Metabolizmus a látková výmena

V ľudskom tele, tkanivách, orgánoch prebieha neustále rad chemických reakcií, čo označujeme ako metabolizmus – látková premena čo zahŕňa celý súbor dejov a reakcií, ktoré prebiehajú v živých organizmoch a zahrňujú premenu látok a energie. Tieto chemické reakcie metabolizmu predstavujú základ fyziologických funkcií tkanív a orgánov.
Procesy látkovej premeny rozdeľujeme do štyroch základných skupín:

1.získavanie energie
2.premena organických živín na stavebné jednotky makromolekúl
3.využitie týchto stavebných jednotiek na syntézu zložitejších látok napr. bielkovín, nukleových kyselín a lipidov,
4.syntéza a degradácia molekúl potrebných na plnenie osobitných funkcií buniek.

Metabolické reakcie v bunkách rozdeľujeme na rozkladné (katabolické) a syntetické (anabolické) procesy.Procesy látkovej premeny rozdeľujeme do štyroch základných skupín:

Na základe našich štyridsaťročných skúseností v oblasti medicíny a na základe poznania z anatómie a cytológie, že bunka je najmenšia základná funkčná jednotka organizmu, ktorá je základom stavby všetkých tkanív, orgánov a orgánových systemov z fyziologie, ktorá študuje funkciu buniek , z patofyziológie – študujúca zmeny funkcií buniek, orgánov a orgánových sústav pri chorobných procesoch, z biochémie , ktorá skúma chemické látky a chemické deje v ľudskom organizme a s molekulárnou biológiou, genetikou, organickou chémiou a fyzikálnou chémiou a lekárskou biochémiou a patologickou biochémiou, dokážeme dosiahnut pri správnom nastavení procesov v organizmu vyzdravenie chorobných stavov a rôznych ochorení ludského organizmu

V ľudskej bunke a medzi jej súčasťami je rovnovážny a dynamický vzťah, ktorý sa navonok prejavuje základnými životnými procesmi – a to látkovou premenou, rastom, rozmnožovaním a dráždivosťou a to všetko na úrovni atomov, molekúl, buniek ľudského tela ,a jej orgánmi/organelami/, orgánov a orgánových systémov.

Základné chemické procesy v organizme závisia od súhry medzi kyselinami a zásadami, ktoré prúdia striedajúcim rytmom v tekutinách v ľudskom organizme. Človek je so svojim stálym ph – 7,4 j zásaditou bytosťou a všetky prekročenia miery medzi ph 7,3-7,45 hrozí ohrozením života až smrťou.

Ochorenia vznikajú nerovnováhou medzi kyselinami a zásadami a zlým pomerom medzi elektricky kladne nabitými ionmi vodíka H a počtom a pomerom elektricky záporne nabitými ionov OH.

Orgány ktoré sú postihované stálym zlým pomerom kyselín a zásad strácajú svoju funkciu ochorejú a stálym ďalším patologickým pôsobením sa stávajú nefunkčnými.

Absolútnou podmienkou pochopenia funkcie organizmu je proces anabolizmu a katabolizmu.

Katabolizmus je metabolický proces , pri ktorom sa zložité molekuly ako cukry, tuky, bielkoviny, väčšinou v kaskáde biochemických reakcií štiepia na menšie a jednoduchšie molekuly. Pri tomto procese sa uvoľňuje energia, ktorá je vo forme ATP použitá pri opačných, anabolických procesoch.

Pri niektorých katabolických procesoch sa tvoria koncové produkty, ktoré sú pre organizmus už neužitočné alebo škodlivé, a sú z neho preto vylúčené – najčastejšie vylučovacou, tráviacou a dýchacou sústavou.

Príkladom katabolizmu je napríklad štiepenie bielkovín na aminokyseliny, alebo proces bunkového dýchania, kedy sa pri postupnej oxidácii atómov uhlíka a vodíka v molekule glukózy na CO2 a H2O získava energia

Katabolizmus bielkovín

Neukladajú sa do zásob organizmu a preto neustále prebieha ich odbúravanie a syntéza V črevách sa pomocou enzýmov štiepia na aminokyseliny, ktoré sa využívajú pri syntéze ďalších bielkovín, či látok ktoré obsahujú dusík. Pri ďalšom štiepení sa z aminokyseliny odštepuje aminoskupina vo forme toxického amoniaku NH3 Amoniak vstupuje do ornitínového cyklu a mení sa na močovinu, ktorá sa vylučuje sa močom Čo je dôležité je dusíková bilancia!

Dusíková bilancia je to vzájomný pomer množstva vylúčeného dusíka z organizmu a množstva prijatého dusíka do organizmu. Dusíková bilancia je v rovnováhe ak množstvo vylúčeného dusíka je rovnaké ako množstvo prijatého dusíka.

Rozlišujeme nasledovné dusíkové bilancie:

1. vyrovnaná dusíková bilancia = pomer medzi prijatým a vylúčeným dusíkom je v rovnováhe

2. pozitívna dusíková bilancia = ak sa do organizmu prijíma väčšie množstvo dusíka ako množstvo dusíka, ktoré sa z organizmu vylúči, napríklad keď organizmus rastie – aminokyseliny, ktoré prijíma organizmus použije na výstavbu nových tkanív

3. negatívna dusíková bilancia = ak sa z organizmu vylučuje väčšie množstvo dusíka ako množstvo dusíka, ktoré sa do organizmu dostáva, napríklad v starobe, v období závažného ochorenia – odbúravanie tkanív Kyselina močová je konečný produkt metabolizmu purínov, syntetizuje sa v pečeni a cirkuluje ako urát (soľ kyseliny močovej) vo voľnej forme v krvi. Keď sa prekročí jej index rozpustnosti, vznikajú v synoviálnej tekutine kryštály a v okolí klbov u pacientov s dnou tofy. Väčšina kyseliny močovej sa z tela odstráni obličkami a následne vylúči v moči, zvyšok v stolici.

Katabolizmus lipidov

Lipidy (tuky)– významný zdroj energie, Tvoria prostredie, v ktorom dochádza k rozpušťaniu látok, ktoré sú nerozpustné vo vode ako napr. niektoré vitamíny, hormóny alebo liečivá. Lipidy obaľujú nervové vlákna a základnou sú stavebnou zložkou bunkových membrán buniek. Pri katabolizme lipidov dochádza k hydrolytickému štiepeniu tuku v čreve na glycerol a vyššie mastné kyseliny (odbúravanie v procese β-oxidácie mastných kyselín) β-oxidácia mastných kyselín

Prebieha v mitochondriách. Mitochondrie sú respiračné – dýchacie a energetické centrá v bunke. Podstatou β-oxidácie mastných kyselín sú po sebe nasledujúce chemické reakcie. Pri nich sa uhlíkový reťazec mastnej kyseliny skracuje o dvojuhlíkové zvyšky – acytylkoenzým. Cyklus β oxidácia mastných kyselín sa po tomto kroku znova opakuje až dovtedy, pokiaľ sa molekula mastnej kyseliny úplne neodbúra na dvojuhlíkové zvyšky – acetyl-CoA.

Acetylkoenzým A, ktorý pri β oxidácii mastných kyselín vzniká sa ďalej odbúrava v Citrátovom cykle (Krebsov cyklus). Celý priebeh sa spája s uvoľňovaním veľkého množstva energie, ktorá sa ukladá v molekulách ATP. Príklad – pri odbúraní jedinej molekuly kyseliny stearovej dochádza k vzniku 147 molekúl ATP.

Syntéza

Syntéza / Anabolizmus je metabolizmus spojený s tvorbou nových organických látok a tvorbou štruktúr. Anabolizmus využíva energiu získanú chemosyntézou, alebo katabolizmom na tvorbu – syntézu zložitejších biomolekúl, ktoré zabezpečujú štrukturálnu podstatu a funkciu živých organizmov. Príkladom anabolizmu je tvorba bielkovín, z ktorých sú zložené napríklad svaly, alebo fosfolipidov, ktoré tvoria základnú zložku bunkovej membrány alebo syntéza DNA

Syntéza bielkovín

Proteíny sú makromolekulové látky s osobitným postavením v živých systémoch. Predstavujú štruktúru, ktorá podmieňuje základné prejavy života organizmov. V organizme nie je možné bielkoviny nahradiť žiadnymi inými zlúčeninami. Bielkoviny zastávajú predovšetkým stavebnú funkciu. Potrebujeme ich na rast a obnovu všetkých buniek a tkanív v tele, na činnosť svalov, na tvorbu hormónov, enzýmov, protilátok a ďalších biologicky významných látok. Výnimočne ich telo môže využiť aj ako zdroj energie.

Bielkoviny sú základnou zložkou akejkoľvek živej hmoty. V ľudskom tele je približne 14 kg bielkovín, najviac z nich pripadá na kolagén. Organizmus netvorí bielkoviny zo základných stavebných prvkov ( C, H, N). Bielkoviny prijíma potravou, rozkladá ich na aminokyseliny a tvorí si vlastné bielkoviny. Bielkoviny – proteíny – sú zložené z minokyselín, navzájom pospájaných peptidovou väzbou, preto sa zvyknú nazývať aj polypeptidy. Momentálne nepoznáme život bez bielkovín.

Proteosyntéza je proces, v ktorom sa tvoria bielkoviny. Skladá sa z dvoch krokov. V prvom kroku dochádza k prepisu – transkripcii genetického kódu DNA do m-RNA, čo prebieha v bunkovom jadre. V druhom kroku dochádza k prekladu – translácii kódu z RNA a tvorbe bielkovín, ktorá prebieha v ribozómoch.

Bielkoviny plnia v organizme mnohé základné funkcie:
štruktúrne – tvorba buniek a tkanív organizmov
katalytické – vo forme rozmanitých enzýmov
transportné – prenos biologicky aktívnych látok-hemoglobin, lipoprotein
pohybové – kontrakcia svalových vláken a celých buniek-myozin
obranné – vo forme protilátok- imunoglobulin, protilátky
regulačné – ako hormóny

Bielkoviny delíme podľa tvaru molekuly:
fibrilárne bielkoviny – vláknité, nerozpustné vo vode
globulárne bielkoviny – klbkovité, rozpustné vo vode

Podľa rozpustnosti:
albumíny – rozpustné vo vode
globulíny – nerozpustné vo vode

Podľa komponentov na jednoduché proteíny – sú zložené len z aminokyselin zložené proteidy – obsahujú aj nebielkovinovú zložku:

nukleoproteidy – obsahujú zložku nukleovej kyseliny glykoproteidy – majú v molekule poloysacharid fosfoproteidy – v molekule majú viazanú fosfoskupinu lipoproteidy – nebielkovinovou zložkou sú lipidy napr. LDL, HDL metaloproteidy – obsahujú v molekule ión kovu ako napr. bielkovina feritín obsahuje železo chromoproteidy – spôsobuje výrazné sfarbenie molekuly ako napr. hemoglobín obsahuje hem.

Základnou stavebnou jednotkou bielkovín sú aminokyseliny. Z chemického hľadiska obsahujú štyri základne prvky nevyhnutné pre život – uhlík, vodík, kyslík a dusík a niektoré aj síru

Syntéza sacharidov

V živých organizmoch sú sacharidy hlavný zdroj energie pre metabolické pochody. Energia sa uvoľňuje biochemickými reakciami, uvoľňuje sa oxid uhličitý a voda. Sacharidy predstavujú hlavný zdroj energie pre metabolické pochody, energetickým spaľovaním sacharidov sa uvoľňuje energia, ktorú môže organizmus využiť na všetky životné deje, sú aj stavebnou jednotkou nukleových kyselín, majú zásobnú funkciu , tvoria rezervné látky v organizme, ktoré sa môžu metabolizovať na iné látky potrebné v organizme… Sacharidy by mali tvoriť 55 – 60 % energetického príjmu stravy. živočíšny organizmus prijíma sacharidy potravou.

Najdôležitejším sacharidom v organizme je glukóza, ktorá vzniká trávením polysacharidov. Jej biologická hodnota spočíva v tom, že je bezprostredným dodávateľom energie pre všetky bunky, hlavne pre bunky centrálnej nervovej sústavy a erytrocyty. Glukóza môže byť využitá telom okamžite spálená na oxid uhličitý a vodu, uvoľní sa energia alebo uložená vo svaloch a pečeni vo forme zásobného cukru – glykogénu. Ak je hladina glukózy na maximálnej úrovni a zásoby glykogénu sú plné, premení pečeň nadbytočnú glukózu na tuk.

Metabolizmus sacharidov

druhy metabolických procesov, pri ktorých sú cukry dôležitou súčasťou:

1. Glykolýza – Ide o proces, kedy sa cukry v určitých chemických reakciách premieňajú na energiu. Výsledkom tejto premeny je ATP (adenozíntrifosfát), ktorý je univerzálnym zdrojom energie. Glykolýza vo všeobecností prebieha vo všetkých bunkách organizmu

1. Anaeróbna – glykolýza v prostredí organizmu prebieha vtedy, ak má telo dostatok kyslíka. V prípade aeróbnej glykolýzy je výsledkom jednak energia – ATP, ale tiež sa tvorí kyselina pyrohroznová, inak nazývaná aj pyruvát, ktorý následne pokračuje do koncového dýchacieho reťazca a citratového/krebsovho cyklu, kde sa z neho získava ďalšia energia – 8 molekúl ATP

2. Aeróbna– glykolýza prebieha vtedy, ak telo nemá dostatok kyslíka na pokrytie premeny cukrov za aeróbnych podmienok. Anaeróbnu premenu preferujú hlavne svaly a to konkrétne pri takom výkone, kedy nie sme schopný dodať telu dosť kyslíka a tak telo prechádza na anaeróbnu glykolýzu. Výsledným produktom anaeróbnej glykolýzy je kyselina mliečna, inak tiež nazývaná laktát ako konečný produkt, lebo pri anaeróbnej glykolýze nefunguje koncový dýchací reťazec, lebo je nedostatok kyslíka a tak sa pyruvát premieňa na laktát, ktorý po skončení záťaže odbúravame hyperventilovaním , teda tým, že do tela dostaneme znovu kyslík. Energia získaná su 2 molekuly ATP

Aj keď za anaeróbnych podmienok nezískame taký počet molekúl ATP, ako za aeróbnych podmienok, je ale dôležité spomenúť, že anaeróbna glykolýza je podstatne rýchlejšie a tak dokáže svaly zásobovať energiou rýchlejšie.

2. Metabolizmus glykogénu – Glykogén je v podstate forma zásoby energie. Je uložený hlavne v pečeni, ale aj vo svaloch. Telo sa drží v krvi v určitej hladine a pracuje s ňou podľa potreby. Ak náhodou dôjde ku stavu, že klesne koncentrácia, alebo hladina glukózy v krvi, okamžite sa dopĺňa so zásob glykogénu uloženého v pečeni. Zásoby glykogénu uložené vo svaloch nemôžu byť využité (ak sa raz uloží glukóza do svalu ako glykogén, môže byť táto energia využitá len na činnosť samotného svalu), kvôli absencií enzýmu, ktorý je potrebný na to, aby sa glykogén znovu premenil na voľnú glukózu. V období hladovania, teda za predpokladu, že by sme nezjedli žiadne sacharidy, telo dokáže udržiavať hladinu glukózy zo zásob glykogénu približne 24 hodín a potom tento problém začne riešiť hlavne pomocou glukoneogenézy. Tento odhad sa týka bežného dňa bežného človeka. Pokiaľ by sme organizmus zaťažovali napríklad cvičením, alebo inou aktivitou, tak by sme zásoby glykogénu vyčerpali skôr. Reguláciu metabolizmu glykogénu zabezpečujú hormóny glukagón, adrenalín a inzulín. Glukagón a adrenalín pôsobia na telo tak, že aktivujú štiepenie glykogénu a inhibujú (zastavujú) jeho syntézu. Inzulín naopak inhibuje štiepenie glykogénu a aktivuje jeho syntézu. Čiže pokiaľ máme málo glukózy v krvi (pri námahe, stresové situácie – jednoducho v situáciách, kedy telo potrebuje viac prísunu energie, alebo len nedoplníme sacharidy po dlhšiu dobu) vyplaví sa hormón glukagón, alebo adrenalín (záleží na druhu situácie). Pokiaľ máme dosť glukózy, napríklad kvôli tomu, že sme je prijali zo stravy, vylúči sa inzulín. Pokiaľ nastane taký prípad, že zásoby glykogénu sú doplnené na „maximum“ a tiež aj hladina glukózy v krvi (inak hladina glukózy v krvi sa označuje glykémia, len pre info) je tiež naplno, tak sa prebytočný cukor začne ukladať do tukových buniek a jednoducho povedané, začneme tučnieť.

3. Glukogenéza – Ak je v potrave nedostatok sacharidov, využíva na ich syntézu aminokyseliny (z bielkovín) alebo glycerol (z tukov), tento proces sa volá glukoneogenéza. Je vlastne tvorba glukózy z látok necukorného charakteru. Vo väčšine prípadoch ide o aminokyseliny. Glukoneogenéza neprebieha stále, ale len vo výnimočných prípadoch. Telo si totižto musí udržiavať určitú hladinu glukózy v krvi, ako sme si už povedali pred chvíľou. Čiže ak telo nemá dostatočný príjem sacharidov zo stravy, tak začne využívať aminokyseliny ku tomu, aby si syntetizovalo glukózu a následne ju doplnilo do krvi.

Podľa rozpustnosti:
albumíny – rozpustné vo vode
globulíny – nerozpustné vo vode

Podľa komponentov na:
jednoduché proteíny – sú zložené len z aminokyselin
zložené proteidy – obsahujú aj nebielkovinovú zložku:
nukleoproteidy – obsahujú zložku nukleovej kyseliny glykoproteidy – majú v molekule poloysacharid
fosfoproteidy – v molekule majú viazanú fosfoskupinu
lipoproteidy – nebielkovinovou zložkou sú lipidy napr. LDL, HDL
metaloproteidy – obsahujú v mZ hľadiska výživy človeka ich delíme cukry na:

Energeticky využiteľné:
monosacharidy (glukóza, fruktóza, galaktóza)
disacharidy (sacharóza, laktóza, maltóza)
polysacharidy : zásobné (škrob, glykogén, inulín),
stavebné (celulóza)

2. Energeticky nevyužiteľné: ktoré tvoria nestráviteľnú zložku rastlinnej potravy ako celulózy , pektíny, gumy, slizy, lignín a pod. Označujú sa všeobecne ako vláknina. Pojmom vláknina označujeme teda súčasti rastlín a plodov, ktoré v nezmenenej forme prechádzajú tráviacim ústrojenstvom a nepodliehajú enzymatickému štiepeniu a ani vstrebávaniu. Vlákniny rozdelujeme na:

Vláknina nerozpustná vo vode sú celulóza lignín obsahujú ich apríklad mrkva, kaleráb. šupky obilných zŕn, ovsené vločky, egreš, ríbezle, šupky jabĺk, hrušiek, hrozna, zemiakov, zelenina…

V čreve absorbuje množstvo vody, a vytvára väčší objem stolice a udržuje pocit sýtosti. Udržuje stálu peristaltiku čriev, čo vedie k pravidelnej stolici.prevencii zápchy, divertikujloz čreva a rakoviny hrubého čreva . Urýchlením priechodu tráveniny črevom sa znižuje tvorba toxických látok, vyplavujú sa karcinogény, žlčové kyseliny a cholesterol.

b. Vláknina rozpustná vo vode
obsahuje ich ovocie a zelenina , nachádza sa v citrusových plodoch, banánoch, jablkách, hruškách, ríbezliach, šípkach, sušenom ovociií , mak, orechy rôzneho druhu, kôpri, mrkve, kapuste, ako aj v ovse a v jačmeni, v semenách ľanu, chaluhách, morských riasach, hubách, strukovinách, ako hrach, cícer, sója, fazula, bôb, Na rozdiel od nerozpustnej vlákniny pohyb potravy črevami spomaľuje. Spomaľuje trávenie a vstrebávanie sacharidov, tým ich prísun do krvi prebieha plynulo a postupne, nie nárazovo, čo je pre organizmus priaznivé. Znižuje sa tak riziko vzniku diabetes mellitus II. (cukrovky). Rozpustná vláknina tiež v črevách na seba nabaľuje žlčové kyseliny a cholesterol a znižuje tak množstvo cholesterolu v tele. Znižuje tým riziko vzniku aterosklerózy, mozgovej mŕtvice a vzniku žlčových kameňov. Pozitívnou vlastnosťou vlákniny je adsorpcia toxických látok v lúmene čreva, ktoré sa potom nevstrebávajú do krvného obehu.
Molekule ión kovu ako napr. bielkovina feritín obsahuje železo chromoproteidy – spôsobuje výrazné sfarbenie molekuly ako napr. hemoglobín obsahuje hem.