Trávení a metabolismus

Transkript

1 Trávení a metabolismus Milada Roštejnská elena Klímová br. 1. Proces vylučování [1] 1

2 bsah (1. část) Zařazení člověka podle metabolismu Potrava sud potravy v lidském těle Trávení (obecně) Trávení sacharidů Trávení bílkovin Trávení triacylglycerolů Metabolismus Schéma metabolismu Anabolismus a katabolismus Rychlost metabolismu Energetický nadbytek a nedostatek Adenosintrifosfát (ATP)

3 bsah (2. část) Metabolismus sacharidů Glykolýza Glykolýza - schéma Aerobní a anaerobní odbourávání pyruvátu Aerobní a anaerobní odbourávání pyruvátu - schéma Metabolismus bílkovin Močovinový cyklus Metabolismus triacylglycerolů dbourávání mastných kyselin Schéma metabolismu Rozdíly v energetickém výtěžku Vztah metabolismu triacylglycerolů a sacharidů Použitá literatura

4 Člověk patří mezi chemoorganotrofní aerobní organismy 2 potrava voda 2 hemotrofní organismy získávají energii oxidací živin. hemotrofní organismy využívají chemické reakce jako zdroj energie. eterotrofní (organotrofní) organismy mají za hlavní zdroj uhlíku jiné organické látky (tuky, bílkoviny, lipidy). Aerobní organismus potřebuje ke svému životu nezbytně kyslík. o musí obsahovat naše strava? Bílkoviny Sacharidy Lipidy Vitaminy a minerální látky Vodu bsah stolice moč br. 2. Trávicí soustava

5 Potrava Potrava = vše, co slouží k výživě organismu. Bílkoviny Sacharidy Lipidy Vláknina Vitaminy Minerální látky a stopové prvky bsah br Různé druhy potravy [1]

6 sud potravy v našem těle Potrava br. 9. Trávicí soustava Potrava se v ústech žvýká a nakonec se mísí se slinami do vlhké hmoty, které říkáme sousto. Ústní dutina Potrava Ústa Játra Žlučník Tlusté střevo Žaludek Slinivka břišní Tenké střevo Řitní otvor br. 10. Ústa bsah

7 sud potravy v našem těle br. 9. Trávicí soustava Ústní dutina Sousto v hltanu putuje tzv. peristaltickými pohyby až do jícnu. Pozor někdy se stane, že se spustí peristaltika zpětná neboli zvracení. Potrava Ústa ltan a jícen Játra Žlučník Tlusté střevo Žaludek Slinivka břišní Tenké střevo Svalová stěna jícnu Kontrahovaný sval Sousto bsah Řitní otvor Relaxovaný sval br. 11. Peristaltické pohyby jícnu

8 sud potravy v našem těle br. 9. Trávicí soustava Ústní dutina V žaludku se jeho silné svaly stahují, a dovolují tak rozmačkat a rozdrtit obsah uvnitř na lepkavou a blátivou hmotu, které se říká trávenina (chymus). Zde se také naše potrava setkává s celou řadou enzymů. Potrava Játra Žlučník Žaludek Slinivka břišní Ústa ltan a jícen Žaludek Tlusté střevo Tenké střevo bsah Řitní otvor br. 12. Žaludek

9 sud potravy v našem těle br. 9. Trávicí soustava hymus ve dvanáctníku obsahuje částečně strávenou potravu ze žaludku, trávicí šťávy ze slinivky břišní a žluč ze žlučníku. Ústní dutina Játra Žlučník Žaludek Slinivka břišní Potrava Ústa ltan a jícen Žaludek Dvanáctník Tlusté střevo Tenké střevo bsah Řitní otvor

10 sud potravy v našem těle br. 9. Trávicí soustava Tenké střevo je hlavním místem vstřebávání živin. Ústní dutina Játra Žlučník Tlusté střevo Žaludek Slinivka břišní Tenké střevo Potrava Ústa ltan a jícen Žaludek Dvanáctník Tenké střevo Řitní otvor bsah br. 13. Tlusté a tenké střevo

11 sud potravy v našem těle br. 9. Trávicí soustava Ústní dutina V tlustém střevě dochází ke vstřebávání vody (až 90%). Nestrávené zbytky (vláknina, trávicí šťávy, žluč, buňky střevní výstelky, bakterie) tvoří stolici. 1/3 suché váhy představují bakterie. Potrava Játra Žlučník Tlusté střevo Žaludek Slinivka břišní Tenké střevo Ústa ltan a jícen Žaludek Dvanáctník Tenké střevo Tlusté střevo Řitní otvor bsah br. 13. Tlusté a tenké střevo

12 sud potravy v našem těle br. 9. Trávicí soustava Ústní dutina V tlustém střevě dochází ke vstřebávání vody (až 90%). Nestrávené zbytky se mění na hnědou hmotu (stolice), jejíž 1/3suché váhy představují bakterie produkující methan. Mezi nestrávené zbytky patří i vláknina. Potrava Játra Žlučník Tlusté střevo Žaludek Slinivka břišní Tenké střevo Ústa ltan a jícen Žaludek Dvanáctník Tenké střevo Tlusté střevo Řitní kanál Řitní otvor bsah br. 13. Tlusté a tenké střevo

13 Trávení br. 14. Příjem potravy [1] Během procesu trávení dochází za pomoci hydrolytických enzymů k rozkladu potravy na jednodušší látky. Ty mohou dále sloužit buď jako stavební jednotky pro výstavbu nových sloučenin, nebo mohou být v těle dále odbourávány až na oxid uhličitý, vodu a ostatní odpadní látky. nové sloučeniny potrava trávení jednodušší látky 2, 2, energie bsah

14 br. 15. Sacharidy 2 [1] Trávení sacharidů br. 16. Schéma trávení polysacharidu - škrobu Trávení je založeno na hydrolytickém štěpení glykosidové vazby. Produktem trávení polysacharidů jsou monosacharidy (glukosa, fruktosa, galaktosa ). Příklad: trávení škrobu 2 2 Maltosa 2 2 Škrob Glukosa Glukosa Glukosa Glukosa Amylasy Maltasy Maltosa bsah Amylasy štěpí polysacharid škrob postupně na disacharidové jednotky maltosu. Maltasa štěpí disacharid maltosu na monosacharid glukosu.

15 Trávení bílkovin Trávení je založeno na hydrolytickém štěpení peptidové vazby. Peptidový řetězec Výsledkem trávení bílkovin jsou jednotlivé aminokyseliny a kratší peptidové řetězce. 3 N + - aminopeptidasa karboxypeptidasa endopeptidasa Karboxypeptidasy štěpí bílkoviny od -konce. Aminopeptidasy štěpí bílkoviny od N-konce. tripeptidasa endopeptidasa Endopeptidasy štěpí bílkoviny uprostřed řetězce. Tripeptidasy štěpí tripeptidy dipeptidasa dipeptidasa dipeptidasa Dipeptidasy štěpí dipeptidy. bsah br. 17. Schéma trávení proteinů

16 Trávení triacylglycerolů br. 18. Lipidy 2 [1] Trávení je založeno na hydrolytickém štěpení esterové vazby. R 2 2 triacylglycerol R R lipasy 2 R + 2R- R= monoacylglycerol (diacylglycerol, resp. glycerol) mastné kyseliny (v tomto případě se jedná o kyselinu stearovou) Enzymy štěpící triacylglyceroly se nazývají lipasy. bsah Produktem trávení jsou mastné kyseliny a monoacylglycerol (diacylglycerol, resp. glycerol).

17 Metabolismus Metabolismus jsou všechny chemické procesy, při nichž dochází k přeměně látek (látková výměna) a energií (energetická výměna) v buňkách a živých organismech. Metabolismus v sobě zahrnuje přeměny výše zmíněných produktů trávení na odpadní látky, nebo výstavby nových pro život důležitých sloučenin. o je metabolit? Metabolit je produkt metabolismu. bsah

18 Zažívací trubice Sacharidy Bílkoviny Lipidy Schéma metabolismu Ukládány jako glykogen v játrech Ukládány Ukládány jako tuk Trávení v pojivové Trávení Trávení v tukové tkáni tkáni Monosacharidy Aminokyseliny Mastné kyseliny Pyruvát AcetyloA itrátový cyklus dstranění aminoskupiny Amoniak bsah br. 19. Schéma metabolismu Energie, oxid uhličitý a voda Moč

19 Anabolismus a katabolismus Anabolismus Látky chemicky jednodušší + energie Katabolismus syntéza rozklad Látky chemicky složitější Anabolické reakce jsou především endergonické (energii spotřebovávají). Katabolické reakce jsou především exergonické (energii uvolňují). bsah

20 Rychlost metabolismu Rychlost metabolismu je celkově ovlivňována hormony. Jednotlivé reakce jsou katalyzovány enzymy, a tím jsou urychlovány. Čím je rychlost ovlivněna? 1. Věkem 2. Pohlavím 3. elkovým stavem organismu (fyzickým i psychickým) br. 20. Fyzická zátěž (Sport) [1] bsah br. 21. Proces vylučování [1]

21 Energetický nadbytek a nedostatek Při nadbytku energie (např. při větším příjmu potravy, nedostatku pohybu ) musí tělo energii nějakým způsobem využít, aby se tělo nepřehřálo. Energii organismus využije na tvorbu lipidů, které se ukládají do tukové tkáně, čímž může vzniknout nadváha (otylost). br. 22. Nadváha [1] Naopak při nedostatečném příjmu potravy a tím i nedostatečném příjmu energie, musí tělo energii někde získat. Nejprve jsou použity rezervy glykogenu. Při delším hladovění dochází k rozkladu tukových zásob, což může být příčinou podvýživy. bsah br. 23. Příjem potravy [1]

22 ATP rganismy potřebují stále energii, kterou získávají rozkladem potravy. Tuto energii spotřebují na endergonické reakce. Kde organismus energii uchovává? br. 24. Dítě [1] Skladuje ji v tzv. makroergických sloučeninách, jejichž rozkladem se získá velké množství energie. Typickým příkladem je tzv. adenosintrifosfát (ATP). N N 2 N N N P P - P - bsah br. 25. Molekula ATP

23 Metabolismus sacharidů Sacharidy slouží jako zdroj rychle uvolnitelné energie. br. 26. Sacharidy 2 [1] bsah br. 27. Molekula D-glukosy Polysacharidy i oligosacharidy jsou hydrolyticky štěpeny v procesu trávení na monosacharidy. Monosacharidy jsou schopny vstřebávat se střevní stěnou. V naší krvi musí být udržována stálá hladina glukosy (tzv. glykémie). Na regulaci metabolismu glukosy se podílí celá řada hormonů, především insulin a glukagon.

24 Metabolismus sacharidů dbourávání monosacharidů probíhá v několika fázích: 1. Fáze glykolýzy 2. Fáze glykolýzy 3. Fáze glykolýzy 4. Aerobní a anaerobní odbourávání pyruvátu bsah

25 Glykolýza (přeměna glukosy na pyruvát, probíhá v cytoplasmě) 1. Fáze glykolýzy Převod monosacharidů (glukosy) na D-fruktosa-6-fosfát. D-glukosa 2 Glukosa-6-fosfát 2 P 3 2 P 3 2 Fruktosa-6-fosfát 2 2 Na vznik 1 molekuly D-fruktosa-6-fosfátu z 1 molekuly glukosy je zapotřebí 1 molekula ATP. bsah br. 28. D-fruktosa-6-fosfát

26 Glykolýza (přeměna glukosy na pyruvát, probíhá v cytoplasmě) 2. Fáze glykolýzy Přeměna D-fruktosa-6-fosfátu na 2x glyceraldehyd-3-fosfát. P 3 2 Fruktosa-6-fosfát 2 2 2x Glyceraldehyd-3-fosfát 2 P pět je zapotřebí 1 molekula ATP. bsah br. 29. Glyceraldehyd-3-fosfát

27 Glykolýza (přeměna glukosy na pyruvát, probíhá v cytoplasmě) 3. Fáze glykolýzy (dehydrogenace) Přeměna glyceraldehyd-3-fosfátu na pyruvát (anion kyseliny pyrohroznové). Glyceraldehyd-3-fosfát Pyruvát - 2 P 3 Při této fázi se z jedné molekuly triosy celkem uvolní 2 molekuly ATP a jedna molekula NAD. bsah br. 30. Kyselina pyrohroznová

28 sacharidy Glykolýza - schéma 2 2- P 3 glyceraldehyd-3-fosfát - 2 bsah P 3 3-fosfoglycerát P D-fruktosa-6-fosfát - 3 pyruvát P P 3 1,3-bifosfoglycerát - 2 P 3 2- fosfoenolpyruvát trávení ATP ADP 2x ADP glukosa amylasy glukosa-6-fosfát isomerace fruktosa-6-fosfát ATP ADP fruktosa-1,6-bifosfát 2x glyceraldehyd-3-fosfát 2x (NAD + +P) 2x (NAD+ + ) 2x 1,3-bisfosfoglycerát 2x ADP 2x ATP 2x 3-fosfoglycerát 2x 2-fosfoglycerát 2x 2 2x fosfoenolpyruvát 2x ATP 2x pyruvát

29 Glykolýza - schéma elkový zisk: 1. fáze glykolýzy sacharidy trávení amylasy glukosa ATP ADP glukosa-6-fosfát isomerace fruktosa-6-fosfát 2 molekuly ATP 2 molekuly NAD 2. fáze glykolýzy ATP ADP fruktosa-1,6-bifosfát bsah 3. fáze glykolýzy 2x glyceraldehyd-3-fosfát 2x (NAD + +P i +ADP) 2x (NAD+ + +ATP) 2x 3-fosfoglycerát 2x ADP 2x (ATP + 2 ) 2x pyruvát

30 Aerobní odbourávání pyruvátu 1. Aerobní odbourávání pyruvátu (oxidační dekarboxylace pyruvátu) Probíhá za přítomnosti kyslíku. acetylkoenzym A 3-3 S-oA S-oA NAD NAD bsah

31 Anaerobní odbourávání pyruvátu 2. Anaerobní odbourávání pyruvátu Probíhá při nedostatku kyslíku. A, Tvorba laktátu B, Alkoholové (ethanolové) kvašení laktát NAD + Ke vzniku laktátu dochází např. při cvičení (bolest svalů). br. 31. Fyzická zátěž (Sport) [1] NAD + pyruvát NAD + + NAD + 3 acetaldehyd acetaldehyd ethanol bsah Alkoholové kvašení způsobují např. kvasinky. br. 32. Alkohol [1]

32 Aerobní a anaerobní odbourávání - schéma pyruvát aerobní odbourávání anaerobní odbourávání acetylkoenzym A tvorba laktátu alkoholové kvašení citrátový cyklus + dýchací řetězec 2, 2 + energie laktát ethanol bsah

33 Metabolismus bílkovin Bílkoviny jsou pro naše tělo zcela nepostradatelné z mnoha hledisek : br. 33. Model hemoglobinu enzymy zásobní proteiny (ovalbumin) transportní proteiny (hemoglobin) ochranné proteiny (imunoglobulin) kontraktilní proteiny (myosin) hormony (insulin) strukturní proteiny (kolagen) zásadní zdroj dusíku a esenciálních aminokyselin br. 34. Bílkoviny [1] br. 35. Vejce [1] bsah

34 Metabolismus bílkovin Bílkoviny jsou v procesu trávení hydrolyzovány na aminokyseliny. dbourávání aminokyselin: přeměny aminokyselin bílkoviny trávení aminokyseliny odstranění aminoskupiny Uhlíkatý skelet (nejčastěji vzniká 2-oxokyselina) se zapojuje do metabolických drah dalších látek. Nejčastěji dochází k přeměně na pyruvát či k tvorbě acetylkoenzymu A. meziprodukty citrátového cyklu uhlíkatý skelet -N 2 pyruvát, acetylkoenzym A močovinový cyklus Aminoskupina se odbourává v močovinovém cyklu, kde se přeměnuje na močovinu. bsah močovina

35 Metabolismus bílkovin přeměny aminokyselin bílkoviny trávení aminokyseliny Buď dojde k úplnému odbourání v citrátovém cyklu a dýchacím řetězci za zisku energie uhlíkatý skelet odstranění aminoskupiny amoniak nebo dojde k tvorbě sacharidů, lipidů či nových aminokyselin. meziprodukty citrátového cyklu citrátový cyklus + dýchací řetězec pyruvát, acetylkoenzym A močovinový cyklus bsah oxid uhličitý, voda a energie tvorba nových látek močovina

36 Močovinový cyklus Při oxidačním odbourávání aminokyselin by se uvolňoval amoniak, který je pro organismus jedovatý. V lidském těle je amoniak přeměňován na močovinu v močovinovém (ornithinovém) cyklu. Močovinový cyklus začíná tvorbou látky, která se nazývá karbamoylfosfát. karbamoylfosfát N 3 + 2ATP N 2 2ADP P P 4 2- karbamoylfosfát citrulin aspartát oxalacetát ornithin argininsukcinát malát bsah močovina arginin fumarát br. 36. Schéma močovinového cyklu

37 Metabolismus triacylglycerolů Triacylglyceroly (lipidy) tvoří základní stavební jednotky buněčných membrán (tzv. tkáňové lipidy). Jsou také důležitým zdrojem energie (zásobní lipidy). dbourávání triacylglycerolů začíná v procesu trávení, kdy je triacylglycerol hydrolyzován na mastné kyseliny a monoacylglycerol (diacylglycerol, resp. glycerol). R 2 2 triacylglycerol R R lipasy 2 2 monoacylglycerol R + 2 R mastné kyseliny br. 38. Lipidy [1] bsah br. 37. Lipidy 3 [1]

38 dbourávání mastných kyselin Aktivace mastných kyselin koenzym A R - ( 2 ) S-oA + ATP R S-oA AMP karboxylová kyselina aktivovaná karboxylová kyselina 1. Fáze β-oxidace R S-oA + FAD R 2 S-oA + FAD 2 2. Fáze β-oxidace R R 2 S-oA S-oA P 4 + R 2 + NAD + R 2 enoylkoenzym A 2 S-oA hydroxyacylkoenzym A 2 S-oA + NAD oxoacylkoenzym A bsah

39 dbourávání mastných kyselin 3. Fáze β-oxidace acetylkoenzym A R 2 2 S-oA + S-oA R 2 S-oA + 3 S-oA aktivovaná mastná kyselina zkrácená o dva uhlíky Původní řetězec karboxylové kyseliny se vždy zkracuje o dva uhlíky. elý proces probíhá tak dlouho, dokud se celý řetězec nerozštěpí na acetylkoenzymy A. Acetylkoenzym A je dále oxidován v citrátovém cyklu na vodu a oxid uhličitý. bsah

40 triacylglycerol br. 39. Schéma odbourávání triacylglycerolu karboxylová kyselina ATP + oa-s aktivace mastných kyselin trávení aktivovaná mastná kyselina FAD glycerol glykolýza dehydrogenace AMP 2 FAD 2 FAD 2 enoyloa hydroxyacyloa NAD + NAD + + enoyloa 2 hydratace FAD oxoacyloa hydroxyacyloa NAD + dehydrogenace aktivovaná mastná kyselina zkrácená o dva uhlíky oxoacyloa NAD + + bsah acetyloa oa-s citrátový cyklus + dýchací řetězec 2, 2 + energie

41 triacylglycerol br. 39. Schéma odbourávání triacylglycerolu karboxylová kyselina ATP + oa-s ADP aktivace mastných kyselin trávení aktivovaná mastná kyselina 2 glycerol glykolýza FAD 1. fáze ß-oxidace FAD 2 FAD 2 1. fáze ß-oxidace FAD enoyloa 2. fáze ß-oxidace hydroxyacyloa oxoacyloa NAD + NAD + + enoyloa 2 hydroxyacyloa NAD + 2. fáze ß-oxidace aktivovaná mastná kyselina zkrácená o dva uhlíky oxoacyloa NAD + + bsah acetyloa 3. fáze ß-oxidace oa-s citrátový cyklus + dýchací řetězec 2, 2 + energie

42 potrava br. 40. Schéma celkového odbourávání potravy nestravitelné kousky tuky sacharidy bílkoviny voda minerální látky vitaminy trávení mastné kyseliny + glycerol monosacharidy aminokyseliny pyruvát tvorba hormonů alkaloidů barviv dusíkatých zásad acetylkoenzym A 2-oxokyseliny -N 3 + citrátový cyklus + dýchací řetězec močovinový cyklus nestravitelné kousky 2, 2, energie močovina bsah pryč z těla jako odpadní látky

43 Rozdíly v energetickém výtěžku Energie uvolněná při úplné oxidaci 1 molekuly glukosy při anerobním odbourávání 1 molekuly glukosy při rozštěpení 1 molekuly kyseliny palmitové Zisk (počet molekul) ATP NAD FAD bsah

44 Vztah metabolismu triacylglycerolů a sacharidů tuky mastné kyseliny + glycerol laktát br. 43. Vztah metabolismu triacylglycerolů a sacharidů potrava sacharidy monosacharidy pyruvát acetylkoenzym A citrátový cyklus + dýchací řetězec Triacylglyceroly i sacharidy jsou odbourávány na acetylkoenzym A. Acetylkoenzym A může být oxidován v citrátovém cyklu a dýchacím řetězci až na oxid uhličitý a vodu. K tomu dochází, pokud buňka potřebuje energii (tzn. koná-li organismus práci). Má-li buňka dostatek energie, může být acetylkoenzym A využit jako stavební jednotka pro syntézu mastných kyselin. Ze sacharidů tedy mohou vznikat triacylglyceroly, které se ukládají do tukových tkání. bsah 2, 2, energie

45 Použit itáliteratura Převzaté obrázky: [1] Domácí lékař od A do Z. Překlad: Ulrich, A. Praha: IMP s. r. o. (obr. 1, 3-8, 14, 15, 18, 20-24, 26, 31, 32, 34, 35, 37, 38) statní použitá literatura: [2] ALBERTS, B. a kol. Základy buněčné biologie. Ústí nad Labem: Espero Publishing, [3] VET, D. VETVÁ, J., G. Biochemie. Praha: Victoria Publishing, [4] BURNIE, D. Stručná encyklopedie lidského těla. Talentum, [5] LİWE, B. Biochemie. Bamberg,..: Buchners Verlag, [6] SFRVÁ, D. TIÁ, M. a kol. Biochemie základní kurz. Praha: skripta UK, [7] KARLSN, P. GERK, W. GRSS, W. Pathobiochemie. Praha: Academia, [8] KARLSN, P. Základy biochemie. Praha: Academia, [9] KUBIŠTA, V. Buněčné základy životních dějů. Praha: Scientia, [10] Lidské tělo. Překlad: ořejší, J. Prahl, R. Bratislava: GEMINI, Ilustrace Markéta Roštejnská: obr. 2, 9, 10, 11, 12 a 13 bsah 45