TD2 - GIGA

METABOLISME CHEZ LES
RUMINANTS
1
Introduction
HERBIVORES
Fermenteurs
pré-gastriques
Fermenteurs postgastriques
2
Introduction
Fermenteurs
pré-gastriques
TYPES
ESPECES
RUMINANTS
Bovins
Ovins
Caprins
NONRUMINANTS
Hamster
Campagnol
Fermenteurs postgastriques
TYPES
ESPECES
Digestion
caecale et
caecotrophie
Lapin
Digestion
caecale et
colonique
Cheval
3
Introduction
Avantages d’une
fermentation prégastrique



Utilisation de la Cellulose
et l’Azote Non Protéique
Synthèse de Vitamine B et
d’acides aminés essentiels
Destruction de toxiques
(oxalate, alcaloïdes,…)
Désavantages d’une
fermentation prégastrique



Perte d’énergie (chaleur,
méthane)
Pertes protéiques
(ammoniac)
Susceptibilité aux toxines
produites par la flore
(glucides  ac. lactique)
4
Introduction
Adaptations physiologiques
o Apports fréquents d’aliments
o Mastication et salivation +++
o Brassage du contenu ruminal
o Rumination
o Eructation
o Absorption des AGV
o Milieu ruminal adapté
5
Milieu ruminal
 Température: élevée (> T° rectale)
 Osmolarité: +/- celle du plasma, augmente après repas
 pH: 5,5 à 7,3
optimum 6 à 6,8
système tampon (AGV – Bicarbonates de la salive)
diminue avec une ration riche en concentrés
 Anaérobiose: indispensable pour que les fermentations
s’arrêtent au stade AGV
6
Microflore du rumen
 Bactéries < 5 μm
109-1010 bactéries/mL de jus de rumen
digestion de la cellulose
 Protozoaires (ciliés) 20-200 μm
104 à106 /mL de jus de rumen
contrôle de la population bactérienne
 Champignons (moisissures) 20-200 μm
104/mL
 Archaea (ex archéobactéries)
108/mL
7
Microflore du rumen
 Bactéries
 Anaérobies: 98%
 Cellulolytiques: 14%
 Amylolytiques: 39%
Les modifications de flore se produisent sur 2 semaines et il faut être
prudent lors de transition alimentaire.
 Cellulolytiques
oBacteroides succinogenes
oRuminococcus albus
oRuminococcus flavefaciens
oButyrivibrio fibrisolvens
 Hémicellulolytiques
oBacteroides ruminicola
oButyrivibrio fibrisolvens
 Amylolytiques
oBacteroides amylophilus
oStreptococcus bovis (aérobie facultatif)
oBacteroides ruminicola
8
Microflore du rumen
>>Acides Gras Volatils
 Bactéries cellulolytiques et hémicellulolytiques
hydrolysent la cellulose et l’hémicellulose
produisent de l’acétate (+++), du propionate (++), du butyrate (+)
sécrètent des enzymes = cellulases
 Bactéries amylolytiques
digèrent l’amidon grâce à des amylases (régimes riches en
céréales)
produisent plus de propionate (+++), du butyrate (++) et des
lactates (+)
Streptococcus bovis est considéré comme « la mauvaise herbe » du rumen

développement extrêmement rapide si amidon/sucres et pH bas

production d’acide lactique (Acidose)
9
Digestion et absorption
COMPARAISON
NON-RUMINANTS
RUMINANTS
VS
Glucides alimentaires
Enzymes digestives
Glucose absorbé dans
l’intestin grêle
Microflore
AGV absorbés dans le
rumen
Circulation sanguine
10
Digestion et absorption
RATION
RUMEN
ORGANES CIBLES
Acides gras volatils
Propionate (25%)
Cellulose &
hémicellulose
(=HC fibreux)
GLUCOSE (FOIE)
TG (mamelle)
Acétate (60%)
GLUCOSE
Mamelle (lactose, glycerol)
FFA (FOIE, TA, Mamelle)
Amidon
OH-butyrate
Paroi
rumen
Butyrate (15%)
OH-butyrate (FOIE)
Fourrages
Tissus
glucose
Concentrés
PROTEINES
Azote non
protéique
(NNP)
NH3
Protéines (Intestin)
Acides aminés
FOIE, Mamelle,
muscles,
autres tissus
Aa
Protéines bactériennes
Triglycérides
Phospholipides
Glycolipides
caséine
glycérol
FFA
AGV
FFA saturés
LP-TG
(intestin)
FFA
TG (TA,Mamelle)
11
Métabolisme
Molécules énergétiques d’origine alimentaire
>>GLUCOSE
Alimentation
(cellulose, hémicellulose, pectines, …)
Fermentations
microbiennes
GLUCOSE
AGV
> 90% du glucose
duodénum
seulement 3 – 5% du glucose
ingéré passe dans le
duodénum
Adaptations du ruminant:
o Il a une glycémie plus faible 45-75 mg/dl (vs 100 mg/dl non-ruminant)
o Il produit son glucose à partir d’AGV (NG propionate dépendante)
o Il a une cétogenèse continue à partir d’ AGV (Butyrate)
12
Métabolisme
Molécules énergétiques d’origine alimentaire
>>Acides Gras Volatils
Hémicelluloses
amidon
cellulose
« GLUCOSE »
pectines
sucres solubes
Pyruvate
Formate
H
2
CO2
CH4
succinate
ACETATE 65%
BUTYRATE 15%
PROPIONATE 20%
CH3-COO-
CH3-CH2-CH2-COO-
CH3-CH2-COO-
13
Métabolisme
Molécules énergétiques d’origine alimentaire
>>Acides Gras Volatils
AGV absorbés par Rumen,
Réseau, Feuillet, Caillette.
60 à 80 % de l’énergie alimentaire
• Propionate = glucose du ruminant
• Acétate  traverse le foie  TG (TA,
mamelle)
• Butyrate  OH-butyrate (92% paroi
rumen, 8% FOIE)
14
Métabolisme
Molécules énergétiques d’origine alimentaire
>>Acides Gras Volatils
VOIE SUCCINIQUE
VOIE ACRYLIQUE
Régime cellulose (herbe, foin)
Régime amidon (céréales)
pH > 5.8
pH < 5.5
Glucose
Pyruvate
S. Bovis
OAA
Lactate
Acrylate
Succinate
PROPIONATE
15
Métabolisme
Molécules énergétiques d’origine alimentaire
>>Acides Gras Volatils
D et L
16
Métabolisme
Molécules énergétiques d’origine alimentaire
>>Proteines
o Protéines solubles (60%) :
Protéolyse bactérienne dans le
rumen
o Protéines insolubles (40%):
seront dégradées dans l’intestin
o AA absorbés au niveau de
l’intestin:
60% origine bactérienne
40% origine alimentaire
o Utilisation de l’ Azote Non
Protidique (NH3 et urée)
17
Métabolisme
Molécules énergétiques d’origine alimentaire
>>Lipides
o 2-4% lipides dans végétaux
o 80% des AG sont insaturés
o Saturation des AG dans le rumen
par les H+ libérés lors de
l’oxydation anaérobie
18
Métabolisme
Molécules énergétiques d’origine endogène
Cétogenèse
Ruminale
>>Cetogenèse
Cétogenèse Hépatique
HEPATOCYTE
BUTYRATE
Cellule
épithéliale
RUMEN
Acyl CoA
FFA
BUTYRATE
CAT I
Tissu
adipeux TG
HMG CoA
E1
E2
OH-Méthyl
glutaryl CoA
HMG CoA
Synthétase
TCA
AcAc
OH-Butyrate
DH
AcAc
E4
FFA
3-OH-Butyrate
Circulation sanguine
ß cétothiolase
E3
glycérol
OH-Butyrate
DH
+s Acétyl CoA
AcAc CoA
Lipase- P
HMG CoA
Synthétase
NADH+H+
VLDL
AcAc CoA
Acetyl CoA
NAD+
 oxydation
Butyryl CoA
Synthétase
Butyryl CoA
Acyl CoA
TG
BUTYRATE
3-OHButyrate
FFA
19
Métabolisme
Cétogenèse Ruminale

Continue
(animal alimenté)
Cétogenèse Hépatique

Carence en glucose
Lactation (ruminant)
 Anorexie (ruminant et
monogastrique)
 Diabète sucré
(monogastrique)



Rôle = épargne du
glucose
Substrat = butyrate
(AGV)
Substrat : FFA (<TA)
 Siège : hépatocyte


Siège = épith. Rumen
20
Métabolisme
Molécules énergétiques d’origine endogène
>>NEOGLUCOGENESE
o
G-6-P
(7 étapes /10 id.)
GLUCOSE
Hexokinase –
Glucokinase –
glycogène
(1)
o
G-6-P
F-6-P
(2)
o Glycolyse et NG
 2 voies ≠
F-1-6-diP
3-P-glycéraldéhyde
nouveaux enzymes
(3 étapes ≠)
RUMINANT
MONOGASTRIQUE
≈ Glycolyse inversée
 2 voies irréversibles
3-P-diOH-acétone
GLYCEROL
 2 voies non simultanées
1-3-DPG
(1) Glucose 6 Phosphatase
(2) Fructose 1,6 biphosphatase
3-PG
(3) PEP carboxykinase (PEPCK)
50% dans mito - 50% dans cytosol
2-PG
(4) Pyruvate carboxylase
PEP
(3)
PROPIONATE
OAA
(4)
Qq AA (C4)
Pyruvate
LACTATE
Qq AA
(C3)
Glycogène = Propionate
dépendant
21
Métabolisme
Précurseurs de la NEOGLUCOGENESE
PRECURSEUR
#
VOIE D’ENTREE
AGV < AMIDON
50-70%
OAA
AC. AMINES
1. DIGESTION
INTESTINALE
2.CATABOLISME
15-20%
PYRUVATE (C2, C3)
OAA (C4)
CETOGLUTARATE (C5)
L-LACTATE
1. AGV < AMIDON
2. CORI
15-20%
PYRUVATE
GLYCEROL
1. GLYCEROL LIBRE
2. < MOBILISATION TG
5%
40%
TRIOSES PHOSPHATES
PROPIONATE
ORIGINE
C2 = Glycine
C3 = Alanine
C4 = Acide Aspartique
C5 = Glutamine
22
Métabolisme
Néoglucogenèse hépatique
Transformation du propionate
O
PROPIONATE
CH3-CH2-C
O-
Propionyl CoA Synthétase
Oxaloacetate
Citrate
ATP
PEPCK
TCA
AMP + PPi
O
CH3-CH2-C
S-CoA
racémase
C-C-H
C
S-CoA
O
H
H-C-H
O
C-C-H
C
CoA-S
O
Succinyl CoA
Glucose
D-Méthyl malonyl CoA
L-Méthyl malonyl CoA
-O
Mutase à adénosyl cobalamine
Vit B12
H
O
CoA-S
Succinate
PEP
NG
ADP + Pi
CH3
O
-O
Propionyl CoA
HCO3- + ATP
Carboxylase à biotine
OAA
C-C-H
H-C-H
C
O
-O
Succinyl CoA
23
Métabolisme
Vitamine B12 ou cobalamine
R=
4 formes actives:
o Adénosylcobalamine
(R = 5’-désoxyadénosyl
o Cyanocobalamine
(R = CN)
o Hydroxycobalamine
(R = OH)
o Méthylcobalamine
(R = CH3)
24
Métabolisme
Vitamine B12 ou cobalamine
Vit B12  uniquement synthétisée par microorganismes
 pas de carence chez ruminant (sauf si carence en Cobalt)
Adénosyl Cobalamine
 intervient dans la NG propionate dépendante
 cofacteur de la mutase à adénosyl cobalamine
25
Métabolisme
Le coenzyme B12 fournit des radicaux libres qui
catalysent la migration de l’hydrogène dans la molécule
CH2
H R
Co
+
.
B12
Co2+ B12r
CH3
CH2
C C
Substrat
CH3
.
R
C C
.
CH2
R
.
C C
R H
C C
26
Produit
Métabolisme
VOIE PROPIONATE
Néoglucogenèse hépatique : 2 voies
Alimentation
PROPIONATE
DEPENDANTE
Hépatocyte
GLUCOSE
NG
PEP
Mitochondrie
Propionyl CoA
Synthétase
NADH+H+ NAD+
PEPCK
PEP
Malate
OAA
Malate
Pyruvate
carboxylase
NAD+
NADH+H+
Pyruvate
OAA
PEPCK
Pyruvate
Lactate
Alanine
PEP
(NG)
GLUCOSE
27
VOIE PYRUVATE DEPENDANTE :
Lactation, anorexie (carence en glucose)
Métabolisme
Carence énergétique : glycémie ↓ ↓
2 MECANISMES DE COMPENSATION
(1)Activation cétogenèse hépatique
Mobilisation FFA du TA
Production CC (β HB) = ENERGIE
Mais production NADH (effet ↓  βox)
(2) Activation NG Pyruvate dépendante
Production Glucose = ENERGIE
Mais aussi consommation NADH
> Synergie entre les 2 voies
28
Métabolisme
Néoglucogenèse hépatique
Pourquoi cette dépendance au Glucose ?
(1) SNC = glucose dépendant (ruminant !)
(2) Tissus Glycolyse + et TCA –
(1) Cornée
(2) Epiderme
(3) Fibres Musc. IIb
(4) GR
(3) TA (besoins de NADPH et de glycérol)
(4) Mamelle (besoins de glycérol et de lactose)
29
Métabolisme
Molécules énergétiques d’origine endogène
T. Adipeux
Pentoses phosphates
(Hépatocyte)
Acetate
R-5-P
GLUCOSE
ATP + CoA
NADPH
NADPH
NADP+
NADPH
Pyruvate
Malate décarboxylase
Pyruvate
Malate DH
Acétyl CoA
OAA
Mitochondrie
Citrate synthétase
3-P-glycérol
Acétyl CoA
Citrate lyase
citrate
citrate
Malonyl CoA
estérification
NADPH
NADPH
Glycérol-P-Acyl
transférase
Acyl CoA
Palmitate
réestérification
DG
(2)
Lipase- P
TG
(1)
o Tissu hépatique
Faible activité Acetyl CoA synthétase et carboxylase
La lipogenèse de novo (acétate) est faible
Faible activité GPAT, l’estérification est faible,
quand mobilisation d’AG, ils sont orientés vers
la β-oxydation
Faible sécrétion hépatique de VLDL
>prédisposition à la stéatose hépatique
(vache laitière en début de lactation)
FFA
glycérol
Réserve
Si vitesse
(1) > (2)
30
Circulation sanguine
↑
CoASH
Acétyl CoA
carboxylase
CoASH CoASH
phosphatidate
Insulinémie élevée > synthèse de Malonyl CoA
OAA
CoASH
o Tissu adipeux
Acétyl CoA
synthétase
malate
H+
>>Lipogenèse
Métabolisme
ANIMAL ALIMENTÉ : glycémie ↑↑
CETOGENESE
RUMINALE
HEPATIQUE
AGV
(BUTYRATE)
NEOGLUCOGENESE
LIPOGENESE 
HEPATIQUE
TA – (Hépat)
AGV
(PROPIONATE)
FFA
Acyl CoA
PROPIONYL CoA
CELL. EPITH.
RUMEN
-
CAT 1
ß Ox
HMG CoA
synthétase
3-OH-BUTYRATE
-
NADH
Acetyl CoA
AcAc
Ratio insuline/glucagon 
-
METHYLMALONYL CoA
SUCCINYL CoA
OAA
+
GLUCOSE
+
AGV
(ACETATE)
-
Acetyl CoA
Malonyl CoA
FFA
TG
+ 31
Métabolisme
ANIMAL ANOREXIQUE : glycémie ↓↓
CETOGENESE
RUMINALE
AGV
(BUTYRATE)
Ratio insuline/glucagon 
NEOGLUCOGENESE
HEPATIQUE
FFA
HEPATIQUE
AGV
(PROPIONATE)
LIPOLYSE 
HEPATIQUE
TA – (Hépat)
PYRUVATE
(Alanine, lactate)
AGV
(ACETATE)
Acyl CoA
PROPIONYL CoA
CELL. EPITH.
RUMEN
CAT 1
ß Ox
3-OH-BUTYRATE
OAA
METHYLMALONYL CoA
NADH 
Acetyl CoA
AcAc
Acetyl CoA
SUCCINYL CoA
Malonyl CoA
NADH
Malate
FFA
OAA
TG
GLUCOSE
-
+
+
32
Métabolisme
LACTATION >> carence énergétique : glycémie ↓ ↓
CETOGENESE
RUMINALE
NEOGLUCOGENESE
HEPATIQUE
HEPATIQUE
FFA
Acyl CoA
AGV
(BUTYRATE)
AGV
(PROPIONATE)
CAT 1
CELL. EPITH.
RUMEN
LIPOLYSE 
HEPATIQUE
METHYLMALONYL CoA

TG AcetylNADH
CoA
OAA
SUCCINYL CoA
TCA
Acetyl CoA
OAA
NADH
Malate
OAA
Malonyl CoA
FFA
TG
PEP
PEP
TA – (HEPAT)
AGV
PYRUVATE
(Alanine, lactate) (ACETATE)
PROPIONYL CoA
ß Ox
AcAc
Ratio insuline/glucagon 
Malate
-
VLDL
3-OH-BUTYRATE
GLUCOSE
++
++
FFA (albumine)33
Métabolisme
REGULATIONS
voie métabolique
régulée par
commentaires
Cétogenèse ruminale
Disponibilité en C4
Alimentaire
Malonyl CoA
Inhibe CAT1
Propionyl CoA
Inhibe β oxydation
Methylmalonyl CoA
Inhibe CAT1
NADH
β oxydation inhibée par
NADH mais la NG
consomme le NADH
(OAA  Malate)
OAA
Lactation (glycémie ↓)
OAA > NG
Acyl CoA >cétogenèse
Cétogenèse hépatique
Couplage Cétogenèse
hépatique /
NG pyruvate
dépendante
Lien entre Cétogenèse
et NG
34
Métabolisme
REGULATIONS HORMONALES
4 HORMONES
PRODUCTION
EFFETS
Insuline
Hyperglycémie
↓ néoglucogenèse
↑ lipogenèse
Glucagon
Hypoglycémie
↑ néoglucogenèse
↑ lipolyse (mobilisation TA)
Adrénaline
Stress (aigu)
↑ lipolyse (mobilisation TA)
↑ néoglucogenèse
Cortisol
Stress (prolongé ou
adaptation)
↑ lipolyse
↑ protéolyse
↑ néoglucogenèse
35