Metabolismus
This presentation is the property of its rightful owner.
Sponsored Links
1 / 109

METABOLISMUS PowerPoint PPT Presentation


  • 78 Views
  • Uploaded on
  • Presentation posted in: General

METABOLISMUS. Studijní materiál pro bakaláře FTK UP Olomouc. Doc. MUDr. Pavel Stejskal, CSc. Energie Získávání energie z okolí, Uvolňování energie v buňce Přenos energie v buňce Transformace energie na potřebné formy energie uvnitř buňky Nevzniká Neztrácí se

Download Presentation

METABOLISMUS

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


Metabolismus

METABOLISMUS

Studijní materiál pro bakaláře

FTK UP Olomouc

Doc. MUDr. Pavel Stejskal, CSc


Metabolismus

  • Energie

  • Získávání energie z okolí,

  • Uvolňování energie v buňce

  • Přenos energie v buňce

  • Transformace energie na potřebné formy energie uvnitř buňky

  • Nevzniká

  • Neztrácí se

  • Různé formy energie se navzájem přeměňují

  • Při každé transformaci energie se část uvolní jako teplo

  • (nevyužitelná energie - není schopna konat práci)

  • Energie schopná konat práci - volná energie

ENERGETICKÝ METABOLISMUS


Metabolismus

  • Energie

  • Neustálý přívod vhodné formy energie z okolí

  • Tepelná energie musí být odváděna z buňky do okolí

  • Buňka - otevřený systém

  • Při chemických reakcích se tato energie buď uvolňuje

  • exergonické reakce(např. biologická oxidace vodíku)

  • nebo spotřebovává

  • endergonické reakce (např. syntéza polysacharidů, bílkovin nebo

  • nukleových kyselin)

  • Spontánně probíhají pouze reakce exergonické


Metabolismus

  • METABOLISMUS

  • látková a energetická přeměna

  • v buňkách a v živých organizmech s cílem zachovat život

  • Umožňuje živým organismům

  • růst a rozmnožování

  • udržování jejich struktury

  • reagovat na zevní prostředí

  • Celkový metabolismus

  • všechny biochemické procesy v lidském organismu

  • Buněčný metabolismus

  • všechny chemické procesy v buňce

  • Metabolity

  • vznikají a vzájemně se přeměňují při látkové výměně


Metabolismus

  • Primární metabolismus

  • závisí život a růst organismu

  • pro většinu živých organismů podobné (např. metabolismus sacharidů,

  • tuků, aminokyselin a nukleových kyselin)

  • Sekundární metabolismus

  • v jednotlivých skupinách organizmů

  • produkce a odbourávání specifických chemických látek (např. obranné

  • látky, signální molekuly - hormony, pigmenty, stavební molekuly, atd.)

  • Chemické reakce uspořádány do metabolických drah

  • jedna chemická látka transformována do jiné pomocí tzv. enzymů

  • Enzymy

  • umožňují efektivně a rychle řídit systém navzájem napojených

  • termodynamických reakcí

  • regulují metabolické dráhy při reakci na změny v buněčném prostředí

  • nebo na signály z jiných buněk


Metabolismus

  • Anabolismus (výstavbový proces)

  • soubor syntetických reakcí (biosyntéza)

  • z látek jednodušších vznikají látky složitější

  • (stavební látky – bílkoviny a zásobní látky – glykogen a triglyceridy)

  • Vyžadují dodávání energie, která se při nich spotřebovává

  • Převažují v buňce, která roste a rozmnožuje se

  • Obnovování živé hmoty

  • Vytváření energetických zásob (pro mechanickou práci, transport

  • membránou, atd.)

  • Vytváření látek potřebných k řízení (hormonů, enzymů nebo

  • mediátorů)


Metabolismus

  • 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


Metabolismus

  • Energetický metabolismus - z chemické energie živin

  • biologická energie využitelná v organismu

  • Živiny procházejí třemi fázemi chemického zpracování:

  • Ve střevě při trávení - složité živiny na jednoduché vstřebatelné složky

  • Jednoduché cukry

  • Aminokyseliny

  • Glycerol a mastné kyseliny


Metabolismus

Energetický metabolismus - z chemické energie živin

biologická energie využitelná v organismu

Živiny procházejí třemi fázemi chemického zpracování:

2. V cytoplazmě buněk tkání nastává další degradace.

Glukóza pyruvát

Mastné kyseliny

Aminokyseliny

Baze nukleových kyselin

kyselina acetoctová


Metabolismus

UTP

Glykogen

Pi

G-fosforyláza

laktát

UDP

G 1-P

NAD

ADP

ATP

IZOMERACE

LDH

NADH

G 6-P

pyruvát

IZOMERACE

GL

hexokináza

F 6-P

Pyruvát kináza

Pi

ATP

ATP

fruktóza-difosfatáza

PFK

fosfoglycerát kináza

ADP

ADP

F 1,6-P

ATP

ADP

enoláza

P-enol pyruvát

Glyceraldehyd 3-P

Glyceraldehyd 3-P

NADH

NAD

dtto

Glyceraldehyd dehydrogenáza


Metabolismus

Energetický metabolismus - z chemické energie živin

biologická energie využitelná v organismu

Živiny procházejí třemi fázemi chemického zpracování:

2. V cytoplazmě buněk tkání nastává další degradace.

Glukóza pyruvát

Mastné kyseliny

Aminokyseliny

Baze nukleových kyselin

Nejsnáze a nejrychleji - přeměna glukózy už v cytoplazmě

+ vznik volné energie

kyselina acetoctová


Metabolismus

Energetický metabolismus - z chemické energie živin

biologická energie využitelná v organismu

Živiny procházejí třemi fázemi chemického zpracování:

3. V mitochondriích pyruvát a kyselina acetoctová

odbourávány na společný meziprodukt

acetyl koenzym A (acetyl-CoA)

vstupuje do cyklu kyseliny citrónové

respiračního řetězce

Úplná oxidace za vzniku energie ve formě adenositrifosfátu

(ATP)

a konečných produktů (vody a kysličníku uhličitého).


Metabolismus

Pyruvát (3C)

NAD+

CO2

NADH + H+

Acetyl-CoA (2C)

Oxalacetát (4C)

Citrát (6C)

NAD+

NADH + H+

Malát (4C)

Izocitrát (6C)

NAD+

CO2

Fumarát (4C)

NADH + H+

FADH2

Alfa-ketoglutarát (5C)

Sukcinát (4C)

P

FAD

Sukcinyl-CoA (4C)

CO2

GTP

NAD+

NADH + H+

GDP


Metabolismus

Usměrnění reakcí a řízení rychlosti metabolických dějů

Katalyzátory - Enzymy

umožňují řídit systém navzájem napojených termodynamických reakcí

Aktivitu enzymů ovlivňuje přítomnost některých iontů či metabolitů

Enzymy jsou velmi specifické

katalyzují reakci jediné látky (substrátu)

na zcela určitou sloučeninu (produkt)

A

enzym

B


Metabolismus

Reakce přeměn látek na sebe navazují

produkt jedné reakce tvoří substrát reakce druhé

METABOLICKÉ DRÁHY

Přeměna látek není jen jednou reakcí

ale celou řadou reakcí

enzym

enzym

enzym

A

B

C

D


Metabolismus

enzym

enzym

enzym

A

B

C

D

Metabolické děje jsou jako celek jednosměrné

protože se při nich část energie přemění na energii tepelnou

kterou nelze zcela převést na jiné formy energie

A

ENERGIE SE MUSÍ DODAT

Z JINÝCH ZDROJŮ!

Energie

enzym

CHYBÍ ENERGIE!

B


Metabolismus

  • KOFAKTOR

  • + ENZYMY

  • = SLOŽENÉ ENZYMY

  • Kofaktory nezbytné pro funkci daného enzymu

  • KOFAKTOR

  • přenos atomů, skupin atomů nebo elektronů

  • při chemické reakci katalyzováné enzymem

  • deriváty vitamínů rozpustných ve vodě

  • váží molekuly kovů

  • tvořeny některými stopovými prvky (např.železo nebo zinek)

energie

enzym

acyl CoA syntetáza

MK + ATP + CoA

Acyl-CoA + AMP + PPi

Mg2+

kofaktor


Metabolismus

KOENZYM

přenos atomů, jejich skupin, nebo samotných elektronů

mezi odlišnými enzymy

Spřažení různých biochemických reakcí

Během těchto spřažených reakcí

koenzymy regenerují

Koenzym, který se např. při první reakci sloučil s vodíkem

přechází na jiný enzym

v jiné chemické reakci se opět vrací do původního stavu

Hladina aktivních koenzymů v buňce

je udržována na přibližně stejné úrovni

C

D

A

B

Enzym B

Enzym A

K

K

H+

H+


Metabolismus

Do katabolických procesů mnoho různých organických látek

vystupuje z nich málo produktů

Hlavní katabolické procesy u člověka:

a) rozkládání živin na své složky;

b) glykolýza rozkládající glukózu na pyruvát a následně na acetyl-CoA;

c) β-oxidace mastných kyselin - vzniká acetyl-CoA;

d) rozklad aminokyselin a bazí nukleových kyselin;

e) citrátový cyklus, vstupuje acetyl-CoA – vzniká oxid uhličitý,

f) respirační (dýchací) řetězec, vstupují vodíkové atomy získané z rozkladu sacharidů, mastných kyselin, aminokyselin a bazí nukleových kyselin a je získána energie v podobě vysokoenergetických sloučenin. Vodíkové ionty jsou oxidovány na vodu.


Metabolismus

Energie uvolněná katabolismem

není využitá buňkami přímo

tvorba vazeb mezi zbytky kyseliny fosforečné

a některými organickými sloučeninami (fosfáty)

V těchto jednoduchých sloučeninách

velké množství energie

Při jejich rozložení (reakce s vodou = hydrolýza)

se uvolňuje energie

Vysokoenergetické (makroergické) fosfátové sloučeniny

nejdůležitějším reprezentantem

adenozintrifosfát (ATP)


Metabolismus

ATP rozvádí energii v buňce

a předává ji tam, kde je jí potřeba.

Hromadění molekul ATP v buňce =

= zásoba okamžitě použitelné energie

Vazba mezi druhým a třetím fosfátem

(makroergní fosfátová vazba)

relativně velké množství energie (asi 50 kJ)

ATP - hlavní „energetická konzerva“


Metabolismus

V místě potřeby energie

(např. při svalovém stahu nebo svalovém uvolnění

nebo při syntéze řady chemických sloučenin)

molekula ATP se rozštěpí (je hydrolyzována)

na adenosindifosfát (ADP)

+

fosfát (kyselina fosforečná H3PO4, značeno jen jako P)

+

uvolněná energie

ATP + H2O = ADP + P + 50 kJ


Metabolismus

ADP se vrací do mitochondrií

znovu fosforylace na ATP

Koloběh ATP a ADP - základní buněčná funkce

ATP se může rozložit na ADP + 1 P

nebo úplnou oxidací na adenozinmonofosfát (AMP) + 2P.


Metabolismus

ATP se může rozložit na ADP + 1 P

nebo úplnou oxidací na adenozinmonofosfát (AMP) + 2P.


Metabolismus

Zásobní vysokoenergetický substrát

kreatinfosfát (CP)

Při rozštěpení na kreatin a fosfátový iont (CP = C + P)

uvolní se větší množství energie než při rozštěpení vazby ATP

Kreatinfosfát předá svoji fosfátovou skupinu ADP

CP + ADP = C + ATP

Rekonstrukce makroergní vazby ATP


Metabolismus

Ve svalu je asi pětkrát víc CP než ATP

celá reakce trvá zlomek vteřiny

Takto vzniklý kreatin (C)

(organická látka přirozeně přítomná v organismu)

se v mitochondriích bez nároků na další energii

opět slučuje s fosforem

a vytváří nový kreatinfosfát (C + P = CP)

Tato tvorba kreatinfosfátu je

za dostatečného přívodu kyslíku do buněk vysoká

Naopak při nedostatku kyslíku je nízká


Metabolismus

ATP a CP tvoří dohromady systém

poskytuje v prvních dvou sekundách svalové kontrakce

okamžitou energii

Množství ATP ve svalech je velmi malé

(3 – 8 mmol/kg svalů)

Při intenzivní svalové činnosti by

teoreticky

mohl být všechen ATP spotřebován

během dvou sekund


Metabolismus

ATP a CP systém

Při intenzivní svalové činnosti by

teoreticky

mohl být všechen ATP spotřebován

během dvou sekund

Prakticky ATP vyčerpat nelze, CP vyčerpat lze

Celý systém ATP- CP disponuje velmi malou energií

(asi 5,7 – 6,9 kcal)

Proto rychlost degradace CP prudce klesá

už po 1,3 sekundách

Tím se buňka brání úplnému vyčerpání CP


Metabolismus

10 – 12 kcal využitelné energie

Velmi malé množství energie

např. při běhu na 1500 m potřebuje organismus asi 120 kcal

Stačí na 150 m

Stačí na 150 m


Metabolismus

Většina energie z rozložených složitějších látek

získávána pomocí oxidačních reakcí

Přenašeči energie - koenzymy

uvolňují elektrony v elektronovém transportním systému

RESPIRAČNÍ ŘETĚZEC

Nejdůležitější koenzym

nikotinamidadenindinukleotid (NAD)

přijímá protony a elektrony z reakcí

při kterých se uvolňuje vodík (tzv. dehydrogenační reakce)

Přenašeč energie:

NAD+ se redukuje na NADH

přitom vzniká energie 3 ATP


Metabolismus

RESPIRAČNÍ ŘETĚZEC

ATP

ATP

ATP

1/2 O2

NADH2

NAD+

1

2

3

H20

ADP+Pi

ADP+Pi

ADP+Pi


Metabolismus

RESPIRAČNÍ ŘETĚZEC

ATP

ATP

ATP

NAD

NADH

3

2

1

H+

ADP+Pi

ADP+Pi

ADP+Pi


Metabolismus

Flavinadenindinukleotid (FAD)

redukcí vznikají jen dvě molekuly ATP

FADH2

FAD+

ATP

ATP

1/2 O2

2

3

H20

ADP+Pi

ADP+Pi

RESPIRAČNÍ ŘETĚZEC


Metabolismus

Flavinadenindinukleotid (FAD)

redukcí vznikají jen dvě molekuly ATP

FADH2

FAD+

ATP

ATP

2

1

H+

ADP+Pi

ADP+Pi

RESPIRAČNÍ ŘETĚZEC


Metabolismus

RESPIRAČNÍ ŘETĚZEC

lokalizovaný na vnitřní membráně mitochondrií

volná energie jeho elektrochemického potenciálu

se využívá k syntéze ATP

Respirační řetězec

systém specifických enzymů (oxidoreduktáz)

ELEKTRONY ATOMOVÝCH VODÍKŮ

(odebraných organickým nebo anorganickým substrátům)

SE VÁŽÍ NA MOLEKULY KYSLÍKU

Oxidoreduktázy respiračních řetězců

4 kotvené proteinové enzymové komplexy

(komplexy I, II, III a IV)

součásti vnitřní mitochondriální membrány


Metabolismus

FLAVOPROTEIN-CYTOCHORMOVÝ SYSTÉM

NAD+

NAD+

NAD+

NADH2

NAD+

NADH2

NAD+

NADH2

2H+

2H+

2H+

NAD+

1/2O2+

2H+

cytochromoxidáza

H20

řetězec koenzymů

přenáší vodík na kyslík

MITOCHONDRIE


Metabolismus

RESPIRAČNÍ ŘETĚZEC

Transport elektronů z koenzymu na koenzym

(NAD nebo FAD)

pomocí série reakcí

Konečným akceptorem těchto elektronů

na konci řetězce je O2

Nejdůležitější děj aerobního katabolismu

a tvoří jeho konečnou fázi.


Metabolismus

  • Jednotkou energie

  • kalorie (cal, malá kalorie, gram kalorie)

  • množství energie zvyšující teplotu 1 g vody z 15 na 16o C

  • nebo joul (J)

  • 1 cal = 4,18 J; 1 J = 0,239 cal.

  • Násobky těchto jednotek

  • kilokalorie (kcal, velká kalorie, kilogram kalorie)

  • = 1000 cal = 4,18 kJ

  • kilojoul (kJ) = 1000 J = 0,239 kcal


Metabolismus

  • Charakteristika energie poskytnuté různými živinami:

  • Množstvím energie, které se uvolní dokonalým spálením z jednotkového množství (jednoho gramu) živin

  • =

  • SPALNÉ TEPLO

  • Hodnoty spalného tepla pro jednotlivé živiny:

  • sacharidy = 4,1 kcal/g (17,1 kJ/g)

  • tuky = 9,3 kcal/g (38,9 kJ/g)

  • bílkoviny = 5,3 kcal/g (22,2 kJ/g)


Metabolismus

  • Charakteristika energie poskytnuté různými živinami:

  • 2. Množstvím tepla, které se uvolní, když se k oxidaci jednotlivých živin spotřebuje 1 litr kyslíku

  • =

  • ENERGETICKÝ EKVIVALENT

  • (EE, dříve kalorický ekvivalent)

  • Hodnoty energetického ekvivalentu pro jednotlivé živiny:

  • sacharidy = 5,05 kcal (21,1 kJ)

  • tuky = 4,55 kcal (19,0 kJ)

  • bílkoviny = 4,31 kcal (18,0 kJ)

  • smíšená strava = 4,81 (20,1 kJ)


Metabolismus

Charakteristika energie poskytnuté různými živinami:

3. Jaké substráty jsou aktuálně metabolizovány

=

RESPIRAČNÍ KVOCIENT

(RQ nebo R)

Při oxidaci energetických substrátů

spotřebovává se kyslík a vylučuje oxid uhličitý

RQ = poměr mezi vydaným CO2 a spotřebovaným O2

za podmínek setrvalého stavu


Metabolismus

  • Charakteristika energie poskytnuté různými živinami:

  • 3. RESPIRAČNÍ KVOCIENT

  • Normální hodnoty RQ pro jednotlivé substráty jsou:

  • sacharidy = 1,00

  • tuky = 0,70

  • bílkoviny = 0,82

  • průměrná hodnota běžné potravy = 0,80

  • Určení RQ při spalování proteinů v těle:

  • Nevzniká pouze oxid uhličitý a voda,

  • ale i jednoduché sloučeniny dusíku

  • (tzv. nebílkovinný dusík, např. močovina, volné aminokyseliny, kyselina močová, kreatin, kreatinin, amoniak, aj.)

  • lidský organismus neumí dále rozložit a získat z nich energii


Metabolismus

Charakteristika energie poskytnuté různými živinami:

3. RESPIRAČNÍ KVOCIENT

Liší se v různých podmínkách:

1. Při hyperventilaci (prohloubené dýchání) RQ stoupá

je vydechován ve zvýšené míře oxid uhličitý

2. Při intenzivní námaze RQ stoupá

kyselina mléčná (vzniká při intenzivní námaze)

se mění na CO2 (viz nárazníkový systém)

CO2 ve zvýšené míře vydechován

3. Při acidóze (snížení pH pod 7,36, zvýšení kyselosti krve)

RQ stoupá

4. Při alkalóze (zvýšení pH nad 7,44, snížení kyselosti krve)

RQ klesá


Metabolismus

Energetická spotřeba

můžeme vypočítat

1. PŘÍMÁ KALORIMETRIE

(zjištění množství tepla, jež se uvolní při spálení 1g živin)

kalorimetr

2. pomocí tzv. TĚŽKÉ VODY

(místo vodíku deuterium)

Obě metody nákladné a složité přístrojové vybavení

význam jen ve výzkumu


Metabolismus

Energetická spotřeba

V praxi měření metodou

NEPŘÍMÉ KALORIMETRIE

spotřeba živin vypočítána

ze spotřeby kyslíku (VO2)

a výdeje oxidu uhličitého (VCO2)

(viz RQ = VCO2/VO2)


Metabolismus

Energetická spotřeba

Využívání získané energie na

  • BAZÁLNÍ METABOLIZMUS

  • TRÁVENÍ A VSTŘEBÁVÁNÍ

  • SVALOVOU PRÁCI

  • REGULACI TĚLESNÉ TEPLOTY (termoregulace)


Metabolismus

BAZÁLNÍ METABOLISMUS

(základní látková výměna, BMR)

energetická spotřeba nezbytná

k udržení základních, životně nezbytných funkcí

(srdeční činnost, dýchání, činnost mozku, atd.)

Odpovídá minimálnímu množství energie

potřebnému k udržení homeostázy

(stabilita vnitřního prostředí)


Metabolismus

BAZÁLNÍ METABOLISMUS

Měříme

  • ráno před probuzením nebo bezprostředně po probuzení

  • před požitím jídla, 12–14 hodin po posledním jídle,

  • v klidu

  • při příjemné pokojové teplotě

    =

    Faktory ovlivňující rychlost metabolismu

  • svalová práce

  • specificko-dynamický účinek potravy (nezbytný výdej

    energie, potřebný pro zpracování živin v těle,

    nejvyšší bílkoviny)

  • vnější teplota


Metabolismus

BAZÁLNÍ METABOLISMUS

závisí na

  • povrchu těla (tělesná výška a hmotnosti)

  • věku (věkem se snižuje)

  • pohlaví (žena menší – tuk menší metabolismus

    než svaly)

    Zdravý dospělý muž mladšího věku

    BMR = 40 kcal/m2/hod

    = 2000 kcal/den

.

.


Metabolismus

Energetický výdej při pohybové aktivitě

často se vyjadřuje jako násobek klidového metabolismu (REE)

MET

(metabolický ekvivalent, množné číslo METs)

1 MET = klidová energetická spotřeba

3,5 ml VO2/kg.min

Např. VO2 = 38 ml/kg.min

=

10,86 METs

(téměř jedenáctinásobné zvýšení VO2 proti REE)


Metabolismus

Všechny buňky uvolňují energii chemických vazeb

v podstatě stejným způsobem

Uvolňování nemůže proběhnout najednou

velké množství tepla

zničení buněčné struktury

Energie z organických látek

= postupné štěpení chemických vazeb


Metabolismus

Uvolňování energie

1. z jednoduchého sacharidu (glukózy)

rozštěpením uhlíkového řetězce

bez přístupu kyslíku

(ANAEROBNÍ) GLYKOLÝZA

2. postupnou oxidací vodíku odňatého

z rozkládané látky (tj. sacharidu,

mastné kyseliny, aminokyseliny) na vodu

OXIDATIVNÍ FOSFORYLACE


Metabolismus

Glykolýza je metabolická dráha

přeměny glukózy ( 6 C) na dvě molekuly pyruvátu (3 C)

za čistého výtěžku dvou molekul ATP

a dvou molekul NADH

Probíhá nezávisle na kyslíku v cytosolu buněk (cytoplazma)

Skládá se z deseti kroků,

každý z nich katalyzuje jiný enzym


Metabolismus

UTP

Glykogen

Pi

G-fosforyláza

UDP

G 1-P

ADP

ATP

IZOMERACE

LDH

G 6-P

pyruvát

IZOMERACE

GL

hexokináza

F 6-P

Pyruvát kináza

Pi

ATP

ATP

fruktóza-difosfatáza

PFK

fosfoglycerát kináza

ADP

ADP

F 1,6-P

ATP

ADP

enoláza

P-enol pyruvát

Glyceraldehyd 3-P

Glyceraldehyd 3-P

NADH

NAD

dtto

Glyceraldehyd dehydrogenáza


Metabolismus

Při dostatečném množství kyslíku

se pyruvát mění v mitochondriích na acetylkoenzym-A (2 uhlíky)

který se slučuje s oxalacetátem (4 uhlíky)

na citrát (6 uhlíků)


Metabolismus

Pyruvát (3C)

NAD+

CO2

NADH + H+

Acetyl-CoA (2C)

Oxalacetát (4C)

Citrát (6C)

NADH + H+

Malát (4C)

Izocitrát (6C)

NAD+

CO2

Fumarát (4C)

NADH + H+

FADH2

Alfa-ketoglutarát (5C)

Sukcinát (4C)

P

FAD

Sukcinyl-CoA (4C)

CO2

GTP

NAD+

NADH + H+

GDP


Metabolismus

Postupnou dekarboxylací a oxidací citrátu

se uvolňuje CO2 (odpadní produkt)

a vodíkové kationy (H+)

které redukují koenzymy NAD a FAD

Protony nesené redukovanými koenzymy

(NADH a FADH)

jsou použity v dýchacím řetězci

kde oxidativní fosforylací dochází

k syntéze ATP a tvorbě H2O


Metabolismus

Pyruvát (3C)

NAD+

CO2

NADH + H+

Acetyl-CoA (2C)

Citrát (6C)

Malát (4C)

Izocitrát (6C)

NAD+

CO2

Fumarát (4C)

NADH + H+

FADH2

Alfa-ketoglutarát (5C)

Sukcinát (4C)

P

FAD

Sukcinyl-CoA (4C)

CO2

GTP

NAD+

NADH + H+

GDP


Metabolismus

Protože konečným produktem tohoto rozkladu citrátu

je opět oxalacetát

(který se kondenzuje s dalším acetyl-CoA)

má reakce cyklický charakter

nazývá se cyklus kyseliny citrónové

(nebo Krebsův cyklus)


Metabolismus

Pyruvát (3C)

NAD+

CO2

NADH + H+

Acetyl-CoA (2C)

Oxalacetát (4C)

Citrát (6C)

NAD+

NADH + H+

Malát (4C)

Izocitrát (6C)

NAD+

CO2

Fumarát (4C)

NADH + H+

FADH2

Alfa-ketoglutarát (5C)

Sukcinát (4C)

P

FAD

Sukcinyl-CoA (4C)

CO2

GTP

NAD+

NADH + H+

GDP


Metabolismus

Z jedné molekuly pyruvátu vzniká v mitochondriích

15 molekul ATP

(přímo v Krebsově cyklu12 molekul ATP)

Při rozkladu jedné molekuly glukózy

vznikne dohromady v cytoplazmě a v mitochondriích

celkem 38 molekul ATP


Metabolismus

Z jedné molekuly glykogenu

(zásobní polysacharid

ve svalových a jaterních buňkách)

vznikne o jednu molekulu ATP více

(tedy 39 ATP)


Metabolismus

Při relativním nedostatku energie a kyslíku

pyruvátse mění nakyselinu mléčnou

disociuje na laktát


Metabolismus

UTP

Glykogen

Pi

G-fosforyláza

laktát

UDP

G 1-P

NAD

ADP

ATP

IZOMERACE

LDH

NADH

G 6-P

pyruvát

IZOMERACE

GL

hexokináza

F 6-P

Pyruvát kináza

Pi

ATP

ATP

fruktóza-difosfatáza

PFK

fosfoglycerát kináza

ADP

ADP

F 1,6-P

ATP

ADP

enoláza

P-enol pyruvát

Glyceraldehyd 3-P

Glyceraldehyd 3-P

NADH

NAD

dtto

Glyceraldehyd dehydrogenáza


Metabolismus

Při vysoké produkci může proniknout laktát

z buněk do krve

a odtud do jiných tkání

koordinátor další látkové výměny

LAKTÁT


Metabolismus

Laktát

může být ve svalové tkáni, kde byl vytvořen

(většinou bílá svalová vlákna)

nebo ve tkáni, do které se dostal krví

  • buď zpátky oxidován na pyruvát

    a rozložen v mitochondriích (Krebsově cyklu)

    na CO2, H2O a energii,


Metabolismus

glukosa

s časem klesá

pyruvát

s časem stoupá

laktát

Acetyl-CoA

Při tělesné práci


Metabolismus

Laktát

může být ve svalové tkáni, kde byl vytvořen

(většinou bílá svalová vlákna)

nebo ve tkáni, do které se dostal krví

  • buď zpátky oxidován na pyruvát

    a rozložen v mitochondriích (Krebsově cyklu)

    na CO2, H2O a energii,

    b) nebo se z něj může zpětně vytvořit

    zásobní glykogen

    (tzv. glukoneogeneze, tj. tvorba glykogenu z nesacharidových zdrojů)


Metabolismus

UTP

Glykogen

Pi

G-fosforyláza

laktát

UDP

G 1-P

NAD

GLYKONEOGENEZE

ADP

ATP

IZOMERACE

LDH

NADH

G 6-P

pyruvát

IZOMERACE

GL

hexokináza

F 6-P

Pyruvát kináza

Pi

ATP

ATP

fruktóza-difosfatáza

PFK

fosfoglycerát kináza

ADP

ADP

F 1,6-P

ATP

ADP

enoláza

P-enol pyruvát

Glyceraldehyd 3-P

Glyceraldehyd 3-P

NADH

NAD

dtto

Glyceraldehyd dehydrogenáza


Metabolismus

Při intenzivní tělesné práci se stává laktát preferovaným energetickým zdrojem

stává se hlavním aerobním substrátem


Metabolismus

glukosa

s časem klesá

pyruvát

s časem stoupá

laktát

Acetyl-CoA

Při tělesné práci

Během tělesné práce

aerobní využití laktátu převyšuje využití glukózy

Laktát se stává hlavním aerobním substrátem


Metabolismus

Při intenzivní tělesné práci se stává laktát preferovaným energetickým zdrojem

stává se hlavním aerobním substrátem

tím se šetří krevní glukóza pro tkáně,

které jsou na ní takřka výhradně závislé

(především nervové buňky mozku)


Metabolismus

Vzestup laktátu v krvi

Preference laktátu jako energetického substrátu (oxidace a glykoneogeneze)

G

La

La

La

G

La

G

G

G

La

La

G

G

La

G

G

La

La


Metabolismus

Laktát tedy poskytuje energii dvakrát

nejdříve malé množství

(2 – 3 molekuly ATP)

rozkladem glukózy nebo glykogenu v cytoplazmě,

po zpětné přeměně na pyruvát

a rozložením v Krebsově cyklu

nepoměrně větší množství (36 molekul ATP)


Metabolismus

Nový směr = nová rychlost

= aerobní zpracování laktátu

Krátkodobý zážeh =

glykolýza


Metabolismus

Při intenzivní tělesné práci se stává laktát preferovaným energetickým zdrojem

stává se hlavním aerobním substrátem

tím se šetří krevní glukóza pro tkáně,

které jsou na ní takřka výhradně závislé

(především nervové buňky mozku)


Metabolismus

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


Metabolismus

Svaly v klidu, při lehké práci

a v průběhu regenerace

spotřebovávají mastné kyseliny

(vznikají rozkladem neutrálních tuků - triglyceridy)

Mozek spotřebuje v klidu

asi 70 - 80% krevní glukózy

většinu zbylé glukózy spotřebují v klidu

červené krvinky


Metabolismus

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


Metabolismus

Tuky se dělí na

  • mastné kyseliny (MK)

  • triglyceridy (TG)

  • fosfolipidy

  • steroly


Metabolismus

Tuky

MK jsou uhlíkové sloučeniny

s dlouhým řetězcem a sudým počtem uhlíků

  • Nasycené(bez dvojné vazby mezi uhlíky)

  • Nenasycené(s jednou nebo více dvojnými vazbami)

    Některé nenasycené MK

    nezbytná součást potravy (esenciální)

    (např. kyselina linoleová nebo kyselina linolová)


Metabolismus

Tuky

Triglyceridy (TG) jsou sloučeniny

glycerolu a tří MK

(nerozpustné ve vodě, ideální zásobárna energie)

TG jsou rozkládány v

  • tukových, svalových nebo jaterních buňkách

  • v tenkém střevě

  • v plazmatických lipoproteidech (nosiči cholesterolu

    a triglyceridů v plazmě)

    enzymem lipázou

    na glycerol a tři MK


Metabolismus

Tuky

MK jsou transportovány pomocí albuminu krví

Před vstupem do buňky se

MK přeměňují na acyly

po prostoupení buněčnou membránou

se dostávají

pomocí karnitinu do mitochondrií


Tvorba acyl coa

Tvorba acyl-CoA

energie

acyl CoA syntetáza

MK + ATP + CoA

Acyl-CoA + AMP + PPi

Mg2+


Metabolismus

Cytoplazma

Vnitřní membrána

Matrix

acyl-CoA

Karnitin

Karnitin

acyl-CoA

Acyl karnitin

translokáza

I

II

acylkarnitin

acylkarnitin

CoA

CoA


Metabolismus

Tuky

V mitochondriích jsou MK

dekarboxylovány a dehydrogenovány

acetylkoenzym-A

a vstupují do Krebsova cyklu


Metabolismus

Acyl-CoA

(C = n - 2)

Acyl-CoA

(C = n)

FAD+

FADH2

dehydrogenace

NAD+

NADH + H+

Acetyl-CoA

C = 2

Acyl-CoA

(C = n-2)


Metabolismus

Pyruvát (3C)

NAD+

CO2

NADH + H+

Acetyl-CoA (2C)

Oxalacetát (4C)

Citrát (6C)

NAD+

NADH + H+

Malát (4C)

Izocitrát (6C)

NAD+

CO2

Fumarát (4C)

NADH + H+

FADH2

Alfa-ketoglutarát (5C)

Sukcinát (4C)

P

FAD

Sukcinyl-CoA (4C)

CO2

GTP

NAD+

NADH + H+

GDP


Metabolismus

Tuky

Acetylkoenzym-A je

energeticky bohatá sloučenina

(tzv. intermediát)

na kterou se v mitochondriích

rozkládají sacharidy i lipidy


Metabolismus

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


Metabolismus

8,5 n - 7 ATP

n = počet atomů C

Energetický zisk z beta-oxidace MK


Metabolismus

Zevní dráha

Lipoproteiny

umožňují transport triglyceridů a cholesterolu krví

  • chylomikrony

  • chylomikronové zbytky

  • lipoproteiny o velmi nízké hustotě (VLDL)

  • lipoproteiny o stření hustotě (IDL)

  • lipoproteiny o nízké hustotě (LDL)

  • lipoproteiny o vysoké hustotě (HDL)

Vnitřní dráha

Chylomikrony

Chylomikronové zbytky

JÁTRA

HDL

PERIFERIE

VLDL

IDL

LDL


Metabolismus

LDL poskytuje tkáním cholesterol

(vyskytuje se jen v živočišné potravě)

(syntetizuje se hlavně v játrech)

CHOLESTEROL

základní a nezbytná součást buněčných membrán

vznikají z něj steroidní hormony a žlučové kyseliny

Nadbytek cholesterolu v krvi

ukládání cholesterolu pod endotelem tepen

vznik aterosklerotického plátu (zužuje průsvit tepen)


Metabolismus

HDL

transport cholesterolu z periferie do jater

Poměr mezi LDL a HDL

určuje převažující směr transportu cholesterolu

Při zvýšeném poměru LDL/HDL

(nad 3,5)

se zvyšuje riziko vzniku aterosklerózy


Metabolismus

AMINOKYSELINY (AMK)

základní složka bílkovin, peptidů a polypeptidů

z 20 základních AMK

může být 12 syntetizováno v lidském těle

zbylé AMK musí člověk přijmout v potravě

tzv. esenciální AMK

Zdroje AMK

  • bílkoviny z potravy

  • opotřebované bílkoviny z tkání

  • malé množství vzniká při přeměně sacharidů


Metabolismus

AMINOKYSELINY (AMK)

Počet aminokyselin tvořících bílkovinu velmi rozdílný

  • inzulín = 51 AMK

  • protein ze sójových bobů = 4500 AMK

    Bílkoviny

    nezbytné pro

  • budování nových buněk

  • reparaci starých buněk a tkání

    Základní stavební látky pro tvorbu

  • enzymů

  • plazmatických bílkovin

  • protilátek

  • některých hormonů

  • kreatinu

  • atd.

    Bílkoviny se mohou přeměňovat na sacharidy


Metabolismus

AMINOKYSELINY (AMK)

Část aminokyselin se může odbourávat

(deaminovat) na jednodušší látky

zisk energie

Aminové skupiny se odštěpují

ve formě toxického amoniaku

v jaterních buňkách se mění na močovinu

krví do ledvin

vylučuje se močí z těla

Uhlíkaté zbytky aminokyselin

se začleňují do Krebsova cyklu

(podobně jako sacharidy a mastné kyseliny)

dekarboxylovány a dehydrogenovány

a rozkládají se na CO2, H2O a energii


Metabolismus

HDL

transport cholesterolu z periferie do jater

Poměr mezi LDL a HDL

určuje převažující směr transportu cholesterolu

Při zvýšeném poměru LDL/HDL

(nad 3,5)

se zvyšuje riziko vzniku aterosklerózy


Metabolismus

Tělesná práce

Čerpání energie závisí na

  • intenzitě zatížení

  • trvání práce

  • druhu zátěže

  • trénovanosti

  • dietě

  • prostředí

  • pohlaví


Metabolismus

Při maximální intenzitě zatížení

v prvních dvou sekundách

makroergní fosfáty (ATP a CP)

Glykogenolýza

dosahuje nejvyššího zastoupení

kolem 5. sekundy maximální práce

Mezi 60. a 75. sekundou maximální práce

začíná dominovat aerobní fosforylace

Podíl anaerobní glykolýzy a makroergních fosfátů

na resyntéze ATP po 4 minutách maximální práce

asi 20 %


Metabolismus

Podíl jednotlivých energetických systémů

na hrazení celkového energetického výdeje při různém trvání maximální zátěže.

100

80

ATP-CP

60

40

Příspěvek k celkovému energetickému výdeji (%)

20

0

0

50

100

150

200

250

300

Trvání práce (s)


Metabolismus

Při maximální intenzitě zatížení

v prvních dvou sekundách

makroergní fosfáty (ATP a CP)

Glykogenolýza

dosahuje nejvyššího zastoupení

kolem 5. sekundy maximální práce

Mezi 60. a 75. sekundou maximální práce

začíná dominovat aerobní fosforylace

Podíl anaerobní glykolýzy a makroergních fosfátů

na resyntéze ATP po 4 minutách maximální práce

asi 20 %


Metabolismus

Gastin PB. Energy system interaction and relative contribution during maximal exercise. Sports Med 2001; 31 (10): 725-741

Podíl jednotlivých energetických systémů

na hrazení celkového energetického výdeje při různém trvání maximální zátěže.

100

80

ATP-CP

60

glykolysa

40

Příspěvek k celkovému energetickému výdeji (%)

20

0

0

50

100

150

200

250

300

Trvání práce (s)


Metabolismus

Při maximální intenzitě zatížení

v prvních dvou sekundách

makroergní fosfáty (ATP a CP)

Glykogenolýza

dosahuje nejvyššího zastoupení

kolem 5. sekundy maximální práce

Mezi 60. a 75. sekundou maximální práce

začíná dominovat aerobní fosforylace

Podíl anaerobní glykolýzy a makroergních fosfátů

na resyntéze ATP po 4 minutách maximální práce

asi 20 %


Metabolismus

35-75 s

0-30

30-60

60-90

90-120

120-150

150-180


Metabolismus

Při maximální intenzitě zatížení

v prvních dvou sekundách

makroergní fosfáty (ATP a CP)

Glykogenolýza

dosahuje nejvyššího zastoupení

kolem 5. sekundy maximální práce

Mezi 60. a 75. sekundou maximální práce

začíná dominovat aerobní fosforylace

Podíl anaerobní glykolýzy a makroergních fosfátů

na resyntéze ATP po 4 minutách maximální práce

asi 20 %


Metabolismus

Gastin PB. Energy system interaction and relative contribution during maximal exercise. Sports Med 2001; 31 (10): 725-741

Podíl jednotlivých energetických systémů

na hrazení celkového energetického výdeje při různém trvání maximální zátěže.

100

aerobní fosforylace

80

ATP-CP

Podíly anaerobní glykolýzy a systému ATP-CP na resyntéze ATP po 4 minutách maximální práce činí jen asi 20 %

60

glykolysa

40

Příspěvek k celkovému energetickému výdeji (%)

20

0

0

50

100

150

200

250

300

Trvání práce (s)


Metabolismus

Dlouhotrvající práce -

využití sacharidů klesá

  • množství glykogenu ve svalech i v játrech klesá

  • stoupá dostupnost alternativních zdrojů

    (zejména mastných kyselin a glukózy)

    Při intenzitě zatížení 60% - 75% VO2 max

    rozklad glykogenu

    zejména ve svalových vláknech I. typu (červená vlákna)

    méně ve vláknech II. typu (bílá vlákna)

    Při zvyšování intenzity až ke 100 % VO2 max

    dominuje zapojení vláken II. typu

    Ke zvýšení glykogenolýzy dochází i v nepracujících svalech

    uvolněný laktát se stává preferovaným zdrojem

    glukoneogeneze nebo oxidace v pracujících svalech


  • Login