Transcript METABOLISMUS Sacharidů a Lipidů

METABOLISMUS
Sacharidů a Lipidů
PhDr. Michal Botek, Ph.D.
Fakulta tělesné kultury, UP Olomouc
Prezentace obsahuje materiály vypracované doc. MUDr. Pavlem Stejskalem, CSc.
Energie
Při chemických reakcích se tato energie buď
uvolňuje
• exergonické reakce (např. biologická oxidace vodíku)
nebo spotřebovává
• endergonické reakce (např. syntéza polysacharidů, bílkovin)
METABOLISMUS
… přeměna látek v organismu …
Katabolismus
proces, při kterém z látek složitějších
vznikají látky jednodušší
+
energie a teplo
Anabolismus
proces, při kterém z látek jednodušších
vznikají látky složitější
- energie
Anabolismus (výstavbový proces)
z látek jednodušších vznikají látky složitější
(stavební látky – bílkoviny a zásobní látky – glykogen a triglyceridy)
Vyžadují dodávání energie, která se při nich spotřebovává
• Obnovování živé hmoty
• Vytváření energetických zásob (pro mechanickou práci, transport
membránou, atd.)
• Vytváření látek potřebných k řízení (např. hormonů)
Katabolismus (rozkladový proces)
rozklad látek složitějších
(zásobních látek nebo přijatých živin)
na látky jednodušší a energii
Např. oxidativní procesy - uvolňují ze sloučenin volnou energii
Energie uvolněná katabolickými pochody
• Udržení tělesných funkcí
• Štěpení a využití potravy
• Termoregulace
• Pohybová aktivita
Lidský organismus má k dispozici
relativně velké množství energie:
•
Zásobní cukr - glykogen (muž o hmotnosti 70 kg
má asi 500 g glykogenu, z toho 400 g ve svalech
a 100 g v játrech – poskytuje energii asi 2500 kcal).
•
Glukóza v krvi (asi 20 g = 100 kcal)
•
Tuk (asi 112.000 kcal, tj. asi 80% všeho paliva v těle)
•
Proteiny (asi 25.000 kcal, tj. asi asi 18%)
nejsou běžně využitelné
ENERGETICKÝ METABOLISMUS
• KALORIE (cal, malá kalorie, gram kalorie)
Množství energie zvyšující teplotu 1 g vody z 15 na 16o C.
Kilokalorie = kcal = 1000 cal = 4,18 kJ
ENERGETICKÝ METABOLISMUS
• KALORIMETRIE
• Měření energie uvolněné spálením potravy mimo tělo
• PŘÍMÁ KALORIMETRIE (kalorimetr)
Běžná potrava
sacharidy = 4,1 kcal/g
tuky = 9,3 kcal/g
proteiny = 5,3 kcal/g
SPALNÉ TEPLO
ENERGETICKÝ METABOLISMUS
NEPŘÍMÁ KALORIMETRIE
Měření spotřeby kyslíku (VO2), která je úměrná
množství vydané energie za jednotku času
(s výjimkou situací, kdy vzniká a je splácen kyslíkový
dluh).
Přibližně a obecně - 1 litr O2 uvolní 4,82 kcal = 5kcal
ENERGETICKÝ EKVIVALENT (EE)
ENERGETICKÝ VÝDEJ
ENERGETICKÝ EKVIVALENT (EE)
• sacharidů
21,1 kJ = 5,05 kcal
• proteinů
18,0 kJ = 4,31 kcal
• lipidů
19,0 kJ = 4,55 kcal
Neúplný rozklad dusíkatých sloučenin
ENERGETICKÝ METABOLISMUS
RESPIRAČNÍ KVOCIENT (RQ)
CO2/O2 za jednotku času za ustáleného stavu
RQ celkem = 0,82
RQ sacharidů = 1,00
RQ tuků = 0,70
RQ proteinů = 0,82
ENERGETICKÝ METABOLISMUS
• FAKTORY OVLIVŇUJÍ INTENZITU METABOLISMU
1. Tělesná práce (v průběhu i během zotavení kompenzace kyslíkového dluhu).
2. Specificko-dynamický účinek potravy (asimilace
živin v těle).
SDÚ:
proteinů ………. 0,70,
sacharidů ….... 0,94,
tuků …………… 0,96.
ENERGETICKÝ METABOLISMUS
• INTENZITA METABOLISMU
3. Vnější teplota - tvar písmene U
a) nižší než tělesná teplota aktivace mechanismů pro udržení tepla (např. třes)
- intenzita metabolismu vzrůstá (hormony)
b) vyšší než tělesná teplota zvyšuje se teplota těla a vzrůstá metabolismus
Termoregulace – energeticky náročný proces
ENERGETICKÝ METABOLISMUS
4. Výška, váha a povrch těla (čím větší - tím větší)
5. Pohlaví (muži vyšší)
6. Věk (čím vyšší, tím menší)
7. Emoce (vzrušení zvyšuje metabolismus - adrenalin
zvyšuje svalové napětí v klidu,
apatie a deprese snižují metabolismus)
8. Tělesná teplota (vzestup o 1o C, vzestup o 14%)
9. Hladina hormonů štítné žlázy v krvi (T4, T3)
10. Hladina adrenalinu a noradrenalinu v krvi
BAZÁLNÍ METABOLISMUS (BMR)
ENERGIE pro udržení všech
vitálních funkcí
BAZÁLNÍ METABOLISMUS
závisí na
1. povrchu těla (tělesná výška a hmotnosti)
2. věku (věkem se snižuje)
3. pohlaví (žena nižší – tuk nižší metabolismus než svaly)
Zdravý dospělý muž mladšího věku
BMR = 40 kcal/m2/hod
= 2000 kcal/den
BAZÁLNÍ METABOLISMUS (BMR)
• VLEŽE, KLID, NEUTRÁLNÍ TEPLOTA OKOLÍ
• 12 - 14 HODIN PO JÍDLE, 24 HODIN BEZ
VYČERPÁVAJÍCÍ TĚLESNÉ PRÁCE
BMR - ZÁVISLOST NA VĚKU A POHLAVÍ
60
55
kcal/m2/hod
50
MUŽI
ŽENY
45
40
35
30
2
8
16
20
30
VĚK
40
50
60
KLIDOVÝ ENERGETICKÝ VÝDEJ
1 MET
množství kyslíku, které člověk spotřebuje
v klidu
za 1 min/1 kg hmotnosti
asi 3,5 ml/kg/min
Svaly v klidu, při lehké práci
a v průběhu regenerace
spotřebovávají mastné kyseliny (MK)
(vznikají rozkladem tuků - triglyceridy)
Mozek spotřebuje v klidu
asi 70 - 80% krevní glukózy
většinu zbylé glukózy spotřebují
v klidu červené krvinky
Při tělesné práci se zvyšuje glykogenolýza
a stoupá i spotřeba glukózy ve svalech
(vytváří se z jaterního glykogenu)
V průběhu zotavení
je spotřebovaný jaterní glykogen
okamžitě doplňován glukoneogenezí
zatímco glykogenolýza je redukovaná
UTILIZACE GLUKÓZY BUŇKAMI
• Normální koncentrace GL v krvi
(euglykémie)
asi 5 mmol/l = 90 mg/100 ml krve
• Po jídle stoupá až na 9 mmol/l
(hyperglykémie)
• Opakem je hypoglykémie (např. 2 mmol/l)
(dlouhodobé hladovění, několikahodinová
intenzivní pohybová aktivita bez přísunu
sacharidů)
UTILIZACE GLUKÓZY BUŇKAMI
• Koncentrace GL v krvi a v mimobuněčné tekutině je
vyšší než uvnitř buněk
gradient pro vstup GL do buněk
• GL je hydrofilní, proto přechází špatně přes
hydrofobní buněčnou membránu (semipermeabilní)
• GL potřebuje transportér
transportní proteiny
GLUT1, GLUT2, GLUT3, GLUT4, GLUT5
(tzv. zprostředkovaná difúze)
ENERGETICKÉ SYSTÉMY
ATP, ATP – CP komplex (makroergní fosfáty):
nejrychlejší (pohotovostní) zdroj energie,
ALAKTÁTOVÝ ZDROJ ATP
ANAEROBNÍ ZISK ATP
zpracování pouze cukrů (glykogen a glukóza)
LAKTÁTOVÝ systém
AEROBNÍ (KYSLÍKOVÝ) ZISK ATP:
zpracování cukrů, tuků i bílkovin (aminokyselin)
Krebsův cyklus, dýchací řetězec
ALAKTÁTOVÝ SYSTÉM
ČASOVÁ SOUSLEDNOST ZAPOJENÍ
METABOLICKÝCH SYSTÉMŮ
PŘI MAXIMÁLNÍ PRÁCI
ENERGETICKÉ SYSTÉMY
 jediným PŘÍMÝM zdrojem energie pro svalovou činnost
je chemická látka ADENOZINTRIFOSFÁT – ATP !!!
ATP
ADP + Pi + ENERGIE a teplo
Obnova ATP
ADP + CP
ATP + C (kreatin)
 ATP:
přirozená koncentrace ve svalu stačí pro činnost v trvání 1–1,5 s
 ATP – CP:
kreatin fosfát (CP) zásobárna energie pro ,,dobití“ ATP* (2 s)
ANAEROBNÍ
GLYKOGENOLÝZA
ZISK ATP
GLYKOGEN: 3 ATP
GLUKÓZA: 2 ATP
REGULACE GLYKOGENOLÝZY V KOSTERNÍM SVALU
Klíčový regulátor: fosfofruktokináza (PFK)
Vysoce senzitivní na koncentraci
: ATP, ADP, AMP, H+
Při práci o vysoké IZ klesá množství ATP (v důsledku
deplece GG), tím klesá poměr ATP:ADP, tím se zvyšuje
aktivita PFK a udržuje se intenzita GG-lýzy.
PRŮBĚŽNÉ TESTOVÁNÍ ZNALOSTÍ
: prezentace + doporučená literatura
: začátek 2.11.- 8.11. první etapa distančních testů
: 5 min/20 otázek
: minimální dosažené skóre 85% = 17 správně
: počet opakování testu = NEOMEZENÝ
Cesta Laktátu
o může být ve svalové tkáni, kde byl vytvořen (většinou bílá
svalová vlákna) nebo ve tkáni, do které se dostal krví
A) buď zpátky oxidován na pyruvát a rozložen v mitochondriích
(Krebsově cyklu) a CO2, H2O a energii,
LAKTÁTOVÝ ČLUNEK
B) nebo se z něj může zpětně vytvořit ZÁSOBNÍ GLYKOGEN
(tzv. glukoneogeneze, tj. tvorba glykogenu z nesacharidových zdrojů)
AEROBNÍ FOSFORYLACE
ZISK 36 ATP
Zdroje energetického krytí při zvyšující se intenzitě
RQ sacharidů = 1
RQ =
CO2
1 g = 4,1 kcal
O2
RQ tuku = 0,7
1 g = 9,3 kcal
(Hamar & Lipková, 2001)
AEROBNÍ práh
ANAEROBNÍ práh
Tuky
Triglyceridy (TG) jsou sloučeniny
glycerolu a tři MK
(nerozpustné ve vodě, ideální zásobárna energie)
TG jsou rozkládány v
•
•
tukových, svalových nebo jaterních buňkách
v tenkém střevě
enzymem LIPÁZOU
na glycerol a tři MK
: MOBILIZACE - hlad, tělesná práce nebo chlad
Tuky
MK jsou transportovány pomocí albuminu krví
Před vstupem do buňky se
MK přeměňují na acyly
po prostoupení buněčnou membránou
se dostávají
pomocí L-karnitinu do mitochondrií
ŠTĚPENÍ MK
VZNIK acyl-CoA
energie
MK + ATP + CoA
acyl CoA syntetáza
Mg2+
Acyl-CoA + AMP + PPi
Cytoplazma
Vnitřní membrána
acyl-CoA
Karnitin
I
CoA
Karnitin
Acyl karnitin
Transferáza
acylkarnitin
Matrix
acylkarnitin
acyl-CoA
II
CoA
Tuky
V mitochondriích jsou MK
dekarboxylovány a dehydrogenovány
ß-OXIDACE
za vzniku Acetyl-CoA
pokračuje do Krebsova cyklu
Tuky
Celkový energetický zisk z tuků
několikanásobně větší než ze sacharidů
Má-li MK např. 18 uhlíků
(např. nasycená kyselina stearová)
získáme oxidativní fosforylací
jedné molekuly
146 molekul ATP
Zvýšená hladina VMK
(např. působením lipoproteinové lipázy v krvi
nebo hormon-senzitivní lipázy v
adipocytech) vede:
utilizaci VMK
aktivity PFK (zpomalení glykogenolýzy)
vede ke snížení využití GL (šetří se sacharidy)
REGULACE METABOLISMU:
ADRENALIN
Při tělesné práci stoupá v závislosti na
intenzitě zatížení (čím vyšší IZ, tím vyšší
produkce adrenalinu)
• Zvyšuje glykogenolýzu v játrech i ve svalech
• Zvyšuje uvolňování glukózy a FFA do krve
Má opačnou dynamiku i účinek
jako INZULIN = zvyšuje glykémii
REGULACE METABOLISMU:
GLUKAGON
Jeho produkce při tělesné práci stoupá
• Zvyšuje glykogenolýzu v játrech i ve svalech
• Zvyšuje uvolňování glukózy a FFA do krve
• Jeho produkce je snížená při zvýšené dodávce
sacharidů a tuků potravou
• Jeho produkce je stimulovaná adrenalinem
Má opačnou dynamiku i účinek
jako inzulín = zvyšuje glykémii
Faktory ovlivňující metabolismus
sacharidů během tělesné práce !!!
– Velikost zatížení (délka + intenzita)
– Trénovanost (čím vyšší, tím lepší využití MK)
– Dieta (dostupnost substrátu, nedostatek GL = ↑ využití MK +
Bílkovin )
– Prostředí (tepelný stres + hypoxie = ↑Adrenalinu
a tím G-lýzy + La, adaptace vede ke ↓A)
– Pohlaví (♀ - relativně vyšší předpoklady k vytrvalosti, lepší
využití MK a horší využití sacharidů)
DĚKUJI ZA POZORNOST.