جيره نشخواركنندگان بايد مصرف مستمر ازت حيوان را تامين نمايد تا به حيوان اجازه رشد و تجديد مناسب و كامل اندام ها و بافت ها را بدهد. منابع ازته غذايي به شكل هاي پروتئيني و غير پروتئيني وجود دارند. ازت پروتئيني گياهان 60 تا80 درصد مجموع ازتي است كه در گياهان وجود دارد. اين پروتئين ها رامي توان به دو گروه تقسيم نمود: پروتئين هاي برگ و ساقه و پروتئين هاي ذخيره اي كه در دانه ها يافت مي شوند. پروتئين هاي برگ ها اساساً در كلروپالست و سيتوزول و به مقدار كمتر در ميتوكندري ها, هسته و غشاء يافت مي شوند. ازت پروتئين در دانه ها به شكل آلبومين, گلوبولين, پرولامين و گلوتلين وجود دارند. تفاوت نسبت اين پروتئين ها روي تجزيه پذيري پروتئين خوراكي درشكمبه تاثير دارند. عموماً, مقدار پروتئين جيره غير مستقيم و از مجموع ازت بر آورد مي گردد, بدين طريق كه ازت تعيين شده در فاكتور6/25ضرب مي شود. اين فاكتوربدين علت بكار گرفته مي شود كه مقدار ازت اكثر پروتئين ها را 16 درصد در نظر مي گيرند.
تجزيه تركيبات ازته در شكمبه
بخش مهمي از فرايند گوارش در نشخواركنندگان بالغ بر اساس عمل ميكروارگانيسم هاي شكمبه پايه گذاري شده است. پديده كليدي تغذيه ازته اين حيوانات مبتني بر ظرفيت استفاده جمعيت ميكروبي از آمونياك است. در حضور مقدار كافي انرژي, ميكروارگانيسم ها مي توانند نيازهاي پروتئيني خود را بوسيله استفاده مستقيم از تركيبات ازته غذايي و توسط سنتز اندوژن اسيدهاي آمينه جديد برآورده كنند.
سنتز اندوژن پروتئين, به شكل پروتئين, به شكل پروتئين هاي ميكروبي, در نشخواركنندگان از اهميت زيادي برخوردار است, زيرا اين سنتز به اينگونه دام ها اجازه مي دهد تا نيازهاي پروتئيني خود را از يك منبع ازت غير پروتئيني تامين نمايد. بيشتر از80 درصد باكتري هاي شكمبه قادرند از آمونياك به عنوان تنها منبع ازته استفاده نمايند. از اين باكتري ها, 25 درصد مطلقاً به آمونياك نياز دارند در حالي كه 55 درصد مي توانند به همان خوبي كه از آمونياك استفاده مي نمايند, اسيدهاي آمينه را نيز مورد بهره برداري قرار دهند. گونه هاي كمي مي توانند پپتيدها را مستقيماً مورد استفاده قرار دهند.
تجزيه پروتئين ها در شكمبه
نرخ تجزيه پروتئين ها در شكمبه بطور قابل ملاحظه اي متغير است. بخشي از ازت لگومينوزه ها كه مقدار آن بين 30 تا 50 درصد ازت كل است, در شكمبه به آمونياك تجزيه مي شود. قسمت ديگري به شكل پپتيدها, اسيدهاي آمينه و بازهاي اسيد نوكلئيك بوسيله ميكروارگانيسم ها مورد استفاده قرار مي گيرند در حالي كه قسمت آخر مستقيماً به داخل شيردان عبور مي نمايد. پروتئين مواد خوراكي پس از آنكه از سلول هاي گياهي آزاد شدند مي توانند تجزيه شوند, اين عمل در هنگام گسستن غشاء در زمان جويدن يا در شكمبه تحت اثر باكتري هاي تجزيه كننده الياف انجام مي گيرد. اين پروتئازها و پپتيدازهاي ميكروبي هستند كه مسئول تجزيه پروتئيني در شكمبه به عهده دارند. باكتري هاي تجزيه كننده پروتئين بين 12 تا 38 درصد جمعيت باكتري هاي شكمبه شامل مي شوند, اما نسبت دقيق آنها بر حسب اجزايي كه در جيره استفاده مي شوند تغيير مي نمايد. قسمت مهمي از آنزيم هاي تجزيه كننده پروتئين ها به ديواره سلولي باكتري ها متصل است, كه اين باكتري ها به حالت معلق در مايع شكمبه در گردش هستند يا به باقيمانده خوراكي چسبيده مي باشندبخش ديگري از تجزيه كننده هاي پروتئيني (پروتئوليتيك) به شكل آزاد يافت مي شوند, كه احتمالا از تجزيه باكتري ها حاصل شده اند. پروتئوزوئرها, كه اختصاصاً در فاز جامد شكمبه وجود دارند, در كنترل تكثير باكتري ها مشاركت دارند و ترجيحاً فعاليت پروتئوليتيك كمتري را دارا هستند. در رابطه با قارچ ها فعاليت شناخته شده اي روي بخش پروتئوليتيك ندارند. تجزيه پروتئين ها در دو مرحله انجام مي شود. ابتدا هيدروليز پروتئين ها انجام مي شود تا پپتيدها و اسيدهاي آمينه آزاد شوند, در مرحله دوم آمين زدايي و تجزيه اسيدهاي آمينه صورت مي گيرد. به نظر مي رسد كه هيدروليز پپتيدها به اسيدهاي آمينه مرحله اي است داراي محدوديت زيرا نرخ آمين زدايي اسيدهاي آمينه عموماً بالاتر از نرخ پروتئوليز(تجزيه پروتئين) است.عملا تراكم اسيدهاي آمينه آزاد در شكمبه پايين است.اسيدهاي آمينه موجود در شكمبه مي توانند بوسيله فلور شكمبه براي سنتز پروتئين ميكروبي مورد استفاده قرار گيرند يا اينكه آمين زدايي شوند. آمين زدايي از سويي منجر به تشكيل آمونياك مي گردد و از سوي ديگر, موجب تشكيل توليدات مختلفي مي گردد كه نوع آن بستگي به نوع اسيد آمينه مورد تجزيه دارد. واكنش هاي ديگري كه منجر به تشكيل اسيدهاي چرب, گاز كربنيك, متان و گرما مي گردد. نرخ تجزيه شدن به نظر مي رسد براي اسيدهاي آمينه مختلف بر حسب شكل آزاد آن متغير باشد. در نتيجه, آرژنين و ترئونين سريعاً تجزيه مي شوند. ليزين, فنيل آلانين, لوسين و ايزو لوسين نرخ تجزيه حد واسطي را نشان مي دهند; والين و متيونين به آرامي تجزيه مي شوند.با توجه به اسيد آمينه هايي كه در بخش پروتئيني يافت مي شوند, ترتيب تجزيه شدن اسيدهاي آمينه آن بدين قرار است: لوسين > والين > هيستيدين > ايزولوسين > ليزين .استفاده از ازت غذايي منوط به فراهم بودن انرژي داخل شكمبه است. در واقع, اضافه بودن ازت به نسبت انرژي قابل دسترس باعث افزايش تراكم آمونياك در داخل شكمبه مي گردد, كه اين امر منجر به هدر رفتن ازت مواد خوراكي و همچنين كاهش مصرف خوراك حيوان مي گردد. در حالت عكس, اگر مقدار ازت ناكافي باشد, رشد ميكروبي محدود خواهد شد كه اين خود نيز كاهش هضم الياف و پايين آمدن مصرف خوراك را باعث مي گردد, حتي اگر نرخ انرژي به اندازه كافي وجود داشته باشد. فاكتورهاي اساسي كه تجزيه پروتئين ها را در شكمبه تحت تاثير قرار مي دهد عبارتنداز: ساختمان مولكولي آنها, مدت زمان ماندگاري در شكمبه, محلوليتشان و فرآوري مواد خوراكي مي باشند.
ازت غير پروتئيني(NPN)
تجزيه شدن تركيبات غير پروتئيني(آميدها، پپتيدها و اسيدهاي آمينه)كه در مايع شكمبه منتشر مي شوند عموماً خيلي سريع است. اكثراً ازت غير پروتئيني مواد خوراكي بوسيله ميكروارگانيسم ها به آمونياك هيدروليز مي گردد. ممكن است آمونياك حاصل از آمين زدايي اسيدهاي آمينه، از هيدروليز اوره بوسيله آنزيمها يا از ديگر تركيبات ازته موجود در جيره باشد. آمونياكي كه بدين طريق تشكيل مي شود ممكن است بوسيله باكتري هاي شكمبه براي سنتز پروتئين ميكروبي مورد استفاده قرار گيرد، يا جذب شده و داخل خون شود. آمونياك شكل عمده ازت مورد استفاده ميكروب هاي شكمبه است. باكتري ها مي توانند از اسيدهاي آمينه آزاد و پپتيدها نيز استفاده نمايند. تراكم آمونياك عمدتاً بر اساس زمان بعد از مصرف غذا و بر حسب منبع ازته خوراكي تغيير مي نمايد به همين علت، اگر ازتي كه تامين شده به شكل اوره باشد، پيك آمونياك1 تا2 ساعت بعد از صرف غذا بدست مي آيد. در عين حال اگر منشاء ازت گياهي باشد، پيك آمونياك 3 تا 5 ساعت بعد از صرف غذا حاصل مي شود، همان زماني كه پيك اسيدهاي چرب فرار ظاهر مي شود. تراكم آمونياك در يك زمان معين فقط بستگي به نرخ آزاد شدن آمونياك از ازت خوراكي ندارد، بلكه به ميزان مصرف ميكروب هاي شكمبه و نرخ جذب از ديواره شكمبه نيز دارد. استفاده از ازت غير پروتئيني، وقتي كه مقدار گلوسيد يا انرژي كافي نباشد يا هنگامي كه گلوسيد به كندي تخمير پذيرد، كاهش مي يابد.اين امر حاصل جيره اي است كه ازت غير پروتئيني، به عنوان مثال اوره، در جيره مورد استفاده قرار مي گيرد و گلوسيد آن به كندي آزاد مي گردد. در چنين شرايطي، نرخ آمونياك به سرعت افزايش يافته و مقدار قابل توجهي از آن بوسيله ديواره شكمبه جذب و در نتيجه از دسترس حيوان خارج مي گردد. تلاش مي شود از ازت غير پروتئيني بوسيله مهار كردن اوره آز يا بوسيله كاهش محلوليت آن كم مي شود، اما نتايج مشاهده شده كاملا رضايت بخش نيست.
عوامل عمده اي كه بر تراكم آمونياك در شكمبه در يك زمان ويژه اثر مي گذارند, عبارتند از:
الف- محلوليت و سرعت تجزيه پروتئين: پيك تراكم آمونياك خيلي سريع حاصل مي شود زماني كه پروتئين ها به سهولت قابل تجزيه باشند.
ب- سهيم و قابل دسترس بودن گلوسيدهاي قابل تخمير در جيره: افزايش قابل دسترس بودن گلوسيدهاي قابل تخمير اجازه استفاده موثرتر از آمونياك را بوسيله باكتريهاي شكمبه فراهم مي نمايد، و در نتيجه موجب كاهش تراكم آمونياك آزاد در شكمبه مي شود.
ج-زمان مصرف خوراك: چنانچه حيوانات علوفه مصرف نمايند، مشاهده شده كه تراكم آن در شكمبه تا 4 ساعت بعد از مصرف خوراك افزايش يافته و سپس كاهش مي يابد.
د- دفعات خوراك خوردن: مقدار خوراك كم، كه به فواصل كوتاه در اختيار دام قرار مي گيرد، شرايطي ثابت در شكمبه توليد مي كنند كه تغييرات كمتري در تراكم آمونياك حاصل مي گردد.
ه- نرخ رقت در شكمبه: افزايش نرخ رقت پروتئوليز را در شكمبه كاهش خواهد داد، همچنين سطح آمونياك نيز كاهش مي يابد.
و- نرخ جذب آمونياك: درجه اسيديته در شكمبه روي نرخ جذب آمونياك اثر مي گذارد; در pH اسيدي جذب كاهش مي يابد.
ز- فعاليت ميكروبي: فعاليت باكتريهاي پروتئوليتيك ممكن است تحت تاثير اجزاي مورد استفاده در جيره قرار گيرند. همچنين اضافه كردن برخي افزودني هاي غذايي مثل يونوفرها نيز موثرند.
ح- وضعيت سلامتي حيوان: در صورت اسيدوز لاكتيكي، كاهش فعاليت ميكروبي مشاهده شده و در نتيجه استفاده از ازت كم مي گردد.
عموماً، مقدارازت كه بوسيله باكتريهاي شكمبه ممكن است مورد استفاده قرار گيرند بستگي به دو عامل دارند:
الف- قابليت دسترس بودن مواد مورد نياز باكتريها.
ب- راندمان تبديل انرژي به توده ميكروبي كه به ازاي هر مول ATP تشكيل شده از گلوسيدها سنتز مي گردد.
آمونياك از ديواره شكمبه در pH كمتر از 7/3 به سرعت نفوذ نمي كند. در واقع، در pH اسيدي، شكل غالب NH4+ در شكمبه نمي تواند به سرعت از ديواره شكمبه عبور نمايد. در pH بيشتر از 7/3 حدود 50 درصد آمونياك به شكل آمونياك يافت مي شود، شكلي كه مي تواند به سرعت منتشر شود. بدين علت، در حالت مسموميت ناشي از اوره، توصيه مي گردد كه pH مايع شكمبه را با دادن سركه(اسيد استيك) به حيوان كاهش داد.اين عمل نرخ جذب آمونياك را كاهش مي دهد.
غلظت نرمال اوره پلاسمايي بين 20 تا 30 ميلي گرم در 100 ميلي ليتر آن متغير است (يعني5-4 ميلي مول). اوره مي تواند در سطوح 0/3 تا 0/8 گرم به ازاي هر كيلوگرم وزن زنده سمي شود. اگر حيوانات قبلايك دوره سازگاري را نگذرانده باشند، مقادير 0/27 تا 0/50گرم به ازاي هر كيلوگرم وزن زنده ممكن است مرگ آور شود. مقادير قابل قبول و پذيرفتني حدود 1 درصد ماده خشك جيره برآورد مي گردد. در رابطه با آمونياك، سطح نرمال آن در خون بين 0/5تا 0/8 ميلي گرم در 100 ليتر خون و حد بحراني 1 ميلي گرم N- NH4+ در100 ميلي ليتر خون است. در سطح شكمبه، مسموميت زماني ظاهر مي شود كه تراكم آمونياك در شكمبه از يك گرم در يك ليتر مايع بگذرد. اگر كبد نتواند با سرعت مناسب ازت را مورد استفاده قرار دهد، غلظتش در خون افزايش مي يابد كه اين مقدار مي تواند سبب علائم مسموميت شود. در وضعيت مسموميت، سطح غلظت N- NH4+ در 100 ميلي ليتر خون 2 تا 4 ميلي گرم مشاهده شده است .pHبالای خون و خون قادر نخواهد بود كه تبادل گازي را انجام دهد. در شرايط نرمال(pH بين 5/5 تا 6/5)بخش زيادي از آمونياك، كه مورد استفاده ميكروب قرار نگرفته، در سطح شيردان جذب خواهد شد.اوره پلاسمايي امكان بازيافتو برگشت به شكمبه را به وسيله بزاق و همچنين توسط انتشار از مخاط ديواره شكمبه دارد. نرخ بازگشت اوره پلاسمايي بين 23 تا 92 درصد در نوسان است.
با نرخ پايين مصرف ازت، بخش مهمي از اوره بازيافت مي شود و مقدار كمي در ادرار ظاهر مي گردد. مقدار ازت بازيافتي به طرف شكمبه ممكن است آنچنان بالا باشد كه به حد 15 گرم در روز در گوسفند و 60 گرم در روز در گاو برسد. با جيره اي مناسب، معادل 10 تا 15 درصد ازت خوراك بازيافت خواهد شد. مقدار ازتي كه در سطح دوازدهه مي رسد ممكن است بيشتر از مقداري باشد كه خورده شده است، بويژه زماني كه مقدار پروتئين جيره كم باشد. اين امر بوسيله بازيافت ازت بازيافتي توسط باكتري ها توضيح و تفسير مي شود. زماني كه ازت غير پروتئيني در خوراك نشخواركنندگان زياد باشد، بايد توجه ويژه اي به آن از نظر تكميل نمودن مناسب گوگرد، پتاسيم و فسفر داشت. اين عناصر عموماً در اكثر منابع ازت غير پروتئيني وجود ندارند، اما در پروتئين ها شايد وجود داشته باشند. گوگرد مي تواند يك عامل محدود كننده سنتز پروتئين ميكروبي باشد، اگرچه بخش مهمي از ازت جيره منشاء غير پروتئيني داشته باشد. بايد نسبت بين ازت به گوگردرا حدود 14 به 1(1:14 )رعايت نمود تا اينكه نياز گوگرد ميكروارگانيسم ها تامين گردد. اسيدهاي نوكلئيك بين 5/2تا 9/5 درصد مجموع ازت علوفه را شامل مي شود، در داخل شكمبه سريع تجزيه مي شوند. در نتيجه، اسيدهاي نوكلئيك جيره غذايي سهم كمي را در رابطه با اسيدهاي نوكلئيكي كه به دوازدهه وارد مي شوند دارندDNA. وRNA جيره به وسيله نوكلئوزيداز باكتريها تجزيه و توليد نوكلئوتيدها، قندها(ريبوز يا دزاكسي ريبوز)، فسفات، پورين ها و پيريميدين ها مي كنند. مقدار كمي از اسيدهاي نوكلئيك شكمبه مي تواند منشاء آن از ترشحات موكوس ها و همچنين تخريب سلولهاي مخاطي شكمبه باشد.پورين ها پيريميدين ها نسبت به تجزيه در شكمبه مقاوم بوده و مي توانند از ديواره شكمبه جذب شوند. كاتابوليسم پيريميدين ها توليد آمونياك، گاز كربنيك بتا – آلانين و اسيد بتا – آمينو – ايزوبوتيريك مي نمايد.
سنتز پروتئين ميكروبي
سهم ميكروب ها از پروتئيني كه در سطح روده باريك جذب مي شود 60 تا 80 درصد است. سنتز پروتئين هاي ميكروبي شكمبه به واسطه مقدار انرژي ATP(يا ماده آلي قابل هضم) قابل دسترس براي باكتريها و به وسيله بازده انرژي زايي باكتري ها از مواد مورد استفاده محدود مي گردد.برآورد سنتز پروتئين در داخل شكمبه مشكل است زيرا انرژي قابل دسترس و بازده انرژي زايي جيره ها متفاوت مي باشد. همچنين، برآورد سنتز پروتئيني در in vivo به واسطه دقت روش هاي موجود محدود بوده, بنابراين لازم است از نتايج بدست آمده با تكنيك هاي in vitro حديابي نمود.
هضم بعد شكمبه اي تركيبات ازته
هضم وجذب روده اي پروتئين ها در نشخواركننده مشابه هضم و جذبي است كه در غير نشخواركنندگان صورت مي گيرد. همراه محتويات گوارشي، پروتئين ها و اسيدهاي نوكلئيك ميكروبي، بخش غير قابل هضم پروتئين قابل هضم مواد خوراكي كه از حمله ميكروب ها و در نتيجه هضم ميكروبي در امان مانده و همچنين مواد ازته غير پروتئيني، شكمبه را ترك مي كنند. برآورد مي شود كه 40 تا80 درصد ازتي كه به دوازدهه مي رسد به شكل غير پروتئيني باشد.منبع ديگر ازتي كه در روده وجود دارد ناشي از ترشحات داخلي شكمبه، شيردان و لوزالمعده است. اين بخش را آنزيم ها، موكوس و سلول هاي اپي تليال مرده كنده شده تشكيل مي دهد.
هضم در سطح روده باريک
روده باريك دومين اندام حائز اهميت است كه به انجام اعمال هضم پروتئيني مربوط است. كيموس سريعا به داخل دوازدهه و ژژنوم جا به جا مي شود. اما بر عكس، زمان توقف در ايلئوم بيشتر مي باشد. در اين سطح است كه پروتئاز فعاليت بيشتري دارد. زيرا pH كمتر اسيدي مي شود. فعاليت پروتئاز به وسيله فرآوري كه مواد خوراكي تحمل مي كنند يا به واسطه منبع ازتي كه به مصرف گاوها مي رسد، تحت تاثير قرار نمي گيرد. اگر نرخ عبور پروتئين به داخل روده افزايش يابد ترشح پروتئاز لوزالمعده مي تواند افزوده گردد، اما درصد جذب پروتئين ثابت باقي مي ماند.بين 13 تا 19 درصد ازت ميكروبي به شكل DNA و RNA يافت مي شود.ترشح زياد ريبونوكلئاز لوزالمعده يك صفت اختصاصي نشخواركنندگان است. اين پديده توضيح دهنده هضم بالا(80 درصد)اسيدهاي نوكلئيك ميكروب ها در روده باريك است. هضم RNA در بخش ابتدايي دوازدهه انجام مي گيرد. بخش كمي از پيريميدين ها به وسيله بافت هاي حيواني جذب و مورد استفاده قرار مي گيرند، در حالي كه درصد مهمي از پورين ها به وسيله ادرار دفع مي گردندهضم RNA به حفاظت ازت كمك مي نمايد. اين ازت بعدا در سطح كبد بازيافت خواهد شد. به علاوه، وظيفه ريبونوكلئازها حفاظت و بازيافت فسفر نيز مي باشد.
آنزيم هاي مهم پروتئوليتيك روده باريك: آندوپپتيدازها- اگزوپپتيدازها
آندوپپتيدازها شامل : تريپسين، كيمو تريپسين و پانكراتوپپتيداز.
اگزوپپتيدازها شامل: كربوكسي پپتيدازA -كربوكسي پپتيدازB.
هضم در سطح سكوم
روده كور دريافت كننده بقاياي پروتئين مواد خوراكي، ميكرو ارگانيسم هاي هضم نشده در روده باريك، مواد اندوژن(موكوس) و اوره كه منشاء خوني دارد نقش عمده اش مبتني بر كند كردن نرخ عبور و ادامه تخمير غير هوازي است. pH روده كور بين 6/6 تا 7/8 تغيير مي كند مساعد براي رشد يك فلور باكتريايي است كه داراي فعاليت آنزيمي مشابه با فعاليت آنزيمي باكتري هاي شكمبه مي باشد. آنزيم هاي موجود زمينه توليد اسيدهاي چرب فرار، پپتيدها، اسيدهاي آمينه و آمونياك را فراهم مي نمايند كه در نهايت به وسيله ديواره روده كور جذب مي شوند. در گوسفندان، غلظت آمونياك در روده كور به همان اندازه اي وجود دارد كه در شكمبه، مواد آلي قابل هضم موجود در روده كور عمدتا از ذرات همي سلولز و كيسه هاي متعلق به باكتري هاي شكمبه تشكيل شده اند.مجموع توليدات حاصل از تخمير براي سنتز پروتئين هاي ميكروبي مورد استفاده قرار مي گيرد. ورود نشاسته يا گلوسيدهاي ديگري كه از هضم در روده باريك مصون مانده اند محرك سنتز بيشتر پروتئين هاي ميكروبي در روده كور گردد. زيرا اين پروتئين در روده بزرگ هضم نشده و در مدفوع ظاهر مي شود و اين امر موجب افزايش ازت دفعي مي گردد كه اين امر سبب كاهش قابليت هضم ظاهري پروتئين خوراك مي گردد.
هضم در سطح روده بزرگ
ساختمان و فعاليت روده بزرگ موجب عبور كند مواد گوارشي مي گردد. روده بزرگ بقاياي ازته اي كه از هضم در روده كوچك مصون مانده است را دريافت مي دارد. علاوه بر آن، اوره اي كه به روده بزرگ مي رسد دو منبع دارد: يكي كه از خون حاصل مي شود و ديگري از تخمير ميكرو ارگانيسم هاي روده كور بدست مي آيد. فعاليت پروتئوليتيك در روده كور و روده بزرگ بيشتر از شكمبه است، اما جذب اسيدهاي آمينه در اين دو قسمت كمتر مي باشد.آمونياك جذب شده در گردش خون به اوره تبديل مي گردد، كه اين اوره ممكن است دوباره به شكمبه برگردد. ميكروارگانيسم هاي اين قسمت در نهايت با مدفوع دفع مي گردد و بخش مهمي از ازت موجود درمدفوع را تشكيل مي دهند.
بدون نظر