I ruminanti sono mammiferi appartenenti all’ordine degli Artiodactyla a cui appartengono giraffe, cervi, bovini, antilopi, pecore e capre. Alcuni di essi e, nello specifico i bovini, presentano lo stomaco suddiviso in quattro cavità:
1) Rumine che riceve il cibo ingurgitato
2) Reticolo che riceve a poco a poco il cibo proveniente dal rumine e lo suddivide in piccoli boli che vengono rigurgitati in bocca dove avviene la loro masticazione e insalivazione
3) Omaso dove giunge il cibo proveniente dalla bocca
4) Abomaso che riceve il cibo proveniente dall’omaso
Nei ruminanti la digestione inizia nell’abomaso e prosegue nell’intestino essendo preceduta dalla fermentazione microbica che avviene nei prestomaci ovvero rumine, reticolo e omaso.
I ruminanti si cibano prevalentemente di foraggi contenenti cellulosa la quale può essere metabolizzata grazie all’enzima cellulasi.
Funzioni dei batteri
I ruminanti, tuttavia, non sono in grado di produrre questo enzima. Pertanto ospitano nello stomaco o nell’intestino batteri in grado di digerire la cellulosa e che sono in grado di provvedere:
– Alla sintesi di proteine di alta qualità sotto forma di corpi microbici. Nei ruminanti batteri e protozoi fluiscono con continuità nell’abomaso e nell’intestino tenue dove sono digeriti e assorbiti. Tutti i vertebrati hanno bisogno di alcuni amminoacidi che non sono in grado di sintetizzare ovvero gli amminoacidi essenziali che possono essere ottenuti dalla fermentazione microbica
– Alla sintesi di proteine da fonti non proteiche contenenti azoto. I microbi possono, ad esempio, utilizzare l’urea per sintetizzare proteine. I ruminanti possono secernere urea che si forma durante il metabolismo delle proteine che fluisce nel rumine e costituisce una fonte di azoto per i microbi
– Alla sintesi di vitamina B. I mammiferi possono sintetizzare solo due tipi di vitamina B mentre hanno bisogno di fonti alimentari per ottenere gli altri tipi. I microbi sono in grado di sintetizzare tutti i tipi di vitamina B al punto che si riscontrano pochi casi di carenza di tali vitamine nei ruminanti
Metabolismo dei ruminanti
Tutti i carboidrati e le proteine assunti con i cibi, con poche eccezioni, possono servire da substrati per la fermentazione dei microbi; gli erbivori hanno la capacità di ottenere energia dalla cellulosa e dagli altri componenti delle pareti cellulari delle piante.
Le fibre di cellulosa rappresentano il 40-50% del peso secco totale di steli, foglie e radici. Queste fibre sono incorporate in una matrice di emicellulosa e polimeri fenolici (lignina-carboidrati complessi) che sono covalentemente reticolati.
La cellulosa è un polimero lineare di molecole di glucosio legate tra loro da legami 1,4-β glicosidici che per il sistema digestivo dei vertebrati costituisce un problema: nessun enzima, infatti si è evoluto nei vertebrati in grado di idrolizzare i legami 1,4-β glicosidici.
Tuttavia i microbi sono in grado di produrre le cellulasi, enzimi appartenenti alla famiglia delle idrolasi che catalizzano l’idrolisi di tali legami: batteri e protozoi presenti nell’apparato digerente dei ruminanti sono infatti in grado di produrre tutti gli enzimi in grado di digerire cellulosa e emicellulosa.
Il glucosio ottenuto in questo processo è assunto e metabolizzato dai microbi e i prodotti di scarto del metabolismo microbico sono trasferiti all’animale ospite. Gli zuccheri derivanti dalla digestione di carboidrati solubili come l’amido sono trattati in modo analogo.
Fermentazione
La fermentazione avviene in condizioni anaerobiche e pertanto gli zuccheri sono trasformati prevalentemente in acidi grassi volatili (VFA) e altri prodotti tra cui:
Gli acidi grassi volatili che si formano in prevalenza sono acido acetico, acido propanoico e acido butirrico che consentono all’erbivoro di avere l’energia necessaria.
Il metano e il diossido di carbonio, invece, hanno lo scopo di mantenere in anaerobiosi il rumine, ciò è essenziale per il corretto metabolismo della flora microbica.
Anche le proteine costituiscono substrati importanti per la fermentazione: la maggior parte delle proteine sono digerite da proteasi microbiche e peptidasi.
I peptidi risultanti e amminoacidi sono assorbiti dai microbi e utilizzati in diversi modi, tra cui la sintesi proteica. Tuttavia, una grande quantità di amminoacidi ingeriti dai microbi fermentativi sono deamminati e utilizzati per il metabolismo dei carboidrati. Il risultato netto è che gran parte delle proteine è metabolizzata e trasformata in acidi grassi volatili. Essi che costituiscono il prodotto principale della fermentazione in quanto sono assorbiti e servono come principale “combustibile” ad uso degli animali per la produzione di energia.