Ein Leitfaden zu den Grundsätzen der Tierernährung

Die Verdauung ist der Prozess, bei dem das aufgenommene Futter physikalisch und chemisch in einfache Produkte zerlegt wird, die aus dem Verdauungstrakt aufgenommen werden. Im Falle von Proteinen beinhaltet er die Denaturierung der Proteine, um die Peptidbindungen freizulegen, gefolgt von der Hydrolyse und der Freisetzung freier Aminosäuren.

Proteinverdauende Enzyme

Proteinverdauende Enzyme sind entweder Endopeptidase oder Exopeptidase. Endopeptidasen spalten Peptidbindungen innerhalb der Primärstruktur in kleinere Fragmente. Exopeptidasen spalten Aminosäuren vom terminalen Ende des Proteinmoleküls ab. Carboxypeptidasen entfernen eine Aminosäure vom Ende mit einer freien Carboxylgruppe, und Aminopeptidasen wirken auf die terminale Aminosäure mit einer freien Aminogruppe.

Proteinverdauung

Die Eiweißverdauung beginnt im Magen.
Gastrin, ein Hormon, leitet den Abbau von Proteinen im Magen ein. Das Vorhandensein von Nahrung im Magen führt zur Sekretion von Pepsinogen durch die Hauptzellen der Magenschleimhaut. Pepsinogen wird durch HCl, das von den Parietalzellen der Magenschleimhaut produziert wird, aktiviert und bildet Pepsin (aktive Form). Pepsin ist eine Endopeptidase. Bei Jungtieren wird das milchkoagulierende Labin zur Gerinnungsbildung in den Magen abgesondert, was den Transport in den Dünndarm unterstützt.

Der nächste Teil der Verdauung findet im Dünndarm statt, der eine wichtige Rolle bei der Proteinverdauung spielt. Das Hormon Sekretin stimuliert im Zwölffingerdarm die Sekretion von Enzymen aus der Bauchspeicheldrüse, die drei inaktive Formen umfassen: Trypsinogen, Chymotrypsinogen und Procarboxypeptidase. Die Enterokinase, die ebenfalls im Zwölffingerdarm ausgeschieden wird, wandelt Trypsinogen in Trypsin um, das wiederum Chymotrypsinogen und Procarboxypeptidase in ihre aktiven Formen – Chymotrypsin und Carboxypeptidase – umwandelt.

Die Verdauung wird durch andere Enzyme wie Aminopeptidasen und Dipeptidasen aus den Schleimhäuten abgeschlossen. Das Ziel dieses Prozesses ist es, Polypeptide in einzelne freie Aminosäuren zu zerlegen.

Gleich wie bei Kohlenhydraten und Fetten wird die Absorption durch die Zotten im Dünndarm in den Blutkreislauf erleichtert. Normale freie Proteine werden durch aktiven Transport transportiert, der Energie benötigt und Natrium als eine Art kotransportiertes Molekül verwendet. Ganze Proteine werden auf direktem Wege transportiert, was keine Energie erfordert. Freie Aminosäuren sind die Hauptform für die Aufnahme in den Blutkreislauf. Allerdings werden auch einige Di-, Tri- und Oligopeptide absorbiert. Je nach Art der Aminosäure (z. B. neutral, basisch, sauer, groß, klein) sind spezifische Trägerproteine am Aminosäuretransport beteiligt. Die natürlich vorkommenden L-Formen der Aminosäuren werden bevorzugt gegenüber den D-Formen absorbiert. Einige Aminosäuren können mit anderen um Trägerproteine und den Transport konkurrieren. So hemmt beispielsweise Arginin den Lysintransport, und hohe Leucinkonzentrationen erhöhen den Bedarf an Isoleucin. Einige neutrale Aminosäuren hemmen den Transport von basischen Aminosäuren.

Der Verbleib von Aminosäuren: Aufgenommene Aminosäuren können für die Synthese von Gewebeproteinen, Enzymen und Hormonen sowie für die Desaminierung oder Transaminierung verwendet werden, und das Kohlenstoffgerüst kann zur Energiegewinnung genutzt werden. Unverdaute Proteine im Hinterdarm werden einer mikrobiellen Fermentation unterzogen, die zur Bildung von Ammoniak und anderen Polyaminen führt.

Proteinverdauung: Wiederkäuer

Die Eiweißverdauung bei Wiederkäuern kann in zwei Phasen unterteilt werden: (1) Verdauung (Abbau) im Retikulorumen und (2) Verdauung im Labmagen und Dünndarm. Daher werden Nahrungsproteine bei Wiederkäuern in im Pansen abbaubare und im Pansen nicht abbaubare Proteine eingeteilt.

Wie bei Monogastriern besteht das Hauptziel der Proteinergänzung darin, dem Tier Aminosäuren zuzuführen. Bei Wiederkäuern dienen Proteine jedoch als Stickstoffquelle für Pansenmikroben, damit diese ihr eigenes mikrobielles Protein von Grund auf herstellen können. Den Mikroben ist es gleichgültig, woher die Stickstoffquellen stammen, und sie können für die mikrobielle Proteinsynthese auch nichtproteinhaltige Stickstoffsubstanzen wie Harnstoff verwenden. Harnstoff ist im Pansen durch mikrobielle Urease zu 100 % abbaubar (kann in höheren Konzentrationen toxisch sein).

Protein, das in den Pansen gelangt, kann sowohl von Bakterien als auch von Protozoen abgebaut werden, die proteolytische Enzyme produzieren. Die Pansenmikroben liefern Proteasen und Peptidasen, um Peptidbindungen in Polypeptiden zu spalten und die freien Aminosäuren aus den Proteinen freizusetzen. Verschiedene Faktoren wie die Löslichkeit und die physikalische Struktur der Proteine können den Pansenabbau beeinflussen. Diese im Pansen abgebauten Aminosäuren setzen durch einen als Desaminierung bezeichneten Prozess NH3 und das C-Skelett frei. Zusammen mit flüchtigen Fettsäuren (aus Kohlenhydraten) synthetisieren die Pansenmikroben ihr eigenes mikrobielles Eiweiß, das den Wirtswiederkäuern als primäre Eiweißquelle dient.

Das mikrobielle Eiweiß reicht für den Unterhalt und das Überleben aus, nicht aber für hochleistende Tiere. Aus dem Pansen aufgenommenes Ammoniak wird in Harnstoff umgewandelt und als Blut-Harnstoff-Stickstoff (BUN) ins Blut ausgeschieden. Harnstoff kann gefiltert und über den Speichel oder durch die Pansenwand in den Pansen zurückgeführt werden. Die Konzentration von BUN bei Wiederkäuern spiegelt die Effizienz der Proteinverwertung wider.

Eiweiße, die von den Pansenmikroben nicht abgebaut werden, werden als „entgangene“, „umgangene“ oder „nicht abbaubare“ Eiweiße (rumen undegradable protein, RUP) bezeichnet und haben eine niedrige Pansenabbaurate (z. B. Eiweiße in Mais).
RUP gelangt zur Verdauung und Absorption in den Labmagen und Dünndarm des Wiederkäuers. Bei den Proteinen, die den Dünndarm erreichen, kann es sich um RUP oder um Proteine aus mikrobiellen Quellen handeln. Der Aminosäurebedarf des Wirtstieres wird durch RNP und mikrobielle Proteine gedeckt. Sowohl Wiederkäuer als auch Monogastrier benötigen die essenziellen Aminosäuren in ihrer Nahrung, und Aminosäuren können im Körper nicht gespeichert werden, so dass eine ständige Zufuhr mit der Nahrung erforderlich ist. Einige der Ähnlichkeiten und Unterschiede zwischen Monogastriern und Wiederkäuern bei der Proteinverdauung bzw. dem Proteinabbau sind in der nachstehenden Tabelle aufgeführt.

Forschung zum „Bypass“-Potenzial von Eiweißzusätzen: Unter den Getreidearten hat Mais das höchste Bypass-Potenzial. Es ist jedoch zu beachten, dass Mais einen Mangel an essentiellen Aminosäuren wie Lysin und Methionin aufweist. Tierische Eiweißquellen wie Fischmehl und Fleischmehl haben ein hohes Bypass-Potenzial. Die Trocknung von Futtermitteln und die Wärmebehandlung erhöhen das Bypass-Potenzial. Futtermittelverarbeitungsmethoden wie Pelletieren, Dampfwalzen oder Flockieren neigen dazu, das Futterprotein durch die Erzeugung von Wärme zu denaturieren, wodurch das Protein vor der Lyse im Pansen „geschützt“ wird. Pansengeschützte Proteinquellen (durch Formaldehydbehandlung), die im Pansen intakt bleiben und sich im Labmagen auflösen, sind im Handel erhältlich.