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Artigo 142 Volume 08 — Número 05. p.1558-1578, Setembro/Outubro 2011
ESTRUTURA DE FACILITADORES DE URÉIA NO RUMÉN
Revista Eletrônica Nutritime, Artigo 142
v. 8, n° 05 p.1558- 1578 – Setembro/Outubro 2011
Artigo Número 142
1
Pós-doutoranda – Departamento de Zootecnia-UFV – bolsista da CAPES/INCT Ciência Animal
Professor do Departamento de Zootecnia – UFV- Membro do INCT de Ciência Animal
3
Professor do Departamento de Zootecnia – UFV – Coordenador do INCT de Ciência Animal
*
Autor para correspondência: [email protected], (31) 9118-1721
2
1530
Artigo 142 Volume 08 — Número 05. p.1558-1578, Setembro/Outubro 2011
Stefanie Alvarenga Santos1*, Edenio Detmann2, Sebastião de Campos
Valadares Filho3
ESTRUTURA DE FACILITADORES DE URÉIA NO RUMÉN
ESTRUTURA E CONTROLE DA EXPRESSÃO
DE FACILITADORES DE UREIA NO RÚMEN
ABSTRACT
Urea
transporters
are
protein
structures with the function of carry
urea molecules between lipid bilayers
bilaterally, between bloodstream and
a variety of viscera as kidney and
intestine.
The
study
of
these
structures is recent in the literature
and represents a new theme of study
by researchers of ruminant nutrition,
INTRODUÇÃO
Desde
alguns
anos,
o
transporte de ureia vem sendo objeto
de pesquisa em muitas publicações
internacionais, com o objetivo de
desvendar qual seria o real papel
desta molécula nos mecanismos de
conservação da água no corpo de
humanos, a partir do processo de
concentração
urinária.
Muito
foi
discutido a respeito de que forma
ocorreria este transporte entre os
diferentes
tecidos
dos
órgãos
corporais.
Por
muito
tempo
o
transporte de ureia foi descrito como
decorrente de difusão simples entre
bicamadas lipídicas com alta taxa de
fluxo de passagem bilateralmente.
Entretanto, hoje em dia, já se sabe
que o transporte de ureia ocorre a
partir de carreadores proteicos de
membrana, no entanto, sem que haja
necessidade de utilização de ATP
neste processo.
Os transportadores de ureia
foram localizados em muito tecidos
corporais
como
rins,
cérebro,
pulmões, fígado, testículos, baço,
epidídimo,
intestino
e
músculos
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Artigo 142 Volume 08 — Número 05. p.1558-1578, Setembro/Outubro 2011
Os facilitadores ou transportadores de
ureia são estruturas proteicas com a
função de carrear moléculas de ureia
bilateralmente entre as bicamadas
lipídicas, entre a corrente sanguínea e
uma variedade de víceras como rins e
intestino. O estudo destas estruturas
é bastante recente na literatura e vem
sendo
objeto
de
estudo
de
pesquisadores
da
nutrição
de
ruminantes, para melhor entender
como se dá o mecanismo de
passagem da uréia para o trato
gastrointestinal. Acredita-se que os
transportadores de ureia podem ser
estruturas
importantes
nos
mecanismos
que
envolvem
a
reciclagem de ureia pelo rúmen e
alguns
outros
processos
chave,
envolvidos
no
metabolismo
do
nitrogênio. Acredita-se ainda, que os
transportadores
de
ureia
estão
envolvidos em processos que atuam
conjuntamente para preservação ou
eliminação do nitrogênio circulante,
como a ureagênese no fígado e o
processo denominado “salvamento do
nitrogênio ureico”. Assim, o objetivo
deste
trabalho
foi
recolher
na
literatura os principais trabalhos que
investigaram a estrutura e função dos
transportadores de ureia ruminais,
bem como investigar quais os fatores
que
estão
envolvidos
na
sua
expressão e eficiência de atividade,
trazendo
estes
conceitos
para
interação com outros a respeito do
metabolismo
do
nitrogênio
na
fisiologia dos animais ruminantes.
Palavras-Chave: nitrogênio ureico,
reciclagem
de
nitrogênio,
transportadores de membrana.
in order to better understand the
mechanism of passage of urea into
the gastrointestinal tract. The urea
transporters are possibly important
structures involved in the mechanisms
of urea recycling by the rumen and
involved in other key-process of the
nitrogen metabolism. It is believed
that urea transporters act together in
processes for preserve or remove the
nitrogen stock, such as ureagenesis in
the liver and in the process called
“salvage of the urea nitrogen”. Thus,
we collected the main papers in the
international
literature
that
investigated the structure and the
function of rumen urea transporters,
as well as the factor involved in its
expression and activity efficiency. We
aimed to bring these concepts to
interact with other in relation to the
nitrogen metabolism in the ruminant
physiology.
Keywords: membrane transporters,
nitrogen recycling, urea nitrogen
ESTRUTURA DE FACILITADORES DE URÉIA NO RUMÉN
RESUMO
Desde a década de 60 existe o
interesse
em
elucidar
o
funcionamento do fluxo de ureia
através dos tecidos corporais. Vários
trabalhos tiveram como principal
objetivo avaliar o transporte de ureia
através dos túbulos renais e seu papel
no processo de concentração urinária
(Grantham & Burg, 1966; Jaenike,
1961; Lassiter et al., 1966; Morgan &
Berliner, 1968; Morgan et al., 1968;
Ullrich et al., 1967). Entretanto, foi na
década de 70 que surgiram as
primeiras
hipóteses
sobre
o
mecanismo de transporte de ureia
existente na medula renal. Estes
autores acreditavam que existiam
muitos mecanismos possíveis, pelos
quais a ureia passa livremente
através das membranas, via difusão
pelas bicamadas lipídicas das células
(Gallucci et al., 1971; Kokko & Rector
Jr, 1972; Stephenson, 1972). Estes
mecanismos foram propostos para
ambasar o fenômeno da concentração
urinária,
em
que
grandes
quantidades de ureia chegariam à
medula
renal,
mediadas
pelo
hormônio antidiurético (ADH) ou
vasopressina, com o objetivo de
conservar o teor de água corporal
(Kondo & Imai, 1987; Rocha & Kudo,
1982; Sands et al., 1987).
Entretanto, na década de 80,
alguns estudos trouxeram a convicção
de que os ductos coletores da medula
interna apresentam, particularmente,
alta permeabilidade à ureia, e que de
fato, a uma taxa muito alta para que
seja decorrente da livre difusão pela
bicamada lipídica (Stewart & Smith,
2005). Visto que, apesar do tamanho
relativamente pequeno (60 Da), a
ureia é uma molécula altamente polar
e
apresenta
baixa
taxa
de
permeabilidade através da bicamada
lipídica (4 x 10-6 cm/s), muitos
pesquisadores chegaram a conclusão
de que o tempo de trânsito do fluido
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Artigo 142 Volume 08 — Número 05. p.1558-1578, Setembro/Outubro 2011
O SURGIMENTO DOS
CONCEITOS SOBRE
TRANSPORTE DE
UREIA
ESTRUTURA DE FACILITADORES DE URÉIA NO RUMÉN
esqueléticos,
porém,
foram
os
transportadores oriundos dos genes
UT-A, detectados nos rins, que
trouxeram
maior
impacto
no
entendimento real do funcionamento
destas estruturas moleculares. Em
animais
ruminantes
foram
identificadas duas isoformas dos
transportadores,
originários
da
expressão do gene UT-B, que foram
isolados em todo trato gastrointestinal
destes animais, principalmente no
rúmen.
Sabe-se
que
os
transportadores UT-B apresentam um
mecanismo de ação diferentes dos
UT-A renais, pois não são responsivos
aos mecanismos de sinalização celular
mediados pelo AMPc e proteína
kinase. Foi relatado que estas
estruturas apresentam elevação na
sua eficiência em curto prazo, em
resposta a interação do epitélio
ruminal com alguns produtos do
metabolismo microbiano. Especula-se
ainda que a longo prazo, os
transportadores de ureia podem
aumentar sua expressão, tornando-se
mais ativos, inclusive em camadas
dérmicas ruminais onde estes não
haviam
sido
encontrados
anteriormente,
como
no
estrato
córneo.
Porém, os mecanismos de ação
destas estruturas no rúmen, fígado,
rins e glândulas salivares ainda não
foram muito bem estabelecidos,
sendo que ainda existem algumas
discordâncias entre a comunidade
científica sobre como descrever o
processo de transporte de ureia e os
fatores que controlam sua eficiência e
expressão gênica. Em virtude disso, o
objetivo deste trabalho foi recolher na
literatura os principais trabalhos que
investigaram a estrutura e função dos
transportadores de ureia ruminais,
bem como, investigar quais os fatores
que
estão
envolvidos
na
sua
expressão e eficiência de atividade,
trazendo
estes
conceitos
para
interação com outros a respeito do
metabolismo
do
nitrogênio,
na
fisiologia dos animais ruminantes.
A
identificação
de
alguns
compostos inibidores do transporte
facilitado de ureia, como a floretina,
favoreceu o estudo de evidências
adicionais sobre a funcionalidade
destas estruturas (Sands, 1999).
Posteriormente, outra geração de
reagentes,
incluindo
nucleotídeos
específicos, alguns soros e outras
técnicas imunológicas, conduziu a
significantes
avanços
para
o
entendimento
dos
aspectos
moleculares destas estruturas. Os
transportadores
de
ureia
são
derivados de dois genes específicos
UT-A (Slcl4a2) e UT-B (Slcl4a1)
(Stewart et al., 2005). Os genes UT-A
dão origem a seis diferentes isoformes
UT-A1, UT-A2, UT-A3, UT-A4, UT-A5 e
UT-A6, encontrados nos mais variados
tecidos de diferentes órgãos como
rins,
cérebro,
pulmões,
fígado,
testículos, baço, epidídimo, intestino e
músculos
esqueléticos
(Smith
&
Rousselet, 2001). Porém, nos rins,
especialmente os transportadores UTA1,
UT-A2,
UT-A3
e
UT-A4
apresentam funções específicas muito
bem estudas na condução dos
mecanismos urinários. Entretanto não
é um objetivo específico deste
trabalho a descrição completa destes
mecanismos. A fisiologia molecular e
o papel dos transportadores de ureia
na filtração dos fluidos corporais, bem
como seus processos bioquímicos
estão descritos em detalhes no
trabalho de Smith & Rousselet (2001).
De fato, as consequências deste
processo
tornam-se
objetivo
de
interesse desta discussão, uma vez
que através do mecanismo de
concentração da urina é possível
atingir a homeostase no metabolismo
proteico, balanço de nitrogênio e
conservação da água corporal.
Evolutivamente, a molécula de
ureia surgiu como alternativa à
produção
de
moléculas
tóxicas
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Artigo 142 Volume 08 — Número 05. p.1558-1578, Setembro/Outubro 2011
O PAPEL DOS
TRANSPORTADORES
DE UREIA EM
ALGUNS
MECANISMOS
ADAPTATIVOS
ESTRUTURA DE FACILITADORES DE URÉIA NO RUMÉN
tubular através dos ductos coletores
era muito pequeno para que a ureia
atingisse o equilíbrio por simples
difusão ou mesmo por transporte
paracelular e junções intercelulares
(Sands,
1999).
Alguns
autores
(Knepper, 1983; Sands et al., 1987)
relataram aumentos de até 400% na
permeabilidade à ureia nos ductos
coletores da medula interna de ratos,
após estimulação com vasopressina.
Estes fatos conjuntamente sugeriram
que a ureia poderia atravessar as
membranas biológicas através de um
mecanismo
mediado
por
um
carreador, pois mesmo na ausência de
estímulos do hormônio antidiurético
os ductos coletores apresentavam
permeabilidade 85 vezes maior que
aquela que poderia ser alcançada
através da difusão simples.
Sendo assim, na década de 90,
You
et
al.
(1993)
identificou
transportadores
de
ureia
especializados, através do isolamento
do cDNA do transportador UT-A2 na
medula interna dos rins de coelhos,
especificamente
com
elevada
expressão na região do cólon, sendo
possível explicar o comportamento do
gradiente de concentração de ureia na
medula interna, um ponto crítico no
processo de concentração da urina.
Foi a partir daí que muitos autores
nesta década (Karakashian et al.,
1999; Martial et al., 1996; Olivès et
al., 1996; Promeneur et al., 1996;
Shayakul et al., 1997; Smith et al.,
1995) se concentraram em localizar
os transportadores de ureia, bem
como caracterizar o seu papel na
fisiologia renal. Transportadores UTA2 em humanos e ratos foram
clonados com 90% de homologia aos
encontrados nos primeiros trabalhos
em coelhos (Promeneur et al., 1996;
Smith et al., 1995), dando início
então, ao intenso processo de estudo
para identificar os mecanismos de
ação específicos dos transportadores e
de que forma eles eram expressos.
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Artigo 142 Volume 08 — Número 05. p.1558-1578, Setembro/Outubro 2011
da ureia-ornitina, passa para a
corrente sanguínea e é livremente
filtrada pelos rins. Do total que é
filtrado, uma parte é excretada pela
urina e outra é reabsorvida pela
corrente sanguínea. A ureia circulante
pode entrar no TGI através de
transportadores
especializados,
e
pode ser clivada pela enzima urease
secretada por microrganismos, até
amônia e dióxido de carbono. A
amônia
pode
ser
novamente
absorvida diretamente pela corrente
sanguínea, ou mesmo utilizada pelos
próprios microrganismos na produção
de aminoácidos e peptídeos, que por
sua
vez,
também
podem
ser
reabsorvidos.
Este
retorno
do
nitrogênio ureico é o processo
denominado de SNU.
Para investigar a fundo este
processo, Stewart et al. (2004b)
relatou que alguns experimentos
utilizaram a administração oral de
ureia com nitrogênio marcado (N15)
para ratos. Foi observado que o
retorno de nitrogênio a partir do
intestino foi maior para animais
submetidos às dietas com baixo
conteúdo de N. E a partir destes
estudos acreditou-se que o processo
de SNU seria importante em situações
de alta demanda proteica como, por
exemplo,
para
crianças
em
crescimento. Com isso Stewart et al.
(2004a) teve como objetivo identificar
quais seriam os transportadores
envolvidos na passagem da ureia da
corrente sanguínea para a região do
cólon. Os resultados indicaram a
presença de transportadores do grupo
UT-A nas membranas das células do
cólon, e que estes seriam os
mediadores da passagem da ureia
para esta parte do intestino grosso.
Porém, os autores observaram que
este movimento era mediado pela
atividade urease dos microrganismos,
sugerindo
a
existência
de
um
gradiente direcionado à entrada de
ureia no lúmen do cólon.
Devido a estes fatos, surgiu o
interesse em identificar quais seriam
os transportadores que atuam na
passagem da ureia circulante para
dentro do TGI de animais ruminantes,
ESTRUTURA DE FACILITADORES DE URÉIA NO RUMÉN
oriundas de fontes de nitrogênio
dietético. O produto final imediato do
catabolismo das proteínas é a amônia,
que é uma molécula tóxica às células,
caso haja o seu acúmulo. Os peixes,
incluídos na menor escala evolutiva
dentre os vertebrados, excretam a
amônia corporal através da pele e a
detoxificam pela simples diluição na
água circulante, sem que haja gasto
energético
significativo
nesta
situação. Já para os organismos
terrestres, outros processos estão
envolvidos
na
detoxificação
da
amônia.
Em
mamíferos,
os
aminoácidos são clivados e então
direcionados ao ciclo da ureia-ornitina
no fígado, resultando na formação da
ureia (Stewart & Smith, 2005).
Um outro papel da ureia, que
há muitos anos é objeto de estudo na
nutrição de ruminantes, reacendeu o
interesse da comunidade científica
internacional.
Vertebrados
não
expressam
a
enzima
urease
significativamente, sendo esta enzima
responsável pela quebra da molécula
de ureia até amônia e dióxido de
carbono. Por outro lado, as bactérias
que habitam o trato gastrointestinal
(TGI) expressam ativamente esta
enzima e são utilizadoras de ureia
como fonte de N. A ureia no sangue
do hospedeiro passa para o inteiro do
TGI onde é clivada. O N liberado neste
processo
se
torna
novamente
disponível ao hospedeiro e pode
novamente entrar na circulação para
ser utilizado como substrato em
processos de síntese (Stewart &
Smith, 2005). Este processo foi
denominado pelos autores Fuller &
Reeds (1998) como “salvamento do
nitrogênio
ureico”
(SNU).
Este
fenômeno durante muito tempo foi
erroneamente
denominado
de
“reciclagem de ureia”, entretanto,
apesar deste nitrogênio que retorna
ao hospedeiro ser de origem ureica,
não se trata do retorno de ureia
propriamente dita como no caso da
reciclagem.
SNU
se
trata
do
nitrogênio ureico que retorna ao
hospedeiro na forma de amônia.
Como processo geral, a ureia
que é sintetizada no fígado via ciclo
Atualmente, acredita-se que os
transportadores de ureia no TGI são
mediadores do fluxo de ureia para o
lúmen intestinal como parte do
processo de reciclagem da ureia, que
por sua vez é oriunda de nitrogênio
amoniacal convertido pelo fígado à
ureia. Este nitrogênio amoniacal pode
estar
intimamente
associado
ao
mecanismo de SNU. Esta premissa se
torna ainda mais relevante no caso
dos animais ruminantes que são
animais que sobrevivem com dietas
de alto conteúdo de celulose e baixo
conteúdo de proteína (Stewart et al.,
2005). Ou seja, o aproveitamento
1562
Artigo 142 Volume 08 — Número 05. p.1558-1578, Setembro/Outubro 2011
IMPORTÂNCIA DOS
TRANSPORTADORES
DE UREIA RUMINAIS
NO BALANÇO DE
NITROGÊNIO E
DESCRIÇÃO DA SUA
ESTRUTURA
BIOLÓGICA
máximo do nitrogênio da dieta se
torna um ponto vital para manter o
balanço de nitrogênio em ruminantes.
Por outro lado, a utilização de rações
sem balanceamento adequado, traz
consigo a suplementação excessiva
com nitrogênio e consequentemente
prejuízos ambientais, uma vez que o
excesso de nitrogênio pode ser
excretado nas fezes ou na urina na
forma de ureia. Segundo Muscher et
al. (2010), a utilização efetiva de
ureia no rúmen como fonte de N para
síntese proteica microbiana atua na
redução das emissões potenciais de
derivados nitrogenados no ambiente.
Estes
autores
trabalharam
com
reduções progressivas nos níveis de
proteína bruta na dieta de caprinos.
Eles concluíram que estes animais
podem adaptar seu metabolismo a
uma reduzida quantidade de N
dietético através da otimização da
capacidade de transporte de ureia
ruminal. Essa redução foi possível
sem prejuízos à saúde e desempenho
animal. Além disso, as emissões de N
podem ser drasticamente diminuídas
graças a um aumento nas taxas de
transferência de ureia para o rúmen e
maior eficiência no uso do nitrogênio
ureico para síntese de proteica
microbiana. Essa maior eficiência foi
acompanhada de uma redução na
excreção de nitrogênio ureico nas
fezes e urina. Todos estes fatos são
decorrentes
de
complexos
mecanismos fisiológicos adaptativos
dos ruminantes.
Acredita-se que em animais
ruminantes,
existe
um
esforço
metabólico
conjunto
de
alguns
órgãos, no sentido de preservar o
nitrogênio corporal, como o TGI,
fígado e sistema renal. Muito se
conhece a respeito dos efeitos das
dietas com baixo conteúdo de
nitrogênio sobre o metabolismo renal.
Em extensa revisão sobre regulação
de transportadores de ureia nos rins,
Sands (1999) afirma que dietas
pobres em N provocam profundas
modificações nas funções medulares
como: redução na taxa fracional de
excreção de ureia, redução na
habilidade máxima de concentraçào
ESTRUTURA DE FACILITADORES DE URÉIA NO RUMÉN
uma
vez
que
estes
animais
apresentam um mecanismo mais
complexo de conservação do N da
dieta
e
apresentam
uma
flora
microbiana bem desenvolvida e ativa
dentro do rúmen-retículo. Sabe-se
que a reciclagem de ureia também
atua reduzindo a quantidade de ureia
que é excretada via rins, e que essa
habilidade, possivelmente auxilia os
animais ruminantes habitantes de
regiões áridas na conservação da
água corporal. Como exemplo pode-se
citar os camelos, que são animais
pertencentes a mesma sub-ordem à
qual pertence os ruminantes. Cerca
de 94 a 97% do total de ureia
sintetizada pelo fígado destes animais
retorna ao TGI (Mousa et al., 1983),
tornando ainda mais intrigantes os
mecanismos
que
evolutivamente
transformaram os animais ruminantes
em animais muito adaptados à
adversidades, como a falta de
alimentos e água.
1563
Artigo 142 Volume 08 — Número 05. p.1558-1578, Setembro/Outubro 2011
situação de restrição proteica ou de
nitrogênio, as mudanças regulatórias
na função renal e gastrointestinal
ajudam a manter o SNU em níveis
considerados normais, apesar de
redução na síntese de ureia. Isto
sugere que as modulações; renal e
gastrointestinal atuam conjuntamente
no metabolismo proteico, como partes
integrantes,
em
resposta
à
conservação de nitrogênio.
A partir destes resultados
concretos sobre a recuperação da
ureia nos rins como resposta ao SNU,
surge a necessidade do entendimento
de
qual
seria
o
papel
dos
transportadores na reciclagem de
ureia para o TGI dos ruminantes,
especialmente para o rúmen. Sendo
ainda de fundamental importância
caracterizar quais seriam os fatores
que atuam no controle da expressão
destes transportadores. Sabe-se que
a reciclagem de N no metabolismo de
ruminantes representa um ponto
chave, pois é estimado que 40 a 80%
do N ureico que é sintetizado no
fígado pode entrar no TGI
(Harmeyer & Martens, 1980). De
acordo com Lapierre & Lobley (2001)
a ureia sintetizada no fígado pode
contribuir substancialmente para o
fluxo de N digestível para o intestino.
Essa ureia que entra no TGI,
principalmente através do rúmen,
pode ser carreada também através da
saliva, pois sabe-se que a quantidade
de ureia que entra para o rúmen via
saliva, em situações de baixos teores
de proteína na dieta, aumenta
bastante em resposta à restrição
proteica (Lapierre & Lobley, 2001;
Stewart & Smith, 2005). Entretanto,
de toda a ureia que entra no TGI
oriunda da síntese no fígado, a
quantidade
que
é
usada
para
propósitos anabólicos é dependente
de inúmeros fatores, inclusive do sítio
de transporte, uma vez que a ureia
pode entrar em qualquer ponto do
TGI (Lapierre & Lobley, 2001).
Stewart et al. (2004b) sugeriu
que os transportadores de ureia
expressos no TGI mediam o fluxo de
ureia para o lúmen intestinal. Stewart
et al. (2005), utilizou uma série de
ESTRUTURA DE FACILITADORES DE URÉIA NO RUMÉN
da urina e reversão no gradiente de
concentração normal existente na
medula interna. Ainda, segundo o
autor, existem faixas de tempo em
que algumas mudanças ocorrem. Em
experimentos com ratos, alguns
fenômenos
somente
foram
observados a partir de duas semanas
de restrição proteica, como se segue:
aumento da permeabilidade à ureia
nos ductos coletores da medual
interna, estimulada pela vasopressina
e aumento na abundância dos
trasnportadores UT-A1 na medual
interna. Três semanas de restrição
proteica provocaram a reabsorção
ativa de ureia por canais sódiodependentes na membrana apical dos
ductos
coletores.
Estes
fatos
demonstraram que o tempo de
restrição proteica na dieta pode
representar vários níveis de respostas
metabólicas pela conservação de ureia
corporal.
Tebot et al. (2002) avaliaram
diferentes níveis de proteína bruta
para ovinos e observaram que
redução de 57% no conteúdo de
proteína da dieta foi capaz de reduzir
a excreção de ureia na urina em 84%,
o que permitiu produção similar de N
microbiano entre tratamentos. Os
autores afirmam ainda que essa
grande recuperação de ureia foi
possível através de reduções no fluxo
plasmático renal e na taxa de filtração
glomerular, bem como aumento na
reabsorção de ureia nos túbulos
renais. Marini & Van Amburgh (2003),
em trabalho semelhante, porém,
utilizando novilhas leiteiras, obtiveram
resultados semelhantes como: a
depuração da ureia renal reduziu
enquanto que a depuração ruminal
aumentou; igualdade nos teores de
produção microbiana ruminal e maior
quantidade de ureia oriunda da
corrente sanguínea.
Marini et al.
(2004), trabalhando com níveis de N
na dieta de cordeiros, observaram
constante depuração de creatinina na
urina entre as diferentes dietas,
porém, a depuração urinária de N
ureico aumentou linearmente com a
elevação de N na dieta. Stewart &
Smith (2005) afirmaram que em
DINÂMICA DA
ELUCIDAÇÃO DO
MECANISMO DE
AÇÃO DOS
TRANSPORTADORES
DE UREIA RUMINAL
Algumas
teorias
foram
propostas para tentar desvendar qual
seriam os reais fatores envolvidos no
controle da expressão e atividade dos
transportadores de ureia. A maioria
delas partiu do pressuposto de que os
fatores dietéticos seriam aqueles que
diretamente atuariam nesse processo.
Uma avaliação cronológica permitiu
observar que estas teorias foram
1564
Artigo 142 Volume 08 — Número 05. p.1558-1578, Setembro/Outubro 2011
Tickle et al. (2009), fazendo
uma investigação mais aprofundada
dos transportadores UT-B2 no rúmen,
através da técnica de cultura celular
MDCK cell line, observaram que estes
transportadores não sofrem ação do
hormônio
vasopressina,
dos
sinalizadores AMPc e da proteína
quinase (PKA e PKC), nem mesmo do
cálcio, que são fatores atuantes na
mediação da expressão da família de
transportadores UT-A. Este estudo
comprovou que o mecanismo de
sinalização celular das duas famílias
de transportadores é diferente, e que
ainda permanecem algumas dúvidas
sobre mecanismo de regulação dos
transportadores ruminais.
Mesmo ainda com dúvidas
remanescentes alguns pesquisadores
comprovaram que além da teoria da
difusão simples ter sido abandonada,
também pode estar descartada a
hipótese de que haveria algum tipo de
transporte ativo na passagem da
ureia para o rúmen. Abdoun et al.
(2010) utilizando a técnica da câmara
de Ussing não observaram mudanças
na diferença de potencial transepitelial
(±25 mV), que altera a diferença de
potencial na membrana apical celular
em ±15 mV. A adição de 1 ou
7mmol/L de ureia não provocou
nenhum tipo de alteração elétrica no
epitélio ruminal.
ESTRUTURA DE FACILITADORES DE URÉIA NO RUMÉN
técnicas para caracterizar e localizar
os transportadores de ureia nos
tecidos de animais ruminantes. O
sequenciamento direto do cDNA
revelou a presença de transportadores
do tipo UT-B, com 79% de identidade
com o UT-B encontrado em humanos
e apenas 69% de similaridade com
UT-A. Não foi encontrada expressão
de transportadores UT-A no rúmen
bovino. Através de técnicas de reação
em cadeia da polimerase (PCR) foram
identificadas
duas
isoformas
do
mesmo gene. Isoformas diferentes do
mesmo gene ocorrem através de um
splicing
alternativo
do
mRNA,
apresentando funções em diferentes
tecidos (Karp, 2005). Com isso, foram
denominados as isoformas UT-B1 e
UT-B2, sendo a ultima predominante
nos tecidos ruminais. Por sua vez, a
técnica
Northern
blot
permitiu
identificar com precisão a expressão
de
UT-B2
(3,7
kb)
predominantemente no rúmen e UTB1 (3,5kb) nos rins. Não foi
identificada nenhuma expressão de
transportadores UT-A nos tecidos
avaliados.
Técnicas
de
imunolocalização
permitiram
identificar a presença de UT-B nas
diferentes camadas dérmicas do
rúmen,
sendo
localizados
nas
camadas mais superficiais, como nos
estratos basal, espinhoso e granuloso.
Não
foram
encontrados
transportadores no estrato córneo,
que é a camada mais externa e
menos ativa da epiderme ruminal.
Acredita-se que este último estrato
não restringe o fluxo de ureia, uma
vez que está sujeito à abrasão
mecânica do conteúdo ruminal, sendo
a proteção mecânica seu principal
papel. Por último, através da técnica
da câmara de Ussing, os autores
demonstraram
que
o
fluxo
transepitelial de ureia existente é
bidirecional.
Porém,
os
autores
acreditaram que o fluxo foi mediado
pelo gradiente de concentração, que
provavelmente seria do sangue para o
rúmen. Mais adiante será discutido a
respeito do gradiente de concentração
e seu papel na modulação do
transporte de ureia.
1565
Artigo 142 Volume 08 — Número 05. p.1558-1578, Setembro/Outubro 2011
excreção de N ureico e aumento na
reabsorção de N pelos rins, os autores
não puderam atribuir este fato a um
aumento
na
expressão
de
transportadores na medula renal, pois
isso não ocorreu. Além disso, embora
o fígado dos cordeiros na dieta com
alto teor de N apresentarem oito
vezes maior síntese de ureia que
aqueles da dieta com reduzido teor de
N, os autores também não encontram
diferenças na abundância de UT-A ou
UT-B hepáticos entre dietas. Por fim,
o aumento na depuração de N para o
interior de TGI não foi acompanhado
por mudanças na quantidade de UT
no rúmen, duodeno, íleo ou ceco. No
entanto, estes autores quantificaram
apenas
a
expressão,
e
não
mensuraram o nível de atividade
destes transportadores, o que poderia
apresentar diferença entre as dietas.
A
partir
de
2005,
os
transportadores de ureia presentes no
TGI de ruminantes se tornaram bem
conhecidos através do trabalho de
Stewart et al. (2005), sendo o
transportador
UT-B2
o
mais
abundante no epitélio ruminal. A
partir disso, Ludden et al. (2009)
lançaram uma hipótese de que a
expressão de UT-B seria incrementada
com a redução na frequência de
suplementação
proteica,
especialmente com a utilização de
suplementos com maior quantidade
de PNDR. Porém, nenhum efeito
significativo foi encontrado entre
tratamentos para expressão dos UT-B
em diferentes tecidos. Estes autores
justificaram em sua discussão que a
função dos transportadores pode estar
ligada
a
um
aumento
na
permeabilidade
mediada
pela
atividade da enzima urease, o que
trouxe assim a visão de que outros
fatores poderiam atuar conjuntamente
em curto prazo na alteração da
eficiência do transporte. Estes autores
ainda foram pioneiros em identificar
transportadores do tipo UT-B na
glândula salivar parótida, porém, sem
detectar diferenças na sua expressão
em função dos tratamentos. Estes
autores encontraram ainda formas
glicosiladas e não glicosiladas do
ESTRUTURA DE FACILITADORES DE URÉIA NO RUMÉN
gradativamente complementadas e
aprofundadas. Após muitos trabalhos
de pesquisa publicados sobre a
expressão transportadores de ureia
nos tecidos de diferentes animais e
humanos, Marini & Van Amburgh
(2003) foram uns dos primeiros
autores que aplicaram estes novos
conceitos nos estudos de respostas
produtivas com ruminantes, mais
especificamente em novilhas leiteiras.
Estes
autores,
empiricamente,
assumiram sua hipótese a partir de
dois fatos existentes. O primeiro foi
reportado em trabalhos publicados
nos anos 90, que comprovaram a
elevação
na
expressão
de
transportadores de ureia para animais
de laboratório consumindo dietas de
baixo conteúdo de N. O segundo foi a
descoberta dos transportadores de
ureia no TGI de ruminantes (Ritzhaupt
et al., 1997; Ritzhaupt et al., 1998).
Sendo assim, Marini & Van Amburgh
(2003) formularam a hipótese de que
haveria aumento na expressão dos
transportadores de ureia no rúmen
quando fosse fornecida uma dieta
com baixos teores de N, sendo estes
os
principais
direcionadores
do
mecanismo de reciclagem de ureia.
Entretanto,
contrariando
esta
hipótese,
a interpretação dos
resultados
apontou
para
um
surpreendente aumento da expressão
de transportadores de ureia no rúmen
das novilhas que consumiram a dieta
com maior teor de N. Sendo assim, os
autores
não
descartaram
a
possibilidade de que houvesse difusão
da ureia para o TGI via espaços
paracelulares ou mesmo difusão
simples, sendo então o retorno à
corrente
sanguínea
através
dos
transportadores.
No ano seguinte, alguns dos
mesmos autores (Marini et al., 2004)
propuseram
outro
trabalho
com
objetivo de melhor elucidar o papel
dos transportadores de ureia nos
tecidos do TGI, fígado e rins, e sua
relação com a reciclagem de ureia em
cordeiros alimentados com diferentes
níveis de proteína na dieta. Apesar de
os animais que consumiram menor
teor de N apresentarem redução na
1566
Artigo 142 Volume 08 — Número 05. p.1558-1578, Setembro/Outubro 2011
razoável candidato a modulador da
expressão dos transportadores UT-B2
em longo prazo.
Posteriormente, Abdoun et al.
(2010)
colocam
em
dúvida
a
regulação dos transportadores de
ureia através do butirato, em longo
prazo. Segundo estes autores, no
futuro será possível identificar se o
butirato realmente promove aumento
da densidade de transportadores no
epitélio ruminal ou se o efeito da
elevação
na
quantidade
de
transportadores é justificado pelo
aumento na área superficial do
rúmen.
Contrariamente
a
esta
hipótese, os autores alegam que
regulações em longo prazo não são
capazes de explicar as rápidas
variações no transporte de ureia que
ocorrem ao longo do dia, em resposta
aos produtos da fermentação. Estes
autores propõem então, uma teoria
em que o aumento do transporte de
ureia está baseado na elevação pósprandial dos teores de ácidos graxos
de cadeia curta (AGCC) e dióxido de
carbono. Os autores acreditam que a
resposta mediadora do transporte de
ureia seja em grande parte funcional,
ao invés de transcricional, ou seja, o
controle do transporte de ureia se dá
em curto espaço de tempo em
resposta à dieta, sem que haja
necessariamente
modificações
no
nível de expressão genética para
produção de maiores quantidades de
transportadores de membrana, sendo
a eficiência o fator preponderante na
resposta mediadora. Os autores
acreditam ainda que existam efeitos
agudos do pH sobre a ativação dos
transportadores UT-B, tornando os
transportadores mais responsivos aos
estímulos existentes para o transporte
e às exigências de N da população
microbiana em crescimento.
Mais recentemente, Muscher et
al. (2010) também se basearam na
hipótese de que existe a necessidade
de
se
mensurar
a
capacidade
funcional dos transportadores de ureia
ruminal em resposta a dietas com
reduzidos conteúdos de N. Os
autores,
além
de
observarem
expressão
dos
transportadores,
ESTRUTURA DE FACILITADORES DE URÉIA NO RUMÉN
transportador UT-B. A glicosilação
atua no aumento da estabilidde e vida
útil das proteínas da membrana. A
maior
expressão
da
forma
Nglicosilada na parte ventral do rúmen
em resposta a suplementação diária
com PDR, reforça a tese de Marini &
Van Amburgh (2003) de que UT-B
representaria um papel principal na
função excretória de ureia para o
exterior do rúmen.
Recentemente,
uma
nova
geração de hipóteses foi lançada,
levando-se em consideração que não
só as características proteicas da dieta
deveriam
ser
levadas
em
consideração
no
estudo
dos
transportadores de ureia, uma vez
que o rúmen é um sistema complexo
e a interação de diversos fatores pode
originar mudanças substanciais no
metabolismo de um determinado
nutriente,
como
o
nitrogênio.
Simmons et al. (2009) executaram
um experimento com objetivo de
avaliar os efeitos de duas diferentes
dietas
sobre
a
regulação
dos
transportadores UT-B: dieta com 80%
de silagem de gramínea e 20% de
concentrado e outra com 80% de
concentrado e 20% de palha de
cevada. Os resultados comprovaram
que dietas ricas em concentrado
promovem no epitélio ruminal, maior
expressão
generalizada
de
transportadores UT-B2, acompanhada
por uma alteração da morfologia
papilar, aumentando a superfície de
contato para trocas epiteliais. Os
autores
justificaram
seus
dados
através da observação de drástica
redução da quantidade de acetato no
conteúdo ruminal, que foi substituído
pelos ácidos valérico e butírico.
Norton et al. (1982) observaram que
a exposição prolongada do epitélio
ruminal (cerca de 2 semanas) ao
butirado
provocou
aumento
na
entrada de ureia no rúmen de ovinos.
Por outro lado, a exposição aguda
(cerca de 1 hora) ao butirato não
apresentou
nenhum
efeito
estimulatório na transferência de
ureia (Remond et al., 1993). Os
autores do trabalho sugeriram que o
butirado se apresentaria como um
Como
foi
comentado
anteriormente, existe uma série de
fatores
que
podem
atuar
nos
mecanismos
regulatórios
dos
transportadores de ureia ruminais.
Segundo Huntington & Archibeque
(2000) o ponto crítico da pesquisa
envolvendo o metabolismo da ureia
está na relação da produção, excreção
e reciclagem desta molécula em
função da composição da dieta,
consumo e prioridades produtivas do
animal. Dependendo destes fatores,
19 a 96% da produção de ureia
endógena pode ser reciclada no TGI,
15 a 94% da ureia reciclada pode
chegar via saliva, 25 a 90% da ureia
pode ser degradada no TGI na porção
pós-ruminal e ainda 25 a 60% da
ureia endógena pode ser excretada na
urina.
Tendo
em
vista
esta
complexidade de resultados que
podem
ser
alcançados,
serão
PAPEL DO FÍGADO
Segundo Lapierre & Lobley
(2001)
existem
duas
principais
estratégias para se aumentar a
eficiência de utilização de N. A
primeira é reduzir a quantidade de N
que é convertida até ureia no fígado,
via redução de absorção de amônia
ruminal ou redução no catabolismo de
aminoácidos.
A
segunda
seria
aumentar a quantidade de ureia
produzida pelo fígado que retorna ao
rúmen para ser incorporada à
proteína microbiana, ou seja, com
finalidade anabólica.
A ureagênese no fígado está
intimamente ligada à degradabilidade
do N dietético e subsequente absorção
da amônia. Existe uma alta correlação
entre o consumo de N e a produção
de ureia pelo fígado (Huntington &
Archibeque, 1999). Lapierre & Lobley
(2001) afirmam que uma fonte de
proteína menos degradável no rúmen
promove aumento na proporção de N
que é absorvido na forma de
aminoácidos. Isso conduz a uma
menor síntese de ureia pelo fígado e
maior quantidade de aminoácidos
disponíveis para produção animal.
Esta
alternativa
parece
ser
representante da primeira estratégia
de aumentar a eficiência de N, como
descrita acima. No entanto estes
processos
são
extremamente
complexos e devem-se observar
algumas questões fundamentais.
Segundo Sunny et al. (2007) o
processo de SNU está intimamente
ligado ao processo de reciclagem de
ureia pelo rúmen. Estes autores
acreditam que o processo de SNU seja
regulado
pelo
nível
de
ureia
plasmatica mais significativamente do
que o processo de reciclagem, que
pouco sofre com a ação do nível de
ureia plasmática, em função da
presença dos transportadores de
1567
Artigo 142 Volume 08 — Número 05. p.1558-1578, Setembro/Outubro 2011
PRINCIPAIS
MECANISMOS
REGULATÓRIOS DA
ATIVIDADE DOS
TRANSPORTADORES
DE UREIA EM
RESPOSTA ÀS
ALTERAÇÕES DA
DIETA
discutidos a seguir os fatores que
atuam nos mecanismos regulatórios
de UT-B ruminais, sem, no entanto,
representá-los como fatores isolados,
levando-se em consideração que os
diferentes
fatores
apresentam
interação.
ESTRUTURA DE FACILITADORES DE URÉIA NO RUMÉN
estudaram a atividade urease e as
concentrações de ureia plasmática
como potenciais e efetivos fatores
modulatórios na transferência de
ureia através do epitélio ruminal. Note
que novos enfoques passam a ser
dados na investigação da atuação dos
UT-B ruminais, partindo-se para níveis
de investigação mais direcionados às
respostas rapidamente mediadas, com
elevação da capacidade de transporte,
sem no entanto, abandonar a ideia de
regulação
a
partir
de
fatores
dietéticos e efeitos de regulação
genéticas ou transcripcionais a longo
prazo.
FLUXO PLASMÁTICO DE
UREIA, GRADIENTE DE
CONCENTRAÇÃO E
PERMEABILIDADE
Harmeyer & Martens (1980)
acreditavam que o consumo de dietas
com reduzido teor de proteína seriam
o fator principal no aumento da
permeabilidade ruminal no TGI de
ruminantes, em função de mudanças
no
gradiente
de
concentração.
Segundo Stewart & Smith (2005), os
transportadores de ureia permitiriam
rápido movimento da ureia a favor do
gradiente de concentração (plasmarúmen).
Porém,
os
autores
observaram que existia um limite pelo
qual a entrada ruminal de ureia
ocorria em função da diferença de
concentração da ureia plasmática e
líquido ruminal.
Sunny et al. (2007) relataram
que níveis de ureia no plasma acima
de 5 mmol/L podem limitar a
circulação da ureia a favor do
gradiente de concentração. Porém,
partindo-se do pressuposto que os
transportadores
de
ureia
são
seletivos, e não se tornam saturados
até um nível de 200 mmol/L (Smith &
Rousselet, 2001), acreditam que os
transportadores não são apenas
regulados
pelo
gradiente
de
concentração a favor da reciclagem de
1568
Artigo 142 Volume 08 — Número 05. p.1558-1578, Setembro/Outubro 2011
da eficiência de síntese microbiana e
retorno de ureia ao TGI através da
reciclagem, parece ser o maior
desafio para os nutricionistas, pois
esta estratégia representa grande
benefício na eficiência de incorporação
de N microbiano, aumentando a
quantidade de proteína microbiana
que chega ao abomaso para propósito
anabólico, no entanto, sem lançar
mão da utilização de fontes proteicas
de baixa degradabilidade. Para isso, é
necessário conhecer qual o real
mecanismo envolvido no aumento da
eficiência de transporte de ureia para
o interior do rúmen, uma vez que se
conhece que a saída de ureia é
bastante
estimulada
pela
concentração plasmática.
ESTRUTURA DE FACILITADORES DE URÉIA NO RUMÉN
ureia, fortemente regulados pelo
ambiente ruminal e pelos processos
de fermentação. Sendo assim, uma
redução no teor de PDR na dieta
promoverá redução na concentração
de amônia ruminal, com consequente
redução no processo de ureagênese
pelo
fígado.
Essa
redução
na
ureagênese reduz o nível N ureico no
plasma, o que torna necessário o
aumento no processo de SNU ou
captação de N amoniacal pelo sistema
porta-hepático e, consequentemente,
reduzindo a depuração de ureia nos
rins, uma vez que a redução de ureia
plasmática pode ser sinalizador de um
estado de privação proteica. Com o
aumento de N recuperado pelo
processo de SNU, e redução no N
amoniacal necessário ao metabolismo
microbiano,
o
fígado
passa
a
aumentar sua taxa de ureagênese,
podendo
ainda
se
utilizar
dos
aminoácidos circulantes ou mesmo
oriundos da PNDR da dieta para
promover a reciclagem. Além do
desperdício causado pela clivagem de
aminoácidos, Lobley & Milano (1997),
afirma
que
de
todo
oxigênio
consumido pelo organismo, 2,5 a 5%
pode ser consumido no processo de
ureagênese no fígado, o que chega a
representar 4 mol de ATP gastos para
cada molécula de ureia produzida.
Sunny et al. (2007), trabalhando com
níveis crescentes de infusão com ureia
intravenosa em ovinos, observou um
decréscimo na excreção de N fecal em
resposta ao aumento de ureia
infundida,
apesar
de
pequeno
acréscimo na participação da ureia no
total deste N. Para os autores, essa
redução foi resultado do aumento na
digestibilidade do N, em resposta a
um aumento observado no uso
anabólico do N ureico reciclado e no N
retido no corpo.
Segundo Lapierre & Lobley
(2001) a produção de ureia pelo
fígado representa um fonte contínua
de ureia para suportar a fermentação
microbiana no rúmen assim como em
outras áreas do TGI, sendo ainda
dependente do estado fisiológico do
animal. Ou seja, a utilização da
segunda estratégia, que é o aumento
1569
Artigo 142 Volume 08 — Número 05. p.1558-1578, Setembro/Outubro 2011
da
secreção
salivar.
Segundo
Huntington & Archibeque (1999), a
concentração plasmática de ureia bem
como
a
produção
de
saliva
conjuntamente,
determinarão
a
quantidade de ureia que entrará no
rúmen através da saliva (Huntington
& Archibeque, 1999). Partindo-se do
princípio de que existe uma limitação
funcional dos transportadores de ureia
em aproveitar todo o pool de ureia
plasmático, a saliva torna-se a via
secundária de entrada de ureia no
rúmen.
Ludden
et
al.
(2009)
detectaram os transportadores de
ureia UT-B no interior das glândulas
parótidas de cordeiros. Os autores
acreditam que as glândulas salivares
desempenham importante papel na
reciclagem de ureia para o interior do
rúmen, sendo mais pronunciada em
animais consumindo dietas com maior
quantidade de volumoso, responsável
pela maior atividade mastigatória.
Segundo Muscher et al. (2010) a
ureia
salivar
é
fortemente
correlacionada
com
a
ureia
plasmática,
sendo
que
aproximadamente 73% do total pode
ser transferido via saliva. Os autores
afirmaram ainda que a expressão de
UT-B nas glândulas parótidas parece
não limitar a transferência de ureia
para a saliva dentro de uma
concentração
de
ureia
fisiologicamente normal encontrada
no plasma. Pode-se reforçar essa
premissa pelo fato de que os
transportadores
podem
transferir
níveis muito altos de ureia, antes
mesmo de uma possível saturação
dos canais. Assim, foi possível atribuir
essa maior capacidade de transporte
à ausência de interação com produtos
da fermentação, como ocorre no
rúmen.
Porém, não se conhece ainda
qual seria o mecanismo regulatório
real que atua nestes transportadores,
sendo necessários estudos mais
aprofundados para determinar se
existe um faixa de limitação de
transferência de ureia pelos UT-B
salivares. Muscher et al. (2010)
ressaltam que apesar da grande
ESTRUTURA DE FACILITADORES DE URÉIA NO RUMÉN
N,
como
já
foi
discutido
anteriormente, já que 5 mmol/L de
ureia
no
plasma
não
é
uma
concentração capaz de promover
saturação dos transportadores.
Sunny et al. (2007), acreditam
que
o
metabolismo
dos
microrganismos ruminais, com seus
diferentes
produtos,
possa
a
influenciar o transporte de ureia para
dentro do TGI.
Lapierre & Lobley
(2001),
demonstraram
baixa
correlação (r2 = 0,20) entre a
quantidade de ureia reciclada pelo
rúmen e concentração plasmática, em
estudos conduzidos com ovinos e
bovinos com N oriundo de diferentes
tipos de dieta. Sunny et al. (2007)
utilizaram
infusões
de
ureia
intravenosas diretas, a fim de se
evitar os efeitos da manipulação do
ambiente ruminal sobre o transporte.
Desta forma foi permitida aos autores
a observação de alta correlação (r2 =
0,95) entre ureia plasmática e
entrada de ureia no rúmen, o que
permite inferir que os compostos
gerados no rúmen interagem de
alguma forma no transporte de ureia,
permitindo maior ou menor entrada
deste composto para o interior do
rúmen.
Abdoun
et
al.
(2010)
obtiveram aumento na atividade dos
transportadores de ureia a partir de
elevação nas concentrações de AGCC
e CO2, que são produtos obtidos
através da fermentação ruminal.
Entretanto, o fluxo sanguíneo pelo
epitélio ruminal se reduz quando há
adição
desses
suplementos
diretamente
no
epitélio,
sendo
possível atribuir o aumento na taxa de
transporte
à
elevação
na
permeabilidade do transportador de
membrana, sem que tenha ocorrido
necessariamente maior concentração
plasmática de ureia para suportar um
maior gradiente de concentração a
favor da entrada ruminal.
Apesar de não exercer papel
primordial sobre o transporte de ureia
diretamente pela parede ruminal, a
concentração plasmática é primordial
na determinação da proporção de
ureia que entrará no rúmen através
Huntington
&
Archibeque
(1999), em revisão sobre aspectos
práticos do metabolismo de uréia em
ruminantes, descreveram a respeito
do efeito partidor do hormônio de
crescimento sobre o metabolismo do
nitrogênio. Os autores sumarizaram
alguns dados e observaram que
aumentando o suprimento de proteína
pós-ruminal, ocorre aumento na
ureagênese pelo fígado e reciclagem
de ureia para o rúmen, sendo também
maior a proporção de ureia que
entrou no rúmen após sintese pelo
fígado, indicando a prioridade do SNU
durante
situações
de
baixa
concentração de amônia ruminal.
Entretanto, quando animais foram
tratados como somatotropina exógena
ocorreu uma drástica redução na
síntese de ureia pelo fígado, que foi
responsável por um aumento na
liberação de aminoácidos pelo sistema
porta
para
utilização
em
fins
anabólicos. Embora este hormônio
não atue diretamente nos canais
proteicos
de
ureia,
pois
foi
comprovado que não existe mediação
via sinalizadores celulares da ação
hormonal como o AMPc e proteína
kinase
nos
UT-B
ruminais,
é
importante a descrição de alguns
mecanismos de alteração do estado
fisiológico
normal
em
que
os
transportadores atuarão.
Bruckental
et
al.
(1997)
utilizando somatotropina exógena em
bovinos suplementados com caseína,
como fonte intestinal de aminoácidos,
1570
Artigo 142 Volume 08 — Número 05. p.1558-1578, Setembro/Outubro 2011
HORMÔNIOS
observaram que a captura do total de
aminoácidos pelo fígado foi a mesma
para animais suplementados com
caseína ou não, sem adição de
hormônio (58 e 59%), porém, estes
foram maiores que para animais
tratados com somatotropina (18%).
Estes
dados
indicam
que
a
administração
deste
hormônio
direciona mais aminoácidos para os
tecidos periféricos, sem que haja
oxidação
hepática
destes
aminoácidos,
redirecionando
as
prioridades
do
organismo
para
preservação do N circulante, para
suportar
funções
vitais
no
metabolismo microbiano ruminal.
Outro hormônio atuante no
metabolismo do N é a vasopressina
(ADH).
Ao
contrário
dos
UT-B
ruminais, os UT-A3 presente no rins
são
mediados
por
sinalizadores
celulares como o AMPc, sendo
bastante
responsivos
à
ações
hormonais (Stewart et al., 2004b).
Assim,
Stewart
et
al.,
(2008)
demonstraram em seu trabalho que o
ADH aumenta significativamente a
expressão dos transportadores UT-A.
O ADH, via receptores de membrana
V2 e da adenilato ciclase, estimula um
aumento nos níveis de AMPc. Dentro
de 5 a 10 minutos, a proteína kinase
ativa o transportador de ureia UT-A3
que já está presente na membrana
basolateral.
Provavelmente
a
fosforilação inicial já dá início ao
processo de ativação. Após uma hora,
através da proteína kinase II, ocorre
intensificação
da
expressão
dos
transportadores
na
membrana
basolateral, causando maior taxa de
transferência de ureia, que agora será
recuperada de possível excreção.
Nota-se que o mecanismo de
ação dos transportadores renais já
está
muito
bem
estabelecido,
excetuando-se alguns detalhes que
precisam ser investigados com maior
profundidade, como por exemplo, os
sítios de fosforilação. Porém, o fato de
estes transportadores apresentaram
forte regulação hormonal facilita a
elucidação do mecanismo de ação. No
caso dos UT-B ruminais já foi
comprovado que seu mecanismo de
ESTRUTURA DE FACILITADORES DE URÉIA NO RUMÉN
correlação da ureia na saliva com
aquela no plasma, a qualidade do
alimento, principalmente o conteúdo
de fibra pode variar bastante,
refletindo na quantidade de ureia que
chega ao rúmen via saliva.
Com
todas estas informações, é possível
destacar o papel da regulação do
ambiente ruminal no transporte de
ureia para o interior do rúmen,
deixando
a
cargo
do
plasma
sanguíneo a saída de N amoniacal
pelo processo de SNU via gradiente de
concentração.
Houpt
&
Houpt
(1968),
utilizando substâncias para redução
na atividade da enzima urease no
epitélio ruminal, observaram um
decréscimo na taxa de transferência
de ureia do sangue para o conteúdo
1571
Artigo 142 Volume 08 — Número 05. p.1558-1578, Setembro/Outubro 2011
ENZIMA UREASE E
NITROGÊNIO
AMONIACAL
ruminal. Remond et al. (1993)
obtiveram
resultado
similar
trabalhando
com
ovinos.
Eles
encontraram uma redução de 30% na
transferência líquida de ureia quando
utilizaram
inibidores
da
enzima
urease. Segundo os autores, o
acúmulo de ureia no fluido ruminal
induz a uma redução no gradiente de
concentração entre sangue e rúmen.
Essa redução na transferência de
ureia
por
sua
vez
reduz
a
concentração de amônia no fluido
ruminal, reduzindo assim a absorção
de amônia pela parede ruminal. Estas
observações suportaram a ideia de
que a reciclagem de N se torna mais
significativa quando a degradação da
proteína alimentar é reduzida ou
quando a síntese microbiana pode
estar limitada pela disponibilidade de
amônia, pois a pouca presença de
amônia ruminal está associada às
exigências dos microrganismos por N
amoniacal para seus processos vitais.
Assim, a amônia se torna um
importante sinalizador para atividade
urease e, consequentemente, para
aumento ou redução na depuração da
ureia pelo rúmen. Remmond et al.
(1993) encontraram ainda a redução
nos níveis de transporte de ureia à
medida
que
fizeram
infusões
crescentes com amônia no rúmen, o
que confirma o efeito negativo do N
amoniacal sobre o transporte de ureia
ruminal. Dadas estas informações
pode-se associar o N amoniacal um
dos como moduladores de transporte
de ureia para o interior de rúmen.
Apesar de muitos autores,
anteriormente, atribuírem à atividade
urease o status de modulador do
transporte
ruminal
de
ureia,
recentemente Muscher et al. (2010),
utilizando técnicas mais modernas,
observaram que os carreadores de
ureia no epitélio ruminal não são
influenciados
pela
atividade
da
urease. Eles observaram que a
atividade desta enzima não foi
necessária como força direcionadora
em experimentos in vitro, e que
experimentos in vivo confirmaram que
40% de inibição da atividade urease
não afetou o metabolismo da ureia.
ESTRUTURA DE FACILITADORES DE URÉIA NO RUMÉN
ação
não
obedece
àqueles
mecanismos
convencionais
de
sinalização celular (Tickle et al.,
2009), sendo este o principal entrave
na
elucidação
completa
dos
mecanismos
de
ação
destes
transportadores.
Outro hormônio citado na
literatura
como
modulador
no
metabolismo
proteico
é
a
pentagastrina,
que
atuaria
no
aumento do fluxo de ureia para o
rúmen, através de estímulos na
parede ruminal, uma vez que este
hormônio inibiria a secreção da
glândula
parótida
(Harrop
&
Phillipson, 1970). Remmond et al.
(1993), para testar esta hipótese,
utilizaram procedimento de infusão de
pentagastrina, similar aos daqueles
autores, e observaram aumento na
transferência líquida de ureia pela
parede
ruminal.
Entretanto,
os
autores não conseguiram dividir os
efeitos da pentagastrina e do CO2,
que também foi infundido no epitélio
dos animais do experimento. Os
autores
acreditaram
que
a
pentagastrina atuaria via aumento no
fluxo sanguíneo pelo epitélio ruminal,
mas não foi detectado nenhum tipo de
aumento no fluxo sanguíneo em torno
do
epitélio
ruminal
durante
o
experimento. Assim, nenhum tipo de
resultado conclusivo foi obtido sobre o
envolvimento deste hormônio no
transporte de ureia. É possível que os
hormônios
tenham
deixado
de
despertar o interesse a respeito de
seu
papel
na
modulação
nos
transportadores de ureia, já que estes
transportadores
não
apresentam
receptores de sinalização celular via
segundo mensageiro.
Segundo Thorlacius et al.
(1971) a aplicação de CO2 em partes
isoladas
do
rúmen
aumenta
consideravelmente o fluxo de ureia
através do epitélio (+100 para
+300%). O efeito observado do CO2
sobre o transporte de ureia é restrito
na
região
de
aplicação
e
concomitantemente ocorre aumento
na permeabilidade tanto à ureia
quanto à acetamida. A acetamida
apresenta estrutura similar a da ureia,
porém, não é metabolizada pela
urease, o que permitiu aos autores
concluírem que o estímulo ao fluxo de
ÁCIDOS GRAXOS DE
CADEIA CURTA (AGCC)
Rémond
et
al.
(1993)
trabalhando
com
ovinos
não
observaram
efeito
de
injeções
ruminais
de
butirato
sobre
a
transferência líquida de ureia pelo
epitélio ruminal, apesar da sua
contribuição para aumento no fluxo
sanguíneo ruminal. Segundo Galfi et
al. (1991) os ácidos graxos voláteis
são conhecidos por promover a
proliferação das células epiteliais
ruminais e modificação do tipo e
extensão das papilas na parede
ruminal. Rémond et al. (1993)
afirmam que uma infusão ruminal de
butirato,
a longo
prazo,
como
proposta por Norton et al. (1982)
provavelmente afeta a estrutura da
parede ruminal pelo aumento na área
de trocas metabólicas e elevação da
permeabilidade na camada epitelial
queratinizada, elevando assim a
transferência de ureia. Rémond et al.
(1993) acreditam que a duração de
suas infusões não foi suficiente para
observar este efeito mesmo com
elevação no fluxo sanguíneo ruminal
devido as injeções de butirato.
Através das infusões ruminais
de butirato por duas semanas, Norton
1572
Artigo 142 Volume 08 — Número 05. p.1558-1578, Setembro/Outubro 2011
DIÓXIDO DE CARBONO
ureia
mediado
pelo
CO2
provavelmente
ocorre
independentemente
da
atividade
urease, assim como considerado no
tópico anterior. Abdoun et al. (2010)
acreditam que o dióxido de carbono
conduz a um rápido incremento no
transporte de ureia para o rúmen e os
efeitos podem ser notados num curto
período de tempo, numa escala de
minutos, sendo sua ação mais
marcada a um pH em torno de 6,4.
Os autores observaram que CO2 se
dissocia na mucosa ruminal em
função de uma ligeira acidificação. O
ácido
carbônico,
formado
rapidamente, dá origem a íons
bicarbonato e prótons H+. Estes
prótons, por sua vez atuariam de
forma
ainda
desconhecida,
na
protonação dos canais proteicos para
transporte de ureia bidirecionalmente.
ESTRUTURA DE FACILITADORES DE URÉIA NO RUMÉN
Muscher et al. (2010) acreditam que
para uma dieta com reduzido teor de
N, a redução na atividade urease
poderia estar baseada no reduzido
metabolismo
microbiano.
A
concentração
ruminal
de
NH3
mostrou-se altamente correlacionada
com a taxa de entrada de ureia
através do rúmen, em que a taxa se
reduz à medida que se elevam as
concentrações de amônia. Assim,
animais sob dieta com reduzido teor
de N, provavelmente apresentam
aumentos na taxa de entrada de ureia
em função da reduzida produção de N
amoniacal no ambiente ruminal.
Desta forma, pode-se observar
que
existe
um
gradiente
de
concentração de ureia direcionado
pelos níveis de metabólitos ruminais
produzidos, o que mais uma vez
reforça a ideia de que o plasma
sanguíneo tem pouca influência na
modulação dos transportadores de
ureia. É notado que a modulação para
entrada de ureia no rúmen ocorre
internamente sob as exigências dos
microrganismos, e que apesar do
envolvimento da atividade urease no
processo de transporte, essa enzima
não está diretamente relacionada com
a mediação do processo, e sim,
indiretamente relacionada com a
degradação da amônia ruminal, que
efetivamente será uma sinalizadora
do processo de entrada de ureia
ruminal em situações de reduzido
conteúdo de N dietético.
1573
Artigo 142 Volume 08 — Número 05. p.1558-1578, Setembro/Outubro 2011
via estímulo dos carreadores de ureia
para o interior do rúmen.
Abdoun
et
al.
(2010)
introduziram um novo fator de
interação que pode ser primordial na
regulação
da
atividade
dos
transportadores de ureia. Os autores
utilizaram AGCC e CO2 para estimular
o fluxo de ureia por amostras de
epitélio ruminal isolado de ovinos, em
ambiente controlado pela câmara de
Ussing. Foram observadas as mais
altas taxas de transferência de ureia
em situação pós-prandial, quando a
fermentação ruminal conduziu a uma
queda no pH. Segundo os autores, a
utilização
de
AGCC
e
CO2
isoladamente, bem como a queda do
pH unicamente, não foram suficientes
para provocar efeitos significativos na
transferência.
Apenas
após
a
simulação da situação fisiológica real,
através da adição de CO2 em pH 6,4,
houve grande efeito estimulatório no
fluxo de ureia pelos transportadores
de membrana. Abdoun et al. (2010)
acreditam
que
a
atividade
estimulatória do pH obedece a uma
faixa de valores com forma similar a
uma parábola, em que o pH 6,2
seriam o ápice da curva, que
representa
a
faixa
de
maior
estimulação. As taxas de transporte
foram inferiores em pH 7,4, atingindo
ápice em 6,2, com uma nova queda
até o pH 5,8.
Os mesmo autores descrevem
que o pH atua em um nível citosólico
de forma aguda e propõe um modelo
de abertura e fechamento dos
transportadores de ureia atuando
sobre a taxa de transferência desta
molécula. A molécula de ureia cruza o
epitélio ruminal, após passar pelas
duas camadas da membrana, a apical
e basolateral via canais proteicos do
tipo UT-B sensíveis à floretina. A
abertura destes canais é pouco ativa
em pH elevado, mas com o aumento
da acidificação, ocorre a protonação
do resíduo de glutamina na parte
interior dos poros do canal. Com uma
maior queda do pH ocorre protonação
do resíduo de histidina na parte
extracelular do canal, promovendo
seu
fechamento.
Esse
processo
ESTRUTURA DE FACILITADORES DE URÉIA NO RUMÉN
et al. (1982) observaram aumento
nas quantidades e proporções de
ureia sintetizada que foi degradada
dentro do rúmen, a depuração de
ureia
pelo
rúmen
também
foi
significativamente maior. Dalmasso et
al. (2008) relataram que o acúmulo
de
butirato
representa
papel
importante
nas
respostas
imunológicas dentro do intestino,
mais especificamente no cólon, com
atuação em transportadores epiteliais
liberadores de peptídeos que atuam
na resposta imune às inflamações
crônicas.
Embora
estes
transportadores
sejam
diferentes
daqueles de ureia, nota-se que o
butirado
atua
diretamente
na
permeabilidade dos transportadores
de peptídeos.
O fluxo de ureia é dependente
da permeabilidade do epitélio. Uma
vez ocorrido algum dano na estrutura
do estrato córneo, que é a camada
mais externa e queratinizada do
epitélio ruminal, ocorre elevação do
transporte da ureia, refletindo a
reduzida
permeabilidade
desta
camada epitelial superficial (Houpt &
Houpt, 1968). Simmons et al. (2009)
trabalhando
com
bovinos
em
crescimento, demonstraram que o
aumento na concentração de butirato
no rúmen durante o fornecimento de
dieta rica em concentrado, a longo
prazo é capaz de induzir a expressão
de transportadores UT-B no estrato
córneo, onde antes, não puderam ser
detectados. Abdoun et al. (2006), em
sua revisão, descreveram que o fluxo
de ureia para o rúmen pode aumentar
não somente pela presença do
butirado. Eles acreditam que o
fornecimento de fontes energéticas
rapidamente
fermentáveis
atuam
neste sentido através da modificação
no epitélio ruminal em resposta aos
níveis de ácidos graxos voláteis e CO2
, que por sua vez, em resposta aos
altos níveis fermentativos, sinalizam a
necessidade de amônia ruminal para
maximar o crescimento microbiano.
Estes
mecanismos
permitem
ao
animal
a
maximização
dos
carboidratos disponíveis através do
suprimento de nitrogênio endógeno
Apesar de não se conhecer
com
precisão
quais
os
reais
mecanismos
que
controlam
os
transportadores de ureia ruminais,
sabe-se, no entanto, que a elevação
da sua eficiência pode ser alcançada
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Artigo 142 Volume 08 — Número 05. p.1558-1578, Setembro/Outubro 2011
CONSIDERAÇÕES
FINAIS
em
curto
prazo,
com
possível
aumento na expressão gênica a longo
prazo. Ainda são necessários muitos
estudos que avaliem se o pH pode
interagir
com
produtos
da
fermentação ruminal na abertura e
fechamento dos canais de ureia, se o
butirado
atua
simplesmente
na
elevação da área de superfície do
epitélio ruminal ou se possui algum
tipo de mecanismo de ação que
aumenta a densidade e número de
transportadores. Ou seja, muito já se
sabe e ainda existe um longo caminho
a
percorrer,
inclusive
no
entendimento
de
quais
fatores
regulam a entrada de ureia ruminal,
ainda não muito bem elucidada, uma
vez que foi detectado que o gradiente
de concentração não apresenta efeito
algum sobre a taxa de entrada deste
composto no rúmen. Assim, a partir
dos dados publicados até o presente
momento
na
literatura,
muitos
estudos podem surgir com o intuito de
complementar o conhecimento já
existente, determinando os fatores
atuantes prioritários e o tempo
necessário para aumento tanto na
eficiência de passagem quando da
utilização da ureia, como também
aumento na expressão gênica dos
canais protéicos.
ESTRUTURA DE FACILITADORES DE URÉIA NO RUMÉN
resulta numa curva bifásica de
ativação-inativação em torno do pH
fisiológico. Este mecanismo parece
apto a sincronizar o crescimento da
população microbiana ruminal com a
disponibilidade de nutrientes e com as
exigências na homeostase ruminal.
Com uma queda elevada no pH
ruminal, ocorre redução no fluxo de
ureia,
reduzindo
a
taxa
de
crescimento microbiano. Por outro
lado, este mecanismo pode ser uma
proteção para animais em jejum, uma
vez que o fluxo de ureia para o rúmen
e subsequente hidrólise pela enzima
urease, conduz ao aumento na
concentração de amônia. A amônia
livre é rapidamente absorvida pelo
sistema
porta
e
novamente
detoxificada pelo fígado. A redução da
reciclagem de ureia em resposta a
elevação do pH ruminal pode ser vista
como resposta adaptativa benéfica
para os animais em jejum (Abdoun et
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