15.5.2020

1

Metabolizmus a fyziológia výživy

Výživa – príjem látok do organizmu potrebných na zabezpečenie životne dôležitých procesov- tuky, cukry, bielkoviny, minerálne látky, vitamíny, voda

Metabolizmus – energetické a chemické procesy, ktoré prebiehajú v organizme po prijatí potravy, vrátane mechanického spracovania, trávenia, resorbcie a distribúcie k bunkám

Zákony termodynamiky – energia pri premene nezaniká, len sa mení z jednej formy na druhú

pozitívna energetická bilancia – príjem energie je vyšší ako jej výdaj, zvyšovanie telesnej hmotnosti

negatívna energetická bilancia – príjem energie je nižší ako jej výdaj, znižovanie telesnej hmotnosti – energia sa získava katabolizmom zásobných látok

chuť do jedla – v živočíšnej ríši býva presne regulovaná, len výnimočne vzniká obezita

kalorický príjem človeka

- zabezpečenie základných životných funkcií a energetickej rovnovázhy– 8400 kJ (2000 kcal) za deň (kalória = 4,184J)- 1 kalória je množstvo energie potrebnej na zohriatie vody o

1oC- za zabezpečenie ľahkej práce k tomu potrebuje ešte 2100 kJ (500

kcal) denne- pri ťažkej fyzickej práci potrebuje navyše 4150 kJ (990 kcal) denne

15.5.2020

2

jouly – používajú sa na meranie všetkých foriem energie, nie len tepla, SI jednotkakalórie – staršia jednotka

Bazálny metabolizmus – množstvo energie potrebnej na zabezpečenie organizmu v bazálnych podmienkach - bdelý stav, fyzický aj psychický pokoj- post-absorbčný stav – stav 12-18 hodín po prijatí

posledného jedla- termoneutrálna zóna

- ešte nižšia úroveň metabolizmu je v spánku – o 10%- pri dlhodobom hladovaní sa bazálny metabolizmus

znižuje o 40%

- pri metabolickom obrate pri záťaži sa môže intenzita metabolizmu maximálnom zvýšiť aj 20x

15.5.2020

3

Faktory ovplyvňujúce metabolickú úroveň- svalová aktivita – spotreba O2 sa zvyšuje nie len po fyzickej námahe,

ale aj po nej (vyrovnanie kyslíkového dlhu)- spracovanie potravy

- špecificko-dynamický efekt potravy – energia vynaložená na trávenie a resorpciu

- bielkoviny – zvyšujú bazálny metabolizmus o 30 %- tuky a cukry – zvyšujú bazálny metabolizmus o 5-10 %

- teplota

- ak organizmus nie je v termoneutrálnej zóne, zvyšuje sa metabolizmus za účelom termoregulácie

- povrch tela – čím väčší povrch tela, tým je pomer bazálneho metabolizmu k telesnej hmotnosti vyšší

- pohlavie – muži majú vyšší bazálny metabolizmus o 5-7 %, ženy majú viac tukového tkaniva a muži svalového, svaly majú vyšší metabolizmus (aktivitu) ako tuk

- vek – počas života prvé 3-6 rokov bazálny metabolizmus stúpa a potom pomaly postupne klesá

Regulácia metabolizmu hormónmi- hormóny štítnej žľazy (T3 a T4) – metabolizmus zvyšujú- katecholamíny drene nadobličiek – metabolizmus zvyšujú

Bazálny metabolizmu sa zvyšuje v tehotnosti a počas dojčenia

Meranie energetického metabolizmu- množstvo energie vynaloženej na jednotku času- priama kalorimetria – meranie založené na tom, že oxidácia živín

mimo organizmu uvoľní rovnaké množstvo energie ako v organizme

- v kalorimetre sa spáli potrava a odmeria sa množstvo vzniknutého tepla

- energetická hodnota potravy:- 1g cukrov uvoľní 17,1 kJ (4,1 kcal)- 1g bielkovín 23 kJ (5,4 kcal)- 1g tukov 38,9 kJ (9,3 kcal)

15.5.2020

4

- spaľovanie tukov a cukrov v organizme je úplné a preto priama kalorimetria odráža oxidáciu v organizme

- bielkoviny sa neoxidujú úplne, lebo koncovým produktom ich katablizmu sú okrem vody a CO2 aj močovina alebo iné dusíkaté látky

- fyziologická energetická hodnota bielkovín je 17,1 kJ(4,1 kcal)

Nepriama kalorimetria

- množstvo tepla uvoľnené za jednotku času pri premene látok možno vypočítať z množstva spotrebovaného O2 a CO2

- množstvo energie, ktoré sa uvoľňuje v organizme pri spotrebe 1 litra kyslíka závisí od druhu oxidovaných živín – energetický ekvivalent O2

Respiračný kvocient RQ

- pomer medzi vytvoreným CO2 a spotrebovaným O2

- RQ = V(CO2)/V(O2)- oxidácia sacharidov: RQ = 1- oxidácia tukov: RQ = 0,7- oxidácia bielkovín: RQ = 0,8

Energetické zásoby:

74 % - tuky (triacylglyceroly v tukovom tkanive)1 % - glykogén (v pečeni a vo svaloch)25 % - bielkoviny (ako zdroj energie len pri hladovaní)

Energia získaná katabolicky sa uskladňuje vo forme makroergických väzieb

- ATP – adenozíntrifosfát – ATP – ADP štiepenie uvoľní 12 kcal

- glukóza-6-fosfát- kreatínfosfát- quanozíntrifosfát – GTP- citidíntrifosfát – CTP- uridíntrifosfát – UTP- inozíntrifosftá – ITP- koenzým A - CoA

15.5.2020

5

Metabolizmus – energetické a chemické procesy, ktoré prebiehajú v organizme po prijatí potravy, vrátane mechanického spracovania, trávenia, resorbcie a distribúcie k bunkám- riadený endokrinným aj nervovým systém- tuky, cukry a bielkoviny sa rozkladajú, pričom sa uvoľňuje energia- využívajú sa aj ako stavebné jednotky nových štruktúr, signálnych

látok a enzýmov- voda slúži ako reaktant pri hydrolytických reakciách, rozpúšťadlo

a suspenzné médium pre chemické reakcie- pri oxidácii živín vzniká oxid uhličitý, voda a energia

Katabolizmus – rozklad látok - proces pri ktorom sa metabolickými dráhami tvoria z väčších molekúl menšie molekuly a dochádza k uvoľneniu energie- energia sa uvoľňuje vo forme tepla a ako chemická energia- teplo – význam pre tepelnú homeostázu- chemická energia sa uskladňuje vo forme ATP

Anabolizmus - syntéza látok, z jednoduchších stavebných látok vznikajú zložité molekuly a energia sa spotrebováva

- metabolizmus je súbor chemických reakcií, z ktorých mnohé sú enzymaticky katalyzované

- enzýmy okrem uľahčenia reakcie umožňujú jej riadenie- aktivita enzýmov často závisí na prítomnosť koenzýmu (môže to byť aj

substrát)- o substráte sa ako o koenzýme uvažuje vtedy, ak je to nešpecifický

substrát prítomný v mnohých reakciách, ktorý buď poskytuje alebo prijíma elektrón, atóm alebo skupinu atómov

15.5.2020

6

Koenzýmy, ktoré sú najčastejšie využívané v metabolických reakciách

nikotínamid adenín dinukleotid

- NAD+ oxidačné činidlo, príma elektróny od iných látok čím sa vytvorí NADH, ktorý môže tento elektrón neskôr poskytnúť v metabolickej reakcii

15.5.2020

7

flavín adenín dinukleotid FAD

- odvodený od riboflavínu – vitamín B2

Acetylkoenzým A (poskytuje acylovú skupinu)- spája sa s kyselinou pyrohroznovou (koncový produkt

aneróbnej glykolýzy) za vzniku acetyl-CoA, ktorý môže prejsť do Krebsovho cyklu

15.5.2020

8

Acetylkoenzým Q

aktivátor uncoupling proteínovanitoxidantregulátor mitochondriálnych pórovredoxný komponent mitochondriálneho dýchacieho reťazca

15.5.2020

9

Metabolizmus cukrov

cukry – sacharidy, glycidy- najvyššie pomerné zastúpenie v prijímanej potrave- škrob – rastliny, glykogén – svaly živočíchov, celulóza – rastliny,

človek ju nemetabolizuje- monosacharidy – glukóza (80 %, v krvi 3,8-6,1 mmol/l), fruktóza a

galaktóza

- po vstupe do bunky sa glukóza enzýmom hexokináza premieňa na glukóza-6-fosfát, spotrebuje sa na to 1xATP

- vo väčšine buniek je to ireverzibilné, len v pečeni, črevnej sliznici a tubulárnom epiteli obličiek, ktoré obsahujú enzým fosfatáza sa fosfát z glukóza-6-fosfátu môže odštiepiť a glukóza môže z buniek vystúpiť

- glykolýza – degradácia glukózy zo 6C sa deje v cytoplazme

15.5.2020

10

- glykolýzou sa získava len 5 % energie z celkovej energie, ktorú je možné uvoľniť z glukózy- 43 % efektivita- je to príprava pre krebsov cyklus – cyklus trikarboxylových kyselín

Krebsov cyklus – v mitochondriách- z kyseliny pyrohroznovej sa spája s molekulou koenzýmy A a tvorí acetyl-CoA- KC nemôže prebiehať v anaeróbnych podmienkach

15.5.2020

11

15.5.2020

12

15.5.2020

13

Tvorba kyseliny mliečnej

- ak kyselina pyrohroznová kvôli nedostatku O2 nemôže vstupovať do Krebsovho cyklu- pomocou enzýmu enzýmu laktát dehydrogenáza a NADH+H+ vzniká kyselina

mliečna- tá sa dostáva uľahčenou difúziou von z buniek, čo ovplyvňuje acidobázickú

rovnováhu- keď sa kyslíkový dlh skončí, pomocou laktát dehydrogenízy sa kys. mliečna premení

na kyselinu pyrohroznovú, alebo v pečeni na glukózu

Pentózový cyklus

- takto sa metabolicky degraduje až 30 % glukózy a to najmä v pečeni- metabolizuje sa jedna molekula glukózy za vzniku 1 molekuly CO2 a 4 atómov

vodíka- vodík sa viaže na NADP+ za vzniku NADPH+H+

- NADPH+H+ sa môže využiť pri syntéze vyšších karboxylových kyselín- význam cyklu je v tvorbe pentóz pre metabolizmus nukleových kyselín a v

tvorbe NADPH+H+

15.5.2020

14

Glukoneogenéza- tvorba glukózy z aminokyselín (AK), kyseliny mliečnej, glycerolu, z lipidov- asi 60 % AK môžu byť zdrojom glukózy- tvorba glukózy pre potreby ostatných tkanív prebieha v pečni

- regulácia – inzulín a glukagón- adrenokortikotropný hormón- tyreotropný hormón- hormóny drene (adrenalín) a kôry nadobličiek (glukokortikoidy)- hormóny šťítnej žľazy - tyroxín

trijodtyronin (T3) a tetrajodtyronin (T4-tyroxín) stimulujú glukoneogenézu a glykogenolýzu

15.5.2020

15

Metabolizmus tukov- najdôležitejšia rezerva organizmu- 50 % v získavaní energie v biologických oxidáciách- cca. polovica tukov je uložená v podkožnom tkanive- okolo obličiek a abdominálny tuk- neutrálne tuky – triacylglyceroly

- energetická zásoba- fosfolipidy – stavebná f.- cholesterol – stavebná f. – len zo živočíšnych tkanív- organizmus si nevie syntetizovať nenasýtené MK (kys.

linolénová a arachidónová) – esenciálne vyššie karboxylové kyseliny, ktoré musia byť prímané v potrave – využitie pri syntéze prostaglandínov

- v potrave sa najčastejšie vyskytuje kys. starová a 18C reťazom, kys. palmitová 16C a kys. olejová 18C nenas.

- v potrave sú nasýtené tuky v tuhom stave a nenasýtené v tekutom

15.5.2020

16

- fosfolipidy sú súčasťou potravy, sú zložené z glycerolu a vyšších karboxylových kyselín a dusíkatej bázy

- cholesterol – jeho zdrojom sú len živočíšne tkanivá, napr. žĺtok, pečeň

Transport tukov v organizme

- ako lipoproteíny- ako voľné vyššie mastné kyseliny

- v tráviacom trakte sa tuky resorbujú do lymfy ako chylomikróny(0,08-0,6 um) tvorené triacylglycerolmi (tých je najviac), fosfolipidmi, cholesterolom a bielkovinou apoproteín B1, z lymfy prechádzajú do krvného obehu

- cca 4 hodiny po prijatí potravy (postabsorpčný stav) sa všetky chylomikróny z krvi vychytajú bunkami tukového tkaniva a pečeňou (po hydrolýze triacylglycerolov lipoprotínovou lipázou)

Lymfaticý systém je tvorený sústavou lymfatických ciev a uzlín a lymfatickými orgánmi (thýmus, slezina, mandle)- transport tekutín a látok z medzibunkového prostredia do

cirkulácie- podieľa sa na resorbcii tukov z GIT- účasť na imunologických reakciách

- iniciálne lymfatické cievy začínajú voľne z intersticiálnehopriestoru

- nenachádzajú sa v mozgu ani placente- iniciálne cievy tvoria zberné cievy s chlopňami a prechádzajú

uzlinami- uzliny filtrujú lymfu, zachytávajú a fagocytujú rôzne patogény,

tvoria sa tu lymfocyty- cievy vytvárajú lymfatické kmene, ktoré ústia do venózneho

systému, hlavný je ductus thoracicus

15.5.2020

17

Chilomikrón

15.5.2020

18

- v postabsorbčnom stave sa 95 % tukov transportuje v krvi vo forme lipoproetínv, ktoré sú tvorené hlavne v pečeni

- majú podobné zloženie ako chilomikróny, ale sú menšie- skladajú sa z triglyceridov, cholesterolu, fosfolipidov a proteínov- 4 tiredy- lipoprotíny s veľmi malou hustotou – very low density lipoproteins VLDL –

transportujú endogénne triglyceridy- lipoprotíny s nízkou hustotou – low density lipoprotins – LDL – transportujú

cholesterol- lipoproteíny so strednou hustotou – omtermediate density lipoproteins IDL –

transportujú triglyceridy a cholesterol- lipoproteíny s vysokou hustotou – high density lipoproteins HDL – transportujú

estery cholesterolul- voľné vyššie karboxylové kyseliny sa viažu s albumínom a takto sa prenášajú

krvou

- nadbytok tukov v potrave má za následok zvýšenú tvorbu LDL – tie sú zdrojom cholesterolu pri syntéze steroidných horónov a výstavbe bunkových membrán, LDL sa zachytávajú na LDL receptory bunkových membrán a uvoľňujú cholesterol do vnútra buniek – ak je proces príliš intenzívny – vznikajú ateroslerotické plaky

15.5.2020

19

- pri vysokej koncentrácii HDL sa znižuje riziko aterosklerózy- HDL dokážu vychytávať voľný cholesterol a esterifikovať ho, ten sa posúva do jadra

HDL, transportuje sa do pečene, ktorá cholesterol vychytáva a tvoria sa z neho žlčové kyseliny

15.5.2020

20

Katabolizmus tukov- hydrolýza triacylglycerolu na glycerol a vyššie mastné kyseliny- hormón senzitívna lipáza, je aktivovaná ACTH, STH, andrenalínom, glukagónom a

tyroxínom- inzulín hormón senzitívnu lipázu tlmí- glycerol sa mení na glyceraldehyd-3-fosfát a štiepi sa ako cukry- vyššie karboxylové kyseliny sa rozkladajú β-oxidáciou v mitochondriách na 2-uhlíkaté

zvyšky Acetyl-CoA, ktoré sa potom štiepia v krebsovom cykle- z jednej molekuly kys. palmitovej vznikne až 129 molekúl ATP

Ketolátky- tvoria sa z acetyl-CoA v pečeni- kyselina β-hydroxymaslová a kys. acetooctová – hlavné ketolátky tvorené v pečeni pre

exptrahepatálne tkanivá

Lipogenéza- pri nadbytku cukrov (a dostatočnej zásobe glykogénu) sa tvoria tuky, najmä v pečeni a

menšou mierou vo tukovom tkanive- novovzniknuté tuky sa transportujú vo forme VLDL a ukladajú sa v tukovom tkanive- zásoba energie

15.5.2020

21

Metabolizmus bielkovín

- bielkoviny – základná stavebná zložka organizmu- 10 kg bielkovín v tele, 6 kg je metabolicky aktívnych- albumíny, globulíny fibrinogén- sú osmoticky aktívne- aminokyselinové reťazce pospájané peptidovou väzbou

Katabolizmus bielkovín

- najmä v pečeni- deaminácia – odstránenie NH2 skupiny z aminokyselín - aminotransferáza prenáša NH2 skupinu na kyselinu 2-

oxoglutarovú, pričom vzniká kyselina glutamová- ďalšími reakciami vzniká močovina, ktorá sa vylučuje obličkami- oxokyseliny vznikajúce deamináciou aminokyselín môžu vstupovať

do Krebsovho cyklu- vyrovnaná, negatívna a pozitívna dusíková bilancia

- regulácia metabolizmu bielkovín- testosterón – anabolický hormón- katabolické hormóny: glukagón, ACTH- inzulín podporuje transport niektorých AK do buniek- hormóny štítnej žľazy podporujú rast tkanív a orgánov a syntézu

bielkovín

15.5.2020

22

Ďakujem za pozornosť