CLINICAL NUTRITION

HRANLJIVE MATERIJE - METABOLIZAM

CLINICAL NUTRITION

Metabolizam (def.) je skup svih hemijskih reakcija koje se odvijaju u ljudskom organizmu.

Metabolizam hranljivih materija (def.) predstavlja sve hemijske reakcije kojima u ljudskom organizmu podležu organska jedinjenja koja ubrajamo u grupe hranljivih materija.

Metabolizam hranljivih materija se deli na: anabolizam - niz hemijskih reakcija u kojima se sintetišu organski

molekuli katabolizam - reakcije razgradnje organskih molekula

Energetski metabolizam čine hemijske reakcije kojima se energija iz hrane pretvara u oblik dostupan raznovrsnim ćelijskim fiziološkim sistemima.

CLINICAL NUTRITION

ATP - energetska moneta

CLINICAL NUTRITION

Metabolizam ugljenih hidrata

Centralno mesto u metabolizmu ugljenih hidrata ima monosaharid glukoza.

Izvori glukoze:

a. ugljenohidratni izvori hrana depoi ugljenih hidrata (glikogen) u jetri (do 3%) i mišićima (5-8% ukupne

mase) produkti metabolizma ugljenih hidrata (mlečna kiselina, piruvat)

b. neugljenohidratni izvori (glikoneogeneza) aminokiseline (glikogene aminokiseline) masti (glicerol)

CLINICAL NUTRITION

Uloge glukoze: stvaranje energije skladištenje energije sinteza jedinjenja koja sadrže glukozu i druge šećere

Najvažnija uloga glukoze u organizmu je u energetskom metabolizmu.

Energija se iz glukoze može dobiti na različite načine.

CLINICAL NUTRITION

Metabolizam monosaharida = metabolizam glukoze

gukoza čini 80% od svih monosaharida dobijenih varenjem hrane

galaktoza (gotovo sva) i fruktoza (najveći deo) se pretvaraju u glukozu – konverzija monosaharida

CLINICAL NUTRITION

Transport glukoze kroz ćelijsku membranu:

a. aktivni transport (kotransport sa Na) – crevni epitel, epitel bubrežnih tubula

b. olakšana difuzija (prema koncentracijskom gradijentu)

bez uticaja insulina - jetra, mozak, aktivni mišići kontrolisana insulinom – ostala tkiva, neaktivni mišići

CLINICAL NUTRITION

Fosforilacija glukoze

Po ulasku u ćeliju glukoza se fosforiliše pod dejstvom enzima: glikokinaza (u jetri) heksokinaza (u ostalim ćelijama)

Fosforilacija glukoze predstavlja ireverzibilan proces.Ćelije jetre, bubrežnog tubularnog epitela i intestinalnog epitela sadrže enzim glikozo-fosfatazu koji defosforiliše glukozu i omogućava joj izlazak iz ćelije.

CLINICAL NUTRITION

Metabolička sudbina glukoze u ćeliji zavisi od energetskog statusa:

ukoliko postoje potrebe za energijom – glukoza se razgrađuje u cilju dobijanja energije (energetski metabolizam)

ukoliko ne postoje potrebe za energijom – glukoza se skladišti u obliku glikogena (glikogeneza) i zatim po potrebi pretvara ponovo u glukozu (glikogenoliza) i razgrađuje u cilju dobijanja energije

Kontrolu glikogenolize vrše hormoni: adrenalin i glukagon (aktivacija enzima fosforilaze)

CLINICAL NUTRITION

Oslobađanje energije iz glukoze

Glikoliza izuzetno brz proces dobijanja

energije (4 mol ATP/t) može se odvijati bez prisustva

kiseonika mali prinos energije (neto

energetski efekat – 2 molekula ATP-a po molekulu glukoze) – koeficijent utilizacije 43%

odvija se u citoplazmi finalni produkt – pirogrožđana

kiselina (piruvat)

CLINICAL NUTRITION

Metabolička sudbina piruvata zavisi od koncentracije kiseonika u ćeliji:

ukoliko ne postoji dovoljno kiseonika → piruvat se pretvara u laktat (enzim laktat-dehidrogenaza) koji iz citoplazme izlazi u intersticijum – anaerobna glikoliza

ukoliko postoji dovoljno kiseonika → piruvat olakšanom difuzijom prelazi u mitohondrije gde se pretvara u acetil-koenzim A

U oba ova procesa nema direktnog dobijanja energije.

CLINICAL NUTRITION

Oslobađanje energije iz glukoze

Krebsov ciklus spor proces dobijanja energije (1 mol

ATP/t) odvija se u prisustvu kiseonika mali direktan prinos energije (neto

energetski efekat – 2 molekula ATP-a po molekulu glukoze), ali je veliki prinos H atoma

odvija se u mitohondrijama finalni produkti – CO2, voda

CLINICAL NUTRITION

Oslobađanje energije iz glukoze

Pentozo-fosfatni put alternativni put za dobijanje

energije iz glukoze značajan kod enzimskih anomalija

Krebsovog ciklusa 30% glukoze se u jetri razgrađuje

ovim putem (u masnom tkivu je procenat veći)

oslobođeni vodonik se vezuje u formi NADPH (omogućava konverziju šećera u masti)

finalni produkt – CO2

CLINICAL NUTRITION

Formiranje ATP-a oksidativnom fosforilacijom

odvija se u mitohondrijama (unutrašnja membrana)

90% ATP koji se dobija razgradnjom glukoze se dobija ovim procesom

Faze oksidativne fosforilacije: jonizacija H atoma → H+ + elektron elektroni ulaze u lanac prenosa elektrona

(niz enzima zaključno sa citohromom A3 – citohrom oksidaza – redukuje elementarni O i spaja ga sa H+ u vodu)

lanac prenosa elektrona pumpa H+ u spoljašnju komoru mitohondrija stvarajući u njoj veliku koncentraciju H+

ulazak H+ kroz molekul ATPaze (unutrašnja membrana mitohondrija) daje energiju potrebnu za pretvaranje ADP u ATP

CLINICAL NUTRITION

CLINICAL NUTRITION

Glikoneogeneza (def.) predstavlja procese konverzije masti i belančevina u glukozu.

oko 60% proteina se lako pretvara u glukozu (direktno – glikogene aminokiseline ili preko fosfo-glukonatnog puta)

masti se transformišu u glukozu iz glicerola (povratne reakcije glikolitičkog puta)

Regulacija glikoneogeneze:a. metabolička regulacija smanjena količina glukoze u ćeliji i krvi stimuliše glikoneogenezub. hormonska regulacija smanjena količina glukoze u krvi → povećanje ACTH → povećanje kortizola

→ povećana mobilizacija proteina iz perifernih tkiva → povećana glikoneogeneza

CLINICAL NUTRITION

Hormoni koji učestvuju u regulaciji glikemije:

A. hormoni koji smanjuju koncentraciju glukoze u krvi B. hormoni koji povećavaju koncentraciju glukoze u krvi

A. Najvažniji hormon koji smanjuje koncentraciju glukoze u krvi je insulin. Insulin stvaraju Langerhansova ostrvca u gušterači (-ćelije endokrinog pankreasa) i on dovodi do smanjenja koncentracije glukoze u krvi na više načina:

povećanim pretvaranjem glukoze u glikogen u jetri (proces se zove glikogeneza) gde služi kao stalna energetska rezerva

povećanim pretvaranjem glukoze u masti i skladištenjem u masnom tkivu povećanim ulaskom glukoze u ćelije.

CLINICAL NUTRITION

B. hormoni koji povećavaju koncentraciju glukoze u krvi:

glukagon (stvaraju ga -ćelije endokrinog pankreasa) koji povećava razgradnju glikogena u jetri (proces se zove glikogenoliza)

somatostatin (stvaraju ga -ćelije endokrinog pankreasa i hipotalamus) koji smanjuje efekte insulina i glukagona

steroidni hormoni (stvaraju se u kori nadbubrežnih žlezda) koji dovode do stvaranja glukoze iz masti i proteina u procesu koji se zove glikoneogeneza

adrenalin (stvara se u srži nadbubrežnih žlezda) koji povećava razgradnju glikogena u jetri i dovodi do brzog oslobađanja glukoze

hormon rasta (GH) koji smanjuje efekte insulina, i adrenokortikotropni hormon (ACTH) koji povećava lučenje hormona nadbubrežne žlezde, hormoni štitaste žlezde koji na više načina povećavaju koncentraciju glukoze u krvi.

CLINICAL NUTRITION

Metabolizam masti

Izvori masti:

masti iz hrane masti iz depoa u ljudskom organizmu (masno tkivo, jetra) masti koje nastaju kao produkti metabolizma ugljenih hidrata i

proteina

Dva glavna organa odgovorna za metabolizam masti su jetra i masno tkivo. Njihov značaj se manifestuje i u anaboličkim i u kataboličkim procesima metabolizma masti.

CLINICAL NUTRITION

Transport lipida (1)

Masti se (uglavnom) iz creva apsorbuju limfom u obliku monoglicerida i pojedinačnih masnih kiselina. U crevnom epitelu se formiraju kompleksne strukture za transport masti - hilomikroni (dijametar 0.08-0.5 μm) u čiji sastav ulaze:

novosintetisani trigliceridi fosfolipidi (9%) holesterol (3%) apoprotein B (1%)

Hilomikroni se u krvi zadržavaju oko 1 sat (posle obroka).

Hilomikroni se eliminišu iz krvi prilikom prolaska kroz kapilare jetre i masnog tkiva. Hidroliza triglicerida se odvija pod dejstvom enzima lipoproteinske lipaze (velika koncentracija u kapilarima jetre i masnog tkiva) do masnih kiselina koje preuzimaju ćelije za sintezu novih triglicerida (glicerol iz metabolizma ugljenih hidrata).

Trigliceridi se mogu mobilisati iz tkiva (metabolička i hormonska regulacija). Masne kiseline dobijene razgradnjom triglicerida ulaze u krv i vezuju se za albumine plazme – slobodne masne kiseline (koncentracija u standardnim uslovima - oko 150mg/L krvi)

CLINICAL NUTRITION

Transport lipida (2)

Lipoproteini

sastav: triglceridi, holesterol, fosfolipidi, proteini

95% lipida plazme je u obliku lipoproteina koncentracija lipoproteina u krvi je 7g/L lipoproteini se (uglavnom) sintetišu u jetri

(male količine HDL u crevnom epitelu)

CLINICAL NUTRITION

Transport lipida (3)

Klase lipoproteina:

lipoproteini vrlo male gustine (VLDL) - visoka koncentracija triglicerida, umerena koncentracija holesterola i fosfolipida

lipoproteini umerene gustine (IDL) - niska koncentracija triglicerida, povećana koncentracija holesterola i fosfolipida

lipoproteini male gustine (LDL) - izuzetno niska koncentracija triglicerida, visoka koncentracija holesterola, umereno visoka koncentracija fosfolipida

lipoproteini velike gustine (HDL) - visoka koncentracija proteina (oko 50), manja koncentracija holesterola i fosfolipida.

CLINICAL NUTRITION

Oslobađanje energije iz masti

Oslobađanje energije iz masti se odvija u 4 etape:

hidroliza triglicerida ulazak masnih kiselina u mitohondrije beta-oksidacija (razgradnja masnih kiselina do acetil-koenzima A) oksidacija acetil-koenzima A

1. hidroliza triglicerida hidrolizom triglicerida nastaju glicerol i masne kiseline glicerol se fosforiliše u glicerol-3-fosfat i ulazi u glikolitički put

2. ulazak masnih kiselina u mitohondrije masne kiseline iz citoplazme transportuju se u mitohondrije uz pomoć

karnitina (nosač)

CLINICAL NUTRITION

3. beta-oksidacija (razgradnja masnih kiselina do acetil-koenzima A)

C atom u beta položaju se oksidiše i otpušta 2 H atoma

molekul se cepa između alfa i beta C atoma oslobađajući 1 acetil-koenzim A (-2 C atoma)

proces odvajanja acetil-koenzima A se nastavlja do kraja lanca masne kiseline (po 2 C atoma)

uz svaki molekul acetil-koenzima A se oslobodi po 4 H atoma (2C x 2H)

4. oksidacija acetil-koenzima A

acetil-koenzim A se vezuje za oksalsirćetnu kiselinu i ulazi u Krebsov ciklus

H atomi ulaze u sistem oksidativne fosforilacije

CLINICAL NUTRITION

CLINICAL NUTRITION

Metabolički put acetosirćetne kiseline

višak acetil-koenzima A nastalog u jetri (koji nije ušao u Krebsov ciklus) se pretvara u acetosirćetnu kiselinu

acetosirćetna kiselina se putem krvi prenosi do ćelija kojima je potrebna energija (ponovo se razgradi do acetil-koenzima A)

stepen korišćenja acetosirćetne kiseline u ćelijama zavisi od intenziteta metabolizma glukoze (količina oksalsirćetne kiseline koja se vezuje za acetli-koenzim A)

neiskorišćena acetosirćetna kiselina se transformiše u beta-hidroksibuternu kiselinu i aceton (ketonska tela)

CLINICAL NUTRITION

Nastajanje triglicerida iz glukoze

1. Pretvaranje acetil-koenzima A u masne kiseline

glukoza se razgradi do acetil-koenzima A

acetil-koenzim A se polimerizuje preko malonil-koenzima A (i NADPH) formirajući masnu kiselinu

2. Vezivanje masnih kiselina sa alfa-glicerofosfatom

specifični (i individualno različiti) enzimi katalizuju vezivanje masnih kiselina (14-18C) za glicerolfosfat

CLINICAL NUTRITION

Regulacija metabolizma masti:

a. metaboličkab. hormonska

a. Metabolička kontrola metabolizma masti se vrši preko metabolizma ugljenih hidrata: uticaj ugljenih hidrata na anabolizam masti (višak UH stimuliše skladištenje masti) uticaj ugljenih hidrata na katabolizam masti (manjak UH stimuliše razgradnju masti)

b. Najvažniji hormoni koji učestvuju u regulaciji metabolizma masti: hormon rasta (GH), adrenokortikotropni hormon (ACTH) i tireostimulišući

hormon (TSH), uzrokujući povećanje energetskih potreba dovode do povećanog oslobađanja slobodnih masnih kiselina iz unutrašnjih rezervi masti

kortizon i hidrokortizon (hormoni kore nadbubrežne žlezde), takođe, dovode do povećanog oslobađanja slobodnih masnih kiselina iz unutrašnjih rezervi masti

adrenalin i noradrenalin izazivaju povećanu razgradnju masti tiroksin povećava oslobađanje slobodnih masnih kiselina i snižava koncentraciju

holesterola u krvi insulin povećava sintezu lipida, dok glukagon povećava razgradnju masti i

oslobađanje slobodnih masnih kiselina.

CLINICAL NUTRITION

Fosfolipidi 90% fosfolipida nastaje u jetri metabolizam fosfolipida ima sličnu kontrolu kao i

ostale masti za pravilnu sintezu fosfolipida su potrebni holin

(sinteza lecitina) i inozitol (sinteza nekih cefalina)

Uloge fosfolipida: učestvuju u strukturi membrana u ćeliji sastavni deo lipoproteina (neophodni za njihovu

funkciju) tromboplastin (započinjanje procesa koagulacije) sfingomijelin (izolator mijelinskih struktura u

nervima) fosfolipidi su donori fosfatnih radikala

CLINICAL NUTRITION

Holesterol stvara se u svim ćelijama iz acetil-koenzima A 70% holesterola u lipoproteinima je u obliku estara egzogeni (iz hrane) i endogeni holesterol (uglavnom iz jetre)

Uloge holesterola: 80% holesterola se koristi za sintezu holne kiseline (žučne soli) sinteza steroidnih hormona poboljšanje kvaliteta kožnog omotača organizma

Kontrola koncentracije holesterola: povećan unos holesterola smanjuje aktivnost enzima za sintezu

endogenog holesterola povećan unos masti (triglicerida) povećava koncentraciju

holesterola smanjeni unos polinezasićenih masnih kiselina povećava

koncentraciju holesterola nedostatak insulina i tiroksina povećava koncentraciju holesterola

CLINICAL NUTRITION

Metabolizam belančevina

Metabolizam belančevina u ljudskom organizmu obuhvata hemijske reakcije u kojima učestvuju belančevine (i aminokiseline) poreklom iz hrane, kao i proteinski sastav (i aminokiseline) koji već postoji u ljudskom organizmu.

Metabolizam proteina je u fiziološkim uslovima podešen prema osnovnoj ravnoteži između anabolizma (formiranje, gradnja strukturnih i funkcionalnih proteina) i katabolizma (razgradnja tkivnih i funkcionalnih proteina). Ovaj dinamički odnos, pored ostalih spoljnih i unutrašnjih faktora, je i pod direktnom kontrolom faktora pohranjenih u genomu ćelija.

Obavezni dnevni gubitak proteina iznosi 20-30g pa je to minimalna količina proteina koju dnevno treba unositi. Preporučije se da dnevni unos proteina bude najmanje 60-75g.

CLINICAL NUTRITION

Metabolizam aminokiselina:

koncentracija aminokiselina u krvi iznosi 350-650g/L

višak aminokiselina u krvi posle obroka se apsorbuje u ćelije za 5-10min

aminokiseline se transportuju u ćeliju aktivnim transportom (mehanizam je specifičan za pojedine aminokiseline)

transport aminokiselina kroz ćelijsku membranu je pod uticajem hormona – insulina i hormona rasta

aminokiseline se u ćeliji deponuju u obliku proteina i po potrebi se vraćaju u krv zbog brojnih metaboličkih uloga

sinteza proteina je genski kontrolisana

CLINICAL NUTRITION

Upotreba aminokiselina za dobijanje energije:

pod dejstvom enzima aminotransferaze u jetri se odvija proces deaminacije (eliminacija amino grupe)

najčešći oblik deaminacije je transaminacija (prenošenje amino grupe na neku ketokiselinu)

eliminisanjem amino grupe nastaje odgovarajuća ketokiselina

ketokiselina se uključuje u metabolizam ugljenih hidrata (najčešće Krebsov ciklus)

amonijak koji nastaje procesom deaminacije u jetri se pretvara u ureju koja izlazi u krv i eliminiše se mokraćom

CLINICAL NUTRITION

Regulacija metabolizma proteina:

a. genskab. metabolička c. hormonska regulacija

Na metabolizam proteina u organizmu utiče veliki broj hormona koji pojedinačno i zajednički kontrolišu intenzitet i posebne oblike metabolizma proteina. Svi hormoni koji regulišu metabolizam ugljenih hidrata i masti značajno učestvuju i u regulaciji metabolizma proteina. Ipak, treba posebno istaći opšte anaboličke efekte hormona rasta (GH) i insulina, kao i specifične anaboličke efekte pojedinih steroidnih hormona (polni hormoni polnih žlezda i kore nadbubrega).