PŘEMĚNA LÁTEK A VÝŽIVA ČLOVĚKA METABOLISMUS (vzájemná přeměna látek a energie) tvoří děje: Katabolismus – štěpení složitých organických látek na jednoduché, energie se uvolňuje, využíváno při rozkladu přijaté potravy Anabolismus – tvorba složitějších látek z jednoduchých, energie se spotřebovává. Jde o syntetické děje zejména při růstu organismu, tvorbě látek vlastního těla Látkový metabolismus v heterotrofním organismu spočívá v těchto dějích: 1. přijaté živiny jsou zdrojem látek a energie, látky jsou v trávicím traktu štěpeny enzymy, poté vstřebány a rozvedeny krví k buňkám 2. z jednoduchých látek – vznik stavebních součástí buněk a tkání, např. z aminokyselin vznikají bílkoviny, z glycerolu a mast. kyselin vznikají tuky, glukosa je měněna na zásobní glykogen 3. jdou vytvářeny látky biologického významu – hormony, enzymy, krevní barvivo …. 4. dochází k uvolňování energie z látek, ta je ukládána do makroergních vazeb nebo se mění na tělesné teplo 5. dochází k ukládání látek do zásoby (podkožní tuk, glykogen v játrech, svalech, srdci) 6. nepotřebné a odpadní látky jsou degradovány a vylučovány z těla vylučovací, krycí a dýchací soustavou Pro metabolismus živin (cukrů, tuků bílkovin) platí: - živiny se mohou navzájem přeměňovat (bílkoviny jsou nezastupitelné – obsahují dusík, který žádná jiná živina neobsahuje) - všechny živiny jsou zdrojem energie - přeměny neprobíhají izolovaně (meziprodukty přeměny jedné živiny jsou důležité pro metabolismus jiných živin) - v období růstu převládají anabolické děje, v dospělosti je katabolismus a anabolismus v rovnováze, ve stáří se metabolismus snižuje a převládají katabolické děje Biologická oxidace je proces získávání energie štěpením substrátů (cukrů, mastných kyselin a aminokyselin) za přístupu kyslíku. Degradace látek je spojena s tzv. citrátovým (Krebsovým) cyklem. Vzniká CO2, vodík z látek se v dýchacím řetězci přenáší na kyslík z vzniku H2Oa uvolňuje se energie vázaná do makroergních vazeb ATP. Děj je označován jako buněčné dýchání. Dýchací řetězec je soubor reakci, je umístěn ve vnitřní membráně mitochondrií. Přenos elektronů a vodíku v dýchacím řetězci a dekarboxylaci v citrátovém cyklu katalyzují enzymy. Enzymy - bílkovinná povaha, součásti je nebílkovinná složka, tzv. koenzym, který není pevně vázán na bílkovinu (např. NADP – přenos H+) - jsou nutné pro dílčí metabolické reakce - dehydrogenasy odebírají elektrony ze substrátu - oxidasy předávají elektrony na kyslík (finální akceptor) – tvoří H2O - reduktasy (jiný akceptor) Obr.: Dýchací řetězec v mitochondriích - aerobní dehydrogenasy (přenos elektronů ze substrátu na kyslík) – tvoří H2O2
1 Reg. č. projektu CZ.1.07/1.1.00/14.0143
Citrátový (Krebsův cyklus) umožňuje postupné odštěpení CO2 z karboxylové skupiny (dekarboxylace) šestiuhlíkaté látky a odbourání monosacharidů, mastných kyselin, glycerolu a aminokyselin. Reakce probíhají v cytoplazmě.
Řízení metabolismu 1. Hormonální prostřednictvím hormonů, jejichž sekreci řídí hypotalamo–hypofyzární systém, hormony zajišťují souhru přeměn látek a činností různých tkán. Uplatňuje se při udržení stálého vnitřního prostředí. 2. Nervové prostřednictvím mediátorů (látky, která se uvolňují na nervových zakončeních neuronů).
Bazální metabolismus – minimální látková přeměna potřebná pro udržení života při tělesném i duševním klidu
Přeměna jednotlivých živin a jejich vtah k výživě •
Sacharidy - Sacharidy jsou v organismu enzymaticky měněny obvykle na glukosu - Glukóza – vstřebávána ze střev do krve (http://ospage2000.ic.cz/SportProdukceATP.jpg,) koncentrace v krvi – 5,5 mmol/l, po požití potravy se její hladina zvyšuje, je okamžitým a nejdůležitější zdrojem energie. - Štěpení glukosy na tříuhlíkatou látku nebo na CO2 probíhá způsoby:
2 Reg. č. projektu CZ.1.07/1.1.00/14.0143
a) b)
Anaerobní glykolýza – bez přítomnosti kyslíku přes několik meziproduktů až na kyselinu mléčnou CH3–CHOH–COOH (C6 → 2 C3 + 2 H2O + 2 ATP) Aerobní glykolýza za přítomnosti kyslíku (jde o biologickou oxidaci = buněčné dýchání = respirace) C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O + 38 ATP
http://www.google.cz/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=4&ved=0CEIQFjAD&url=http%3A%2F%2Fwww .math.muni.cz%2F~xnerusil%2FSacharidy.ppt&ei=mYJaUt2NMKeu4ATJq4HoBA&usg=AFQjCNGHEk92YPvJKLva_3M mwZ0gbc0YUg
-
Glukóza je jako zásobní látka ukládána ve formě glykogenu – v játrech, kosterním svalstvu, v případě potřeby se glykogen přeměňuje zpět na glukózu (homeostáza) podíl sacharidů v potravě – 40 - 50 %, jsou přijímány ve formě polysacharidů z brambor, rýže, kukuřice, pečiva nestravitelné sacharidy (vláknina obsažená v zelenině, ovoci) podporují střevní peristaltiku, brání zácpě, snižují výskyt střevních nádorů, ischemické choroby srdeční (snižují hladinu cholesterolu v krvi)
• TUKY - stavební součást všech buněk (cytoplazma, membrány) - zásobní látka – vydatný zdroj energie - v krevní plazmě je vždy určité stálé množství tuku, jsou vstřebávány do lymfy - neutrální tuky se štěpí na mastné kyseliny a glycerol, ten je zužitkován stejně jako glukóza - mastné kyseliny jsou postupně štěpeny na 2-uhlíkaté štěpy, ty vázané na acetylkoenzym A (zkratka acetyl-CoA) vstupují do do Krebsova cyklu - nadbytečný tuk tvoří zásoby v buňkách tukové tkáně (podkožním vazivu, 10 – 20 % tělesné hmotnosti) - tuky rozpouštějí vitamíny A, D, E, K a napomáhají jejich vstřebání - rostlinné tuky obsahují esenciální nenasycené mastné kyseliny (př. linolová, arachidonová - podíl tuků v potravě je 20 – 30 %, nadměrný příjem zvláště živočišných tuků má vliv na vznik aterosklerózy v důsledku ukládaní “těžkého” cholesterolu v stěnách cév - zdrojem tuků je tučné maso, mléko, máslo, sádlo, oleje, špek, vajíčka, semena plodin …. • BÍLKOVINY - hlavní stavební součást všech buněk, součást krevní plamy a mezibuněčných hmot - látky z potravy jsou štěpeny v žaludku, dvanáctníku a tenkém střevě enzymy na aminokyseliny, které jsou vstřebávány do krve - v krvi je vždy určité množství aminokyselin, které pochází z potravy a z vlastních orgánových bílkovin - aminokyseliny jsou použity k tvorbě tělu vlastních buněčných bílkovin, k tvorbě enzymů, hormonů - mohou být zdrojem energie, při degradaci je prvotně odštěpena skupina -NH2, která je vázána ve formě močoviny CO (NH2)2 a odstraněna z těla s močí, zbytek AK je štěpen na CO2 a H2O (ornitinový cyklus) - z aminokyselin mohou vznikat přeměnou v játrech cukry, tuky - bílkoviny nejsou ukládány jako zásobní látka - denní příjem bílkovin – 1 g na 1 kg tělesné hmotnosti (u dospívajících 4 g na 1 kg hmotnosti) – odpovídá potřebě nepostradatelných esenciálních aminokyselin, které si lidský organismus nedokáže vyrobit) - živočišné bílkoviny jsou výživnější než rostlinné – obsahují esenciální aminokyseliny - ostatní aminokyseliny – organismus si je sám vytvoří (především ze sacharidů v játrech) - podíl v potravě – 15%, zdrojem jsou nízkotučné mléčné výrobky, přednostně bílé libové maso, vajíčka, luštěniny…
3 Reg. č. projektu CZ.1.07/1.1.00/14.0143
Další látky obsažené v potravě Minerální látky - nejsou zdrojem energie, udržují homeostázu - jsou nezbytné jako součást buněk, tělních tekutin, oporné soustavy, krevního barviva - jsou ve stopovém množství potřebné pro funkci enzymů, či některých orgánů Voda -
je rozpouštědlo, tvoří prostředí, ve kterém probíhají všechny biochemické reakce organismu podílí se na udržení stálého pH vnitřního prostředí zdroj H, O denní příjem 2-3 l (1,5 l v tekutinách, ostatní potrava obsahuje až 1 l vody) v závislosti na okolní teplotě a pocení
Vitamíny - nejsou zdrojem energie, tělo si je ve většině případů nedokáže vyrobit - jsou oddělitelnou složkou některých enzymů (koenzymy) - nezbytné pro řádnou funkci některých orgánů - hypovitaminóza – onemocnění způsobená nedostatkem vitamínů - hypervitaminóza – onemocnění způsobená nadbytkem vitamínů (zejména rozpustných v tucích) - avitaminóza – úplný nedostatek některého vitamínu
Doporučená literatura: MAREČEK, Aleš; HONZA, Jaroslav. CHEMIE pro čtyřletá gymnázia: 3. díl. 1. vydání, reprint 2005. Olomouc: NAKLADATELSTVÍ OLOMOUC, s.r.o., 2005. 255 s. ISBN 80-7182-057-1. JELÍNEK, Jan, ZICHÁČEK, Vladimír a kol: Biologie pro gymnázia. 9. vydání., 2007. Olomouc: Nakladatelství Olomouc, s.r.o., 2007. ISBN: 978-80-7182-213-4
Zdroje obrázků: FVASCONCELLOS. wikimedia [online]. [cit. 20.6.2013]. Dostupný na WWW: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/8/89/Mitochondrial_electron_transport_chain% E2%80%94Etc4.svg/648px-Mitochondrial_electron_transport_chain%E2%80%94Etc4.svg.png DOSTÁL. wikimedia [online]. [cit. 20.6.2013]. Dostupný na WWW: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/99/Citric_acid_cycle_with_aconitate_2_cs.svg DOSTÁL. wikimedia [online]. [cit. 20.6.2013]. Dostupný na WWW: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/9/99/Citric_acid_cycle_with_aconitate_2_cs.svg/75 4px-Citric_acid_cycle_with_aconitate_2_cs.svg.png
4 Reg. č. projektu CZ.1.07/1.1.00/14.0143
Příloha:
Pracovní list: Metabolismus a výživa člověka Odpovězte na otázky, doplňte text nebo splňte pokyn: Otázka
Vzorec, prvek
ODPOVĚĎ
Definujte, co je metabolismus. Pojmenujte 2 základní děje, při kterých jsou látky syntetizovány nebo štěpeny na menší části. Napište, co vzniká při anabolických dějích z : a) AK b) z glycerolu a mast. kyselin c) z desetitisíců jednotek glukosy.
a) b) c)
Napište vzorec kyseliny pyrohroznové. Napište vzorec kyseliny citrónové. Napište vzorec kyseliny mléčné. Napište rovnici buněčného dýchání. Za jakých podmínek probíhá mléčné kvašení? Popište vstřebávání a přeměny aminokyselin v játrech. Popište vstřebávání a přeměny sacharidů v játrech. Popište vstřebávání a přeměny tuků v játrech. Jaká je úloha jater při vzájemní přeměně látek? Z čeho vzniká močovina, jaký má vzorec? Co je to makroergní vazba?
Jaká je stavba ATP, napište vzorec.
Co to je heterocyklická sloučenina? Uveďte 2 příklady. Jakou funkci povahu mají biokatalyzátory, jakým jiným pojmem je označujeme?
5 Reg. č. projektu CZ.1.07/1.1.00/14.0143
a)
Vyjmenujte enzymy štěpící látky v trávící soustavě: a) Cukry b) Bílkoviny c) Tuky
b) c)
Co je to koenzym? Uveďte 2 názvy koenzymů.
Co to je heterocyklická sloučenina?
Které látky slouží v těle jako látky zásobní? Kde jsou uloženy?
Popište cholesterol po stránce chemické a jeho funkci v těle
Co to jsou civilizační choroby, jaký mají vztah k výživě? Jaká je role vitamínu C v organismu? Je známá avitaminóza či hypervitaminóza u této látky? Které esenciální látky musíme získávat z potravy, protože je náš organismus nedokáže účinně vytvořit?
6 Reg. č. projektu CZ.1.07/1.1.00/14.0143
Příloha: Téma METABOLISMUS povinné vzorce, pojmy, rovnice Látková přeměna Kabolismus Anabolické děje Buněčné dýchání (rovnice) Anaerobní glykolýza Pyruát (resp. kyselina pyrohroznová, vzorec) Kyselina mléčná (laktát) Citrát (kys. citonová), racionální vzorec Acetylkoenzym A Glykogen Vláknina Glycerol Cholesterol Vyšší mastná kyselina Esenciální kyseliny, aminikyseliny Heterocyklická sloučenina Adenin Pentosa (ribosa) ATP Hypovitaminóza a hypervitaminóza Avitaminóza (kurděje, paradentóza) Vitamín C Vitamíny rozpustné v tucích Poživatiny obsahující vitamíny rozpustné ve vodě
7 Reg. č. projektu CZ.1.07/1.1.00/14.0143
