de la cellule. - Les acides gras vont servir en présence de glycérol-3P à former du TG qui sera déversé dans le lait maternel. - Et dans le tissu adipeux, les acides gras seront combinés au glycérol-3P pour reformer des TG qui seront stockés au niveau de la vésicule lipidique.

Question 30

A partir de quoi se fait la cétogenèse ?

Answer 30

La cétogenèse se fait à partir de 2 substrats : - Les TG stockés dans les vésicules du tissu adipeux - Les acides aminés cétogènes = dont le squelette carboné sera dégradé en acétyl-CoA.

Question 31

Quelles sont les étapes de la cétogenèse hépatique ?

Answer 31

a. Les acides aminés cétogènes sont désaminés et leur squelette carboné est catabolisé en acétyl-CoA qui rejoint la voie de la cétogenèse. a.bis. En ce qui concerne les TG, ils sont stockés dans les vésicules lipidiques du tissu adipeux, ils subissent l’action de la lipase qui libère : - Le glycérol qui va passer dans le sang et sera capté par les hépatocytes pour y servir à la synthèse de glucose - Tandis que les acides gras libres sont libérés dans le sang, captés par les hépatocytes alors qu’ils étaient transportés et liés au CoA. b. C’est liés au CoA qu’ils rentrent dans la mitochondrie via le transporteur = la carnitine et via la carnitine-acyl-transférase qui transfère l’acyl du CoA sur la carnitine. c. Les AG libres sont alors convertis en acyl-CoA dans la mitochondrie, rentrent dans la bêta- oxydation où ils sont scindés en acétyl-CoA à partir desquels il y a condensation : D’abord de 2 acétyl-CoA en acéto-acétyl-CoA Puis en hydroxy-méthyl-glutaryl-CoA = HMG-CoA Puis en acéto-acétate = le 1er corps cétonique transformé en bêta-hydroxy-butyrate qui passe dans le sang et sert de substrat énergétique aux autres tissus. On retrouve ce mécanisme chez les monogastriques ET chez les ruminants en phase de jeun.

Question 32

Quelles sont les étapes de la cétogenèse ruminale ?

Answer 32

C’est particulier au ruminant lorsqu’il est nourri. Il y a : a. Production d’acides gras volatils et un de ces acides gras = le butyrate b. Le butyrate = capté par la cellule épithéliale du rumen et est transformé en butyryl- CoA par la butyryl-CoA-synthétase qui nécessite 1 ATP : lysé en AMP + Pi dont le Pi = lui-même encore lysé en 2 phosphates, on lyse donc 2 liaisons riches en énergie. c. On arrive après toute une série de réactions enzymatiques à l’acéto-acétyl-CoA qui est transformé en hydroxy-méthyle-CoA qui libère l’acéto-acétate qui est transformé en bêta-hydroxy-butyrate de la même manière que dans la cétogenèse. d. Ce bêta-hydroxy-butyrate est alors libéré dans la circulation. Ainsi, la cétogène = continue. Que l’animal soit à jeun (et donc cétogenèse hépatique) ou nourri (et donc cétogenèse ruminale)

Question 33

Quels sont les différents substrats de la gluconéogenèse hépatique ?

Answer 33

La gluconéogenèse hépatique survient aussi bien chez le monogastrique que chez le ruminant. On y retrouve : - Le glycérol = issu de la lyse des TG dans le tissu adipeux. a. Il rejoint les hépatocytes où il est transformé en glycérol-3P b. En di-hydroxy-acétone-P c. Puis rentre dans la néoglucogenèse pour former du glucose. - Les acides aminés glucogéniques dont le squelette carboné, après désamination, est catabolisé dans un intermédiaire du cycle de Krebs comme l’alpha-cétoglutarate, le succinyl-CoA, le fumarate, l’oxaloacétate ou juste à côté du cycle de Krebs en pyruvate. - Le pyruvate et le lactate : le rumen peut, dans certaines circonstances, produire de grandes quantités d’acide lactique quand la ration = riche en sucres simples et en amidon = facilement métabolisés par les bactéries ruminales et peuvent donc conduire à la production d’une grande quantité de lactate. àLe lactate passe alors du milieu ruminal dans le sang où il peut être capté par l’hépatocyte et servir de substrat à la synthèse de glucose.

Question 34

Quelle est la spécificité de la néoglucogenèse chez le ruminant alimenté ?

Answer 34

a. Des AG volatils sont produits dans le rumen : l’un d’eux = le propionate qui est transformé en succinyl-CoA. b. Ce succinyl-CoA servira à la synthèse de glucose-6P. c. Ce glucose-6P pourra, chez le ruminant alimenté, être déversé dans la circulation sanguine OU servir à la synthèse de glycogène hépatique. Quand le ruminant = alimenté, la concentration d’insuline ↑↑ et l’insuline permet la synthèse de glycogène à partir du glucose-6P. Cette néoglucogenèse se déroule TOUJOURS dans le foie mais se différencie via les différents substrats.

Question 35

Quelles sont les origines du propionate ?

Answer 35

• Chez les ruminants alimentés : il y a production d’acides gras volatils dont l’un d’eux = le propionate, une grande partie de ce propionate = consommé dans la paroi du rumen & dans les viscères. Et le reste passe dans le sangàcapté par l’hépatocyte où a lieu la transformation du propionate en propionyl-CoA en liant le propionate au CoA et c’est catalysé par la propionyl-CoA synthétase et d’1 ATP. Gluconéogenèse propionate-dépendante nécessite la transformation du propionate en succinyl-CoA. • La bêta-oxydation des acides gras à nombre impair de C : si la chaine carbonée à un nombre impair de C ; lors de la dernière séparation il reste une molécule à 3C = le propionate . • Dans le catabolisme de la valine : il y a transformation du propionate en succinyl-CoA • Dans le catabolisme de la thymine : il y a transformation du propionate en succinyl-CoA

Question 36

Quelles sont les réactions induisant la transformation du propionate en succinyl-CoA ?

Answer 36

a. Le propionate = lié au CoA par la propionyl-CoA-synthétase en présence d’ATP b. Ce propionyl-CoA va subir une carboxylation en présence de CO2 (issu de l’H2CO3), d’ATP et de biotine qui sera carboxylée. c. Le CO2 va venir s’ajouter sur un C pour venir former la molécule de D-méthyl-malonyl-CoA. d. Cette molécule va être épimérisée en L-méthyl-malonyl-CoA : il y a échange de place entre 2 C et c’est catalysé par l’épimérase. e. Ensuite, la réaction la plus importante = catalysée par une mutase = procède à la substitution des 2 substituants de ces 2 atomes de C adjacents. On a donc 2 atomes de C l’un à côté de l’autre et leur substituant vont s’échanger. f. Ainsi, le L-méthyl-malonyl-CoA est transformé en succinyl-CoA = un des intermédiaires métaboliques du cycle de Krebs, donc cette molécule rentre dans le cycle de Krebs.

Question 37

Quelle est la particularité de la vitamine B12 ?

Answer 37

La vitamine B12 = la cobalamine : Elle est constituée d’un noyau corrine qui est lui-même constitué de 4 anneaux pyroles qui retiennent 1 azote. Au centre de cette structure on trouve un atome de Cobalt qui peut établir 6 liaisons : - 4 avec les 4 azotes, - 1 avec le 5-déoxy-adénosine mais qui peut être échangé avec d’autres constituants - 1 avec une sorte de nucléotide constitué d’un P, d’un ribose et d’une pseudo-base qui établit une liaison covalente avec un des noyaux pyrole de l’anneau corrine. Comme toutes les vitamines B c’est une vitamine hydrosoluble. Il n’y a pas de synthèse ni dans les cellules animales, ni dans les cellules végétales de cette bactérie. La synthèse se fera uniquement par certains micro-organismes (comme ceux présents dans le rumen). Ces micro-organismes du ruminant peuvent en faire un synthèse très importante. Les monogastriques trouvent donc essentiellement leur source de vitamine B12 dans la viande. Quand elle pénètre dans l’estomac, cette vitamine doit former un complexe avec le facteur intrinsèque. Le facteur intrinsèque = une protéine sécrétée/produite par les cellules pariétales de l’estomac. Il lie donc la vitamine B12 et l’absorption du complexe se fait au niveau de l’intestin grêle terminal. Chez les ruminants, il y a une production importante via les micro-organismes du rumen et leurs besoins sont bien plus élevés car la gluconéogenèse propionate-dépendante est très active chez le ruminant alimenté. Donc la consommation de VitB12 chez le ruminant = très importante mais elle est contrebalancée par le fait qu’heureusement il y a une production importante par les micro-organismes du rumen. Faible risque de carence en vitamine B12.

Question 38

Est-il possible d'avoir des carences en vitamine B12 ?

Answer 38

Chez l’homme, on estime qu’on consomme 3 microgrammes de vitamine B12/jour et que le stock hépatique permet de tenir 3 à 5 ans. La carence est donc rare SAUF si : ~ Végétariens stricts : il faut des compléments exogènes en vitB12. ~ Défaut génétique de facteur intrinsèque : certains patients ont des mutations dans le gène codant pour ce facteur et il sera alors absent ou incapable de lier la vitamine B12 qui ne pourra pas être absorbée. ~ Absorption intestinale insuffisante : certains patients souffrent d’irritation de la partie terminale de l’intestin grêle = de l’iléon et cette inflammation (comme dans la maladie de Crohn) empêche l’absorption intestinale du complexe facteur intrinsèque-vitamine B12.

Question 39

Quelles sont les conséquences d'une carence en vitamine B12 ?

Answer 39

~ Anémie mégaloblastique = une ↓ de la quantité de GR dans le sang avec des formes très volumineuses des GR. Cette anémie = secondaire à une carence en acide folique car la carence en vitamine B12 entraine une carence en acide folique. ~ Anomalies neurologiques car les acides gras à nombres impairs de C vont s’accumuler sous forme de propionate et de propionyl-CoA que la cellule est incapable de transformer en succinyl-CoA. Une des manifestations de cette accumulation se fait dans les neurones et dans les oligodendrocytes qui voient leur fonctionnement altéré. Et qui dit fonctionnement des neurones et des oligodendrocytes altéré, dit anomalie neurologique.

Question 40

Qu'est-ce que l'acide folique ?

Answer 40

Le coenzyme tétrahydrofolate = vitamine B9 : C’est aussi une vitamine hydrosoluble. Elle subit une activation par la di-hydrofolate-réductaseópour que l’acide folique soit parfaitement actif il faut qu’il soit sous la forme de tétrahydrofolate. Le tétrahydrofolate est impliqué dans les réactions de transfert d’unités à 1C. L’acide folique et son composant actif = le tétrahydrofolate sont impliqué dans le métabolisme des acides aminés et des nucléotides. Il y a 6 dérivés du tétrahydrofolate car il peut capturer des groupes : méthyl, méthylène, formyl, ... Et la vitamine B12 permet la synthèse de 5 d’entre eux. Donc en absence de vitamine B12, 5 des 6 dérivés de tétrahydrofolate sont inactifs. Raison pour laquelle une carence en vitamine B12 entraine systématiquement une carence en 5 dérivés des 6 possibles du tétrahydrofolate. Les sources d’acide folique = le foie & les légumes à feuilles vertes.

Question 41

Quelles sont les conséquences d'une carence en acide folique ?

Answer 41

~ Anomalie de la prolifération cellulaire car l’acide folique intervient dans la formation du désoxy- thimidine-mono-P = un nucléotide requit pour la réplication de l’ADN. Il y aura donc une réplication de l’ADN qui ne se fera pas correctement et si c’est le cas, les précurseurs des GR ne pourront pas se répliquer normalementóil y aura donc une ↓du nombre de GR matures due à une absence/↓de la prolifération des cellules souches des GR. Cette anémie a la particularité que les GR peu nombreux auront un volume très important. èOn parle d’anémie macrocytaire/mégaloblastique. ~ Des infections par défaut de prolifération des cellules souches des GB : trop peu de GB circulent ce qui fait que l’animal sera plus sujet aux infections. ~ Lors de la grossesse, il y a un défaut de prolifération cellulaire des cellules de la plaque neurale qui ne parvient pas à se refermer en un tube neural. Selon la gravité de l’altération de la prolifération cellulaire (dépendant de la gravité de la carence en folate), on peut avoir des fermetures presque complètes, ou des cas non viables de défaut de fermeture de la plaque neurale.

Question 42

Quels sont les substrats des synthèses d'acides gras ?

Answer 42

Chez les monogastriques, il y a une synthèse d'AG libres puis de TG dans le foie, le tissu adipeux et la glande mammaire lors de lactation. Les substrats de ces synthèses d'AG libres sont : - L’acétyl-CoA qui survient chez les monogastriques par entrée du glucose dans la glycolyse pour générer 2 pyruvates rentrant dans la mitochondrie et étant transformés en 2 acétyl-CoA par le complexe de la pyruvate DH. - Le squelette carboné des acides aminés cétogènes qui seront transformés en acétyl-CoA. + Il faut du NADPH comme donneur d’électrons et de protons. Dans la lipogenèse hépatique, ces NADPH surviennent/sont produits dans le cycle du pentose-P par l’enzyme malique cytoplasmique qui transforme le malate en pyruvate.

Question 43

Quels sont les substrats des synthèses de TG ?

Answer 43

- Le glycérol provenant de la glycolyse du glucose en di-hydroxyacétone-P qui sera transformé en glycérol-3P. - Uniquement dans l’hépatocyte, le glycérol peut aussi servir de base au glycérol-3P : le glycérol subit l’action de la glycérol-3-kinase qui transforme le glycérol en glycérol-3P. Cette lipogenèse hépatique = à la fois valable pour les monogastriques et pour les ruminants, elle survient dans le foie.

Question 44

❤️ Quelle est la particularité du tissu adipeux et de la glande mammaire au cours de la lactation chez les ruminants ?

Answer 44

a. Lorsque le ruminant est alimenté, il y a une synthèse d'AG volatils : parmi les AG volatils, l’acétate = produit dans le rumen par les micro-organismes : une bonne partie = consommée par la paroi du rumen et par les viscères, mais une bonne partie du reste passe au-travers du foie sans y être absorbée. En effet, le foie ne contient pas d’acétyl-CoA-synthétase et donc il est incapable de prélever l’acétate pour en faire de l’acétyl-CoA. b. L’acétate passe donc dans les tissus périphériques, notamment dans le tissu adipeux et la mamelle. c. Il y rentre dans les cellules et est couplé au CoA par l’acétyl-CoA-synthétase en présence d’une molécule d’ATP pour former de l’acétyl-CoA. d. Chez le ruminant alimenté, il y a un 2ème AG volatil = le butyrate = transformé dans la cétogenèse ruminale en bêta-hydroxy-butyrate qui sera libéré dans le sang et sera capté par les tissus périphériques = tissu adipeux & mamelle au cours de la lactation. e. Ce bêta-hydroxy-butyrate sera transformé en acéto-acétate et en acétyl-CoA. Donc les 2 origines des acétyl-CoA chez le ruminant = l’acétate principalement et un peu le bêta-hydroxy- butyrate = un AG volatil et 1 dérivé d’un des 2 autres AG volatil. f. Une fois générés dans l’adipocyte ou dans l’épithélium de la glande mammaire, ces acétyl-CoA serviront à faire du malonyl-CoA = unité de base sur la synthèse des AG libres qui serviront à la synthèse d'AG libres/de palmitate. g. Ces palmitates seront couplés aux CoA pour former du palmitoyl-CoA puis ces AG couplés aux CoA vont réagir avec le glycérol-3P qui subira une estérification par 2 acides gras sur les C1 et C2à formant ainsi le di-acyl-glycérol-3P. h. Puis le P sur le C3 sera éliminé et remplacé par un 3ème acyl pour former les TG. Ces molécules de glycérol-3P proviennent de la glycolyse : le glucose = capté, passe dans la glycolyse au cours de laquelle du di-hydroxy- acétone-P = généré et transformé en glycérol-3P. Une partie du glucose rentré dans la glycolyse = transformé en pyruvate = transformé en acétyl-CoA qui servira à synthétiser de l’énergie/de l’ATP qui vont permettre toutes ces réactions biochimiques. De même, une partie du l’acétyl-CoA provenant de l’acétate et du bêta-hydroxy-butyrate va aussi pénétrer dans la mitochondrie pour la synthèse d’ATP. Donc les 3 éléments clés pour la synthèse de TG sont : - L’acétyl-CoA - Le NADPH provenant du cycle des pentoses P - Le glycérol-3P provenant de la glycolyse. Spécifiquement dans le tissu adipeux, ces TG vont être stockés dans la vésicule lipidique sous forme de réserve. Dans l’adipocyte on sait qu’il y a un cycle futile de : - Dégradation des TG en acides gras libres + glycérol - Resynthèse des TG Permettant une présence non-nulle d’acides gras libres dans le sang ; permettant en cas de stress aigu d’avoir un substrat énergétique déjà présent dans le sang. Dans l’épithélium de la mamelle, ces TG viennent d’être synthétisés, sont libérés dans le canal lactifère de la mamelle et passent dans le lait.

Question 45

Quels sont les avantages et les inconvénients de la fermentation pré-gastrique ?

Answer 45

AVANTAGES : Les micro-organismes permettent de métaboliser la cellulose et l’azote non-protéique. Les protéines bactériennes produites par les bactéries qui prolifèrent sont déversées dans l’estomac et servent de source protéique importante de protéines (entre autre les vitamines). Toxiques détruits par les micro-organismes. DÉSAVANTAGES : Le fermenteur fonctionne à T° élevée, donc la chaleur qui s’en échappe = perdue

Question 46

❤️ Comment sont les voies métaboliques chez le ruminant quand l'animal est en train de s'alimenter ?

Answer 46

L’animal est alimenté, il y a production des 3 AG volatils. La glycémie = élevée donc insuline dans la circulation ≫ Cétogenèse ruminale: L'AG volatil précurseur de la cétogenèse ruminale = le butyrate. Le butyrate produit par les micro-organismes du rumen sera capté par les cellules épithéliales du rumen et participera à la production de corps cétoniques = le bêta-hydroxy-butyrate libéré dans le sang. ≫ Cétogenèse hépatique ≫ Néoglucogenèse hépatique: L’AG volatil précurseur de la néoglucogenèse hépatique = le propionate. Il est transformé en propionyl-CoA puis en succinyl-CoA et en OAA servant à la synthèse de glucose. ≫ Néoglucogenèse hépatique dans des circonstances de régime alimentaire particulier riche en HDC simples : Il peut y avoir production de lactate qui servira de substrat à la gluconéogenèse pour former du glucose. Il y a donc possibilité dans ce type de régime de voir une gluconéogenèse dépendante du lactate pour ainsi participer au maintien de la glycémie. ≫ Lipogenèse adipocytaire : Le butyrate est transformé en bêta-hydroxybutyrate dans la cétogenèse ruminale. Donc dans le tissu adipeux on a de l’acétate et du bêta-hydroxybutyrate qui servent de substrat à la synthèse d’acétyl-CoA. La sécrétion d’insuline favorise la lipogenèse (présente dans le tissu adipeux et dans le foie) et inhibe la lipolyse. Donc la synthèse d’acides gras volatils se déroule dans le tissu adipeux. Et en plus de cela il y a une réserve des TG qui ↑ : les AG libres synthétisés dans le tissu adipeux sont couplés au glycérol-3P et viennent gonfler les réserves de TG dans le tissu adipeux. ≫ Lipogenèse hépatique: Elle est active, les acétyl-CoA des hépatocytes sont transformés en malonyl-CoA. Ce malonyl = un effecteur allostérique négatif sur la carnitine-acyl-transférase de type 1 = CAT1 : ce qui empêche les acyl-CoA produits au cours de la lipogenèse hépatique, de rentrer dans la mitochondrie pour y subir la bêta-oxydation. La bêta-oxydation des AG dans la mitochondrie est inhibée.

Question 47

❤️ Comment sont les voies métaboliques chez le ruminant quand l'animal est dans un état d'anorexie ?

Answer 47

Pas d'alimentation : pas de production d'AG volatils dans le rumen. Hypoglycémie : sécrétion de glucagon. ≫ Cétogenèse ruminale : Absence de butyrate. ≫ Cétogenèse hépatique ≫ Néoglucogenèse hépatique : Absence de propionate. ≫ Néoglucogenèse hépatique : Si l’état d’anorexie et d’hypoglycémie se prolonge, il y aura une protéolyse au niveau hépatique mais aussi musculaire. Les acides aminés seront ensuite désaminés, leur squelette carboné (pour les acides aminés glucogéniques) va tomber dans les métabolites intermédiaires du cycle de Krebs. ≫ Lipolyse: Le glucagon inhibe la lipogenèse et favorise la lipolyse. De plus il n’y a pas de propionate dans le tissu adipeux pour synthétiser des AG libres. Les TG dans les vésicules lipidiques du tissu adipeux vont subir une lyse en glycérol et en AG libres passant dans le sang. Ces AG libres sont captés dans le foie : comme il n’y a pas de lipogenèse, il n’y a pas de malonyl-CoA et donc pas d’effecteur allostérique sur la carnitine-acyl-transférase de type 1. Et donc les AG libres captés par l’hépatocyte sont transformés au cours de la bêta-oxydation dans la mitochondrie des hépatocytes pour former de l’acétyl-CoA. Cet acétyl-CoA va notamment former des corps cétoniques : - Acéto-acétyl. - Bêta-hydroxy-butyrate : il y en a donc au-travers de la cétogenèse hépatique dépendante des AG libres provenant de la lyse du tissu adipeux. La lyse des AG libres du tissu adipeux génère aussi du glycérol = un des substrats de la gluconéogenèse hépatique glycérol-dépendante.

Question 48

❤️ Comment sont les voies métaboliques chez le ruminant quand l'animal est dans un état de début de lactation ?

Answer 48

Prise d’aliments : production de 3 AG volatils. Hypoglycémie car la mamelle consomme une grande quantité de glucose et que le ruminant n’a déjà pas une glycémie très importante. La mamelle en consomme pour : - Le faire rentrer dans la glycolyse et en faire du di-hydroxy-acétone-P et du glycérol-3P pour la synthèse des TG - Le faire rentrer dans la glycolyse et former ainsi du pyruvateàsera transformé en acétyl-CoA pour faire de l’ATP. - Le combiner au galactose pour former du lactose libéré dans le lait maternel. Au début de la lactation, le ruminant est alimenté mais en hypoglycémie, donc c’est le glucagon qui sera présent dans le sang. Ce glucagon inhibe la lipogenèse et favorise la lipolyse. ≫ Cétogenèse ruminale : Présence de butyrate donc elle est active. ≫ Cétogenèse hépatique ≫ Néoglucogenèse hépatique : Présence de propionate donc elle est active. ≫ Lipolyse du tissu adipeux : Ruminant alimenté donc présence d’acétate et de bêta-hydroxy-butyrate, on aura donc une synthèse d'AG libres concomitante à une lipolyse. Les AG volatils = acétate & butyrate (transformé en bêta-hydroxybutyrate dans la paroi du rumen) sont présents en grande quantité dans le tissu adipeux et ils participeront à la synthèse d'AG libres. Par contre, l’hypoglycémie et la concentration en glucagon = importantes, il y a donc consommation des réserves de TG en glycérol + AG libres. Il y a donc synthèse d'AG libres + lipolyse en AG libres & glycérol. Ces AG libres passent dans le sang et y sont présents +++, ils sont alors captés par les hépatocytes, rentrent dans la mitochondrie où ils subissent la bêta-oxydation qui les transforment en acétyl-CoA servant à faire un corps cétonique = le bêta-hydroxybutyrate. ≫ Néoglucogenèse hépatique : Le glycérol libéré par la lyse des TG du tissu adipeux gagne le foie où il participe à la gluconéogenèse hépatique dépendante du glycérol mais aussi dépendante des acides aminés glucogéniques. Et si le régime est riche en amidon et HDC simples, à partir du lactate il y a une gluconéogenèse hépatique dépendante du propionate et dépendante du glycérol des acides aminés (et éventuellement du lactate).