METABOLISME PROTEIQUE CHEZ LA VACHE LAITIERE
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l'Institut Babcock pour la Recherche et le Développement International du Secteur Laitier Essentiels Laitiers Université du Wisconsin à Madison METABOLISME PROTEIQUE CHEZ LA VACHE LAITIERE Michel A. Wattiaux Institut Babcock INTRODUCTION Les protéines fournissent les acides aminés nécessaires pour le maintien des fonctions vitales, la croissance, la reproduction et la lactation. Les animaux non-ruminants ont besoin d'acides aminés préformés dans leur ration. Par contre, grâce aux microbes présents dans le rumen, les ruminants possèdent la capacité de synthétiser les acides aminés à partir d'azote non-protéique (ANP). Des sources d'ANP telles que l'ammoniac ou l'urée peuvent donc être utilisées dans leur ration. De plus, les ruminants possèdent un mécanisme pour conserver l'azote lorsque leur ration est déficitente en azote. L'urée est le produit final du métabolisme des protéines dans le corps et elle est normalement sécrétée dans les urines. Cependant, en cas de déficit azoté, l'urée retourne de préférence dans le rumen où les bactéries peuvent en faire usage. Chez les nonruminants, l'urée produite dans le corps est toujours entièrement perdue dans les urines. Des recherches ont montré qu'il est possible de nourrir une vache avec une ration qui contient uniquement de 'l'ANP et pas de protéines. Malgré l'absence de protéines, ces vaches produisirent plus de 15 kg de lait contenant 0,580 kg de protéine de haute qualité. TRANSFORMATION DES PROTEINES DANS LE RUMEN Les protéines alimentaires sont dégradées par les micro-organismes du rumen d'abord en acides aminés et ensuite en ammoniac et acides gras branchés (Figure 1). L'azote non-protéique des aliments et l'urée recyclée dans le rumen par l'intermédiaire de la salive ou la paroi du rumen contribuent aussi à la formation de l'ammoniac dans le rumen. Lorsque la quantité d'ammoniac est insuffisante pour le besoin des microbes, la digestibilité des aliments tend à diminuer. Par contre, trop d'ammoniac dans le rumen entraîne un gaspillage d'azote et la possibilité d'intoxication, ce qui dans les cas extrêmes peut entraîner la mort de l'animal. La population bactérienne utilise l'ammoniac pour sa croissance. La quantité d'ammoniac transformée en protéine bactérienne dépend surtout de la quantité d'énergie générée par la fermentation des hydrates de carbone. En moyenne, il y a une synthèse de 20 g de protéines bactériennes pour 100 g de matières organiques fermentées dans le rumen. La quantité de protéine bactérienne synthétisée par jour varie de moins de 400 g à plus de 1500 g en fonction de la digestibilité de la ration. Le pourcentage de protéine dans les bactéries varie de 38 à 55% (Tableau 1). Cependant, lorsqu'une vache ingère plus d'aliments, les bactéries sont plus riches en protéines et cellesci passent plus rapidement du rumen dans la caillette. Une partie des protéines alimentaires résiste à la dégradation ruminale et passe non dégradée dans le petit intestin. La résistance des protéines à la dégradation ruminale varie fortement en fonction de la nature de la protéine et de nombreux autres facteurs. En général, les protéines des fourrages sont plus dégradées (60 à 80%) que celles des concentrés et sousproduits industriels (20 à 60%). Une partie de la population bactérienne est dégradée dans le rumen, mais la majorité (qui se trouve attachée aux particules alimentaires) passe dans la caillette. L'acide sécrété par cette organe arrête toutes activités microbiennes et les enzymes de la vache digèrent les protéines bactériennes ainsi que les protéines alimentaires qui ont survécu l'attaque des microbes du rumen. Essentiels Laitiers RATION Concentrés Fourrages Métabolisme des Protéines chez la Vache RUMEN INTESTINS FECES Azote bactérien Protéines Protéines et alimentaire non digérés Protéines Azote non Acides aminés Azote protéique Acides aminés fécal Acides gras métabolique branchés Protéines (iso acides) PAROI Energie de la Protéines Ammoniac Acides aminés INTESTINALE ET ORGANES fermentation bactériennes des glucides DIGESTIFS ;;;;;; ;;;;;;; ;;;;;; ;;;;;;; ;;;;;; ;;;;;;; ;;;;;;; ;;;;;;; ;;;;;;; SALIVE Urée Urée Recyclage de l'urée PAROI RUMINALE (Surplus) VEINE PORTE (vers le foie) Acides aminés FOIE Ammoniac Glucose Métabolisme glucidique Urée Urée Acides aminés CIRCULATION SANGUINE GENERALE Urée Urée Acides aminés Acides aminés Urée Urée Acides aminés Energie urée Urine Acides aminés Acides aminés Energie Protéines Protéines du lait REINS GLANDE MAMMAIRE Figure 1: Vue générale du métabolisme protéique chez la vache laitière MUSCLES (et autres tissus) Essentiels Laitiers Métabolisme des Protéines chez la Vache Tableau 1: Composition (%) et digestibilité intestinale (%) de l'azote microbien1 Bactérie Moyenne Variation Proto-zoaire Protéine 47.5 38 - 55 2 27.6 Acides nucléiques Lipides 7.0 4 - 25 Hydrates de carbone 11.5 6 - 23 3 2.0 Peptidoglycanes Minéraux 4.4 Protéine brute Totale 62.5 31 - 78 24 - 49 Digestibilité intestinale 71 44 - 86 76 - 85 1 Adapté de P. J. Van Soest. "Nutritional Ecology of the ruminant." 1982. O & B Books Inc., 1215 NW Kline Place, Corvallis, Oregon 97330, USA. 2 Acides Nucléiques = matériel génétique. 3 Peptidoglycanes = structure complexe de la paroi cellulaire bactérienne. En moyenne, 60% des acides aminés absorbés dans l'intestin proviennent des bactéries qui ont crû dans le rumen et les 40% qui restent sont les protéines alimentaires qui ont résisté à la dégradation ruminale. La composition en acides aminés des protéines bactériennes est relativement constante. Tous les acides aminés, y compris ceux qui sont essentiels, sont présents dans les protéines bactériennes en proportion proche de celle requise par la glande mammaire pour la synthèse du lait. La conversion des protéines alimentaires en protéines bactériennes est en général un processus bénéfique. L'exception se produit lorsqu'une protéine de haute qualité est dégradée en ammoniac sans que la synthèse microbienne puisse capter cet azote à cause du manque d'énergie dans la ration. L'art de bien nourrir une vache consiste à lui offrir des aliments qui maximisent la croissance bactérienne dans son rumen. L'AZOTE DES MATIERES FECALES Il y a deux sources principales d'azote dans les matières fécales. Une partie provient des aliments non digérés et une autre partie provient de l'azote métabolique fécal (Figure 1). En général, plus de 80% des protéines qui arrivent dans l'intestin y sont digérées; le restant passe dans les matières fécales. L'azote métabolique fécal est une perte d'azote dûe aux enzymes digestives sécrétées dans l'intestin et au renouvellement rapide des cellules intestinales. En moyenne, chaque kilo d'aliment (matière sèche) ingéré nécessite 33 g de protéines corporelles pour pouvoir être digéré et absorbé dans l'intestin. Les matières fécales des ruminants sont d'excellents engrais parce qu'elles sont riches en matière organique et en particulier en azote (2,2 à 6,0% d'azote ou l'équivalent de 12 à 16% de protéine). METABOLISME DANS LE FOIE ET RECYCLAGE DE L'UREE Lorsqu'il y a un manque d'énergie fermentescible ou un excès de protéines dans la ration, l'ammoniac produit dans le rumen n'est pas complètement converti en protéine bactérienne. L'excès d'ammoniac traverse la paroi du rumen et est transporté au foie. Le foie convertit l'ammoniac en urée, qui est libérée dans le sang. L'urée peut suivre deux voies: • Elle peut retourner dans le rumen via la salive ou via la paroi du rumen. • Elle peut être excrétée dans les urines par les reins. Lorsque l'urée retourne dans le rumen, elle est convertie à nouveau en ammoniac et peut donc servir pour la croissance bactérienne. Cependant, l'urée excrétée dans les urines est perdue. Lorsque la ration est pauvre en protéine, beaucoup d'urée est recyclée dans le rumen, et peu d'azote est perdu. Cependant, lorsque le contenu protéique de la ration augmente, moins d'urée est recyclée et la perte d'azote urinaire est plus importante. SYNTHESE DES PROTEINES DU LAIT Pendant la lactation, la glande mammaire a un grand besoin en acides aminés pour la synthèse des protéines du lait. Le métabolisme des acides aminés dans la glande mammaire est extrêmement complexe. Les acides aminés sont convertis en d'autres acides aminés ou ils sont oxydés pour produire de l'énergie. La majorité des acides aminés absorbés par la glande mammaire sont utilisés pour la synthèse des protéines du lait. Un kg de lait contient en moyenne 33 g de protéines; cependant, il y a de grandes variations entre les races et parmi les vaches d'une même race. En moyenne, 90% des protéines du lait se trouvent sous forme de caséine qui contribue à la haute valeur nutritive des produits laitiers. Il y a de nombreux types de caséine (Tableau 2). Les protéines trouvées dans le lait écrémé sont aussi synthétisées dans la glande Essentiels Laitiers Tableau 2: Types de protéines trouvées dans le lait de vache. Protéine Concentration (g/kg) .......................... Caséines ............................ α-caséine 14.0 β-caséine 6.2 κ-caséine 3.7 γ -caséine 1.2 ............. Protéines du lait écrémé ................ 0.6 Immunoglobulines1 α-Lactalbumine 0.7 β-Lactoglobuline 0.3 1 Leur concentration augmente fortement lorsque la vache souffre d'une mammite. mammaire. L'enzyme α-Lactalbumine joue un rôle important pour la synthèse du lactose et l'enzyme β-lactoglobuline permet la formation du caillé durant la fabrication du fromage. Certaines protéines du lait (les immunoglobulines) permettent aux veaux nouveau-nés de résister à certaines maladies infectieuses. Les immunoglobulines ne sont pas synthétisées dans la glande mammaire, mais proviennent du sang. Le lait produit les trois ou quatre premiers jours de lactation (colostrum) est riche en immunoglobulines. Le lait contient aussi de l'azote non-protéique en petite quantité comme par exemple, l'urée (0.08 g/kg). L'ALIMENTATION PROTEIQUE Le besoin en protéine brute totale des vaches laitières varient de 12% en période de tarissement à 18% en début de lactation. Les vaches produisant entre 20 et 25 kg de lait doivent avoir une ration contenant 16% de protéine brute. En général, la plupart des fourrages et concentrés sont des sources adéquates de protéines. Cependant, lorsque la production laitière augmente, la synthèse microbienne ne suffit plus à fournir les acides aminés requis et des sources de protéines résistantes à la dégradation ruminale doivent être introduites dans la ration. Les drêches de brasseries ou de distilleries, et les protéines d'origine animale (sous-produits d'abattoirs, plumes de volailles, et farine de poisson) sont des sources de protéines qui résistent en partie à la dégradation ruminale. D'un autre côté, les sources d'azote nonprotéique peuvent être utilisées lorsque la ration contient moins de 12 à 13% de protéine brute totale. L'urée est une source commune d'azote non-protéique dans la ration des vaches. Cependant, elle doit être utilisée avec précaution Métabolisme des Protéines chez la Vache parce qu' un léger excès conduit rapidement à l'intoxication. L'urée donne de meilleur résultat lorsqu'elle est utilisé en combinaison avec des aliments riches en énergie mais pauvres en protéine et azote non-protéique comme, par exemple, les graines de céréales, la molasse, les pulpes de betteraves, les foins de vielles herbes et l'ensilage de maïs. L'urée ne doit pas être utilisée avec des aliments riches en azote nonprotéiques ou en protéines facilement dégradées, comme par exemple, les farines ou tourteaux de certains oléagineux (soya et tournesol), les fourrages légumineux et les jeunes herbages de graminées. De plus, en fonction du poids vif de la vache, l'urée ne doit pas dépasser 75 à 150 g par vache par jour . Elle doit être bien mélangée avec les autres aliments de la ration et ajoutée progressivement pour permettre aux bactéries du rumen de la vache de s'y adapter. L'Institut Babcock pour la Recherche et le Développement International du Secteur Laitier est un programme de l'Université du Wisconsin. Le support financier pour le développement de cette publication provient du USDA CSRS Special Grant 92-34266-7304 et du U.S. Livestock Genetics Export, Inc. Traduction: M. A. Wattiaux Support éditorial: Judith Nysenholc et Yves Berger Publication: DE-NF-5-011295-F Cette publication ainsi que d'autres peuvent être obtenues en contactant: L'Institut Babcock 240 Agriculture Hall, 1450 Linden Drive Madison, WI 53706-1562 USA Tel. (608) 262 4621 Fax (608) 262 8852
