Kraft, Guillaume (2009) Nutritionnal regulation of hepatic metabolism of amino acids in growing ruminant: consequences on supply of nitrogenous nutrients to the muscle. PhD thesis Sciences de la vie et santé, INRA - Unité de Recherche sur les Herbivores UR 1213, AgroParistech 2009AGPT0001 p.353.

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Abstract

The management of production efficiency is an important issue in meat producing ruminants. An improvement of the feeding allowances (including the ratio between nitrogen and energy supply) could increase the efficiency of nitrogen utilisation by animals. The splanchnic bed (portal drained viscera + liver) is in competition with the muscle for nitrogen utilisation because it represents only 6 % of body protein but contributes to 35% of whole body protein synthesis.

The first aim of this thesis was to know the consequence of an imbalanced nitrogen (N) or energy (E) supply compared with a diet offering balanced supply necessary for growth (T) on the efficiency of amino acid (AA) utilisation by the splanchnic bed and the whole body of growing lambs. No (or small) alteration of nitrogen retention or growth was observed for the N fed animals compared with T, which led to an increased efficiency of nitrogen utilisation. On the

contrary, lower nitrogen retention and growth were observed in E fed lambs. The second aim of this work was to

determine which metabolic pathways were involved in the alterations of net hepatic AA removal. Labelled AA infusion

in catheterised animals allowed the measurement of net fluxes of nutrients and irreversible loss rates of the labelled AA across the splanchnic bed (and hepatic export protein synthesis). In N fed lambs, the lower hepatic removal of AA was connected with a probable decreased hepatic catabolism of AA (except for branched chain AA) associated with a maintained protein synthesis, allowing an overall sparing of AA. On the opposite, in E fed lambs, an increased

gluconeogenesis from AA and hepatic catabolism of AA (increased ureagenesis) could explain the lower nitrogen

retention observed.

The last aim of this thesis was to highlight some regulatory factors that could explain the metabolic adaptations

observed in the splanchnic area. An ex vivo study using liver slices taken from lambs fed the 3 experimental diets,

showed a higher efficiency for AA utilisation in all metabolic pathways using AA in N fed lambs. This might be related

to a higher AA transport activity. On the other hand, with E diet, no significant difference was observed for protein

synthesis, gluconeogenesis and oxidation compared with T, which means that external regulatory mechanisms (such as

nutrients, hormones (insulin, glucagon)) are probably involved in the decrased hepatic protein synthesis observed in vivo.

Thus, the nitrogen allowances should be re-evaluated for growing ruminants since our results suggest that INRA

allowances overestimate the nitrogen requirements for lambs. On the opposite, energy allowances seem to fit well with the requirements and should not be reduced in order to maintain protein retention in animals.

Table of content

1. Méthodes d’étude du métabolisme des acides aminés - 29

1.1. Méthodes de mesure de l’utilisation nette des acides aminés au niveau du corps entier,

d’un tissu ou groupe de tissus - 29

1.1.1. Bilan azoté au niveau du corps entier - 29

1.1.2. Bilan net en nutriments au niveau d’un tissu ou groupe de tissus - 30

1.1.2.1. Préparations chirurgicales - 32

1.1.2.2. Mesure des débits sanguins - 32

1.1.2.3. Mesure des concentrations plasmatiques en AA - 33

1.2. Méthodes de mesure de la synthèse/dégradation des protéines et oxydation des AA ... 34

1.2.1. Au niveau du corps entier - 34

1.2.2. Au niveau d’un tissu ou groupe de tissus - 37

1.2.2.1. Mesure indirecte de la synthèse et dégradation protéique et oxydation sur tissus

cathétérisés - 37

1.2.2.2. Mesure directe de la synthèse protéique par prélèvement tissulaire - 37

1.2.2.3. Approches non quantitatives - 40

1.3. Méthodes d’étude de la néoglucogenèse - 41

1.3.1. Quantité de glucose néosynthétisé - 43

1.3.2. Contribution des différents précurseurs à la néoglucogenèse - 44

1.3.3. Approches non quantitatives - 45

1.4. Méthodes d’étude de l’uréogenèse - 45

1.4.1. Synthèse d’urée par le foie et recyclage - 45

1.4.2. Méthodes non quantitatives - 48

2. Absorption et métabolisme des acides aminés dans les tissus de l’aire splanchnique - 49

2.1. Les tissus drainés par la veine porte - 49

2.1.1. Digestion ruminale - 49

2.1.1.1. Physiologie des estomacs du ruminant - 49

2.1.1.2. Digestion des composés glucidiques - 49

2.1.1.3. Digestion des composés azotés - 51

2.1.1.4. Absorption ammoniacale et recyclage de l’urée - 53

2.1.2. L’absorption intestinale : la disparition luminale - 58

2.1.2.1. Particularités physiologiques de l’intestin - 58

2.1.2.2. L’absorption intestinale : la disparition luminale des protéines et des AA - 58

2.1.3. Résultante : apparition des nutriments azotés en veine porte - 63

2.1.3.1. Ratio entre AA totaux et ammoniaque - 63

2.1.3.2. Profil en AA apparaissant en veine porte - 64

2.1.3.3. Apparition nette portale en peptides - 65

2.1.3.4. Devenir de l’urée recyclée - 65

2.1.4. Voies d’utilisation des nutriments azotés par le tube digestif - 66

2.1.4.1. Oxydation complète ou partielle des AA - 66

2.1.4.2. Synthèse des protéines dans les TDVP - 69

2.2. Le foie - 72

2.2.1. Anatomie et physiologie hépatique - 72

2.2.2. Utilisation/émission nette hépatique des nutriments azotés - 75

2.2.2.1. Aspects quantitatifs - 75

2.2.2.2. Données qualitatives - 76

2.2.3. Synthèse protéique hépatique - 77

2.2.3.1. Synthèse des protéines totales - 77

2.2.3.2. Les protéines particulières - 78

2.2.4. Néoglucogenèse hépatique chez le Ruminant - 79

2.2.4.1. Néoglucogenèse : spécificités du Ruminant - 79

2.2.4.2. Utilisation des AA dans la néoglucogenèse - 79

2.2.5. Catabolisme des AA et uréogenèse à partir des AA et de l’ammoniaque - 80

2.2.5.1. Utilisation des AA et de l’ammoniaque pour l’uréogenèse - 81

2.2.5.2. Oxydation des AA : devenir de la chaîne carbonée et spécificité entre AA - 83

3. Régulation nutritionnelle de l’utilisation des acides aminés par l’aire splanchnique - 85

3.1. Emission nette splanchnique d’ AA, urée et ammoniaque - 85

3.1.1. Niveau d’alimentation - 85

3.1.2. Niveau d’apport protéique dans la ration - 88

3.1.3. Impact de la nature du régime et dégradabilité de l’azote de la ration - 90

3.1.3.1. Fourrage vs concentré - 90

3.1.3.2. Impact de la dégradabilité de l’azote - 91

3.1.4. Impact d’une supplémentation énergétique - 92

3.2. Synthèse protéique par les tissus splanchniques - 93

3.2.1. Tissus drainés par la veine porte - 93

3.2.2. Foie - 95

3.3. Oxydation des AA dans les tissus splanchniques - 97

3.3.1. Tissus drainés par la veine porte - 97

3.3.2. Foie - 98

3.4. Néoglucogenèse hépatique - 99

4. Régulation de l’utilisation des acides aminés dans l’aire splanchnique par la demande en

nutriments des tissus périphériques (mamelle et muscle) - 101

4.1. Emission nette et catabolisme splanchnique des AA - 101

4.2. Synthèse protéique splanchnique - 103

4.3. Néoglucogenèse - 104

5. Mecanismes de régulation de l’impact des facteurs nutritionnels sur le métabolisme

splanchnique des acides aminés - 106

5.1. Régulations hormonales - 106

5.1.1. Synthèse et prélèvement d’hormones par les tissus splanchniques, impact sur les

bilans nets en AA - 106

5.1.2. Impact sur le métabolisme protéique splanchnique - 108

5.1.3. Impact sur la néoglucogenèse - 110

5.2. Les nutriments « signaux » - 111

5.2.1. Notion de nutriment signal - 111

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