CLINICAL NUTRITION

HRANLJIVE MATERIJE

- METABOLIZAM

Metabolizam

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

Metabolizam se dijeli na:

anabolizam - niz hemijskih reakcija u kojima se sintetišu (stvaraju) organski molekuli, pri cemu se vezuje energija.

katabolizam - reakcije razgradnje organskih molekula, pri cemu se energija oslobadja.

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 glikoneogenezu

b. 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. metabolička

b. 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. genska

b. 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).

CLINICAL NUTRITIONMetabolizamCLINICAL NUTRITIONCLINICAL NUTRITIONCLINICAL NUTRITIONCLINICAL NUTRITIONCLINICAL NUTRITIONCLINICAL NUTRITIONCLINICAL NUTRITIONCLINICAL NUTRITIONCLINICAL NUTRITIONCLINICAL NUTRITIONCLINICAL NUTRITIONCLINICAL NUTRITIONCLINICAL NUTRITIONCLINICAL NUTRITIONCLINICAL NUTRITIONCLINICAL NUTRITIONCLINICAL NUTRITIONCLINICAL NUTRITIONCLINICAL NUTRITIONCLINICAL NUTRITIONCLINICAL NUTRITIONCLINICAL NUTRITIONCLINICAL NUTRITIONCLINICAL NUTRITIONCLINICAL NUTRITIONCLINICAL NUTRITIONCLINICAL NUTRITIONCLINICAL NUTRITIONCLINICAL NUTRITIONCLINICAL NUTRITIONCLINICAL NUTRITIONCLINICAL NUTRITION