Metabolizmus

Prírodné vedy » Chémia

Autor: milena
Typ práce: Referát
Dátum: 27.02.2014
Jazyk: Slovenčina
Rozsah: 1 905 slov
Počet zobrazení: 13 413
Tlačení: 538
Uložení: 541
Metabolizmus
Premena látok a energií v živom organizme je prvotnou vlastnosťou živej hmoty. Vytváranie zložitejších látok z jednoduchších so súčasnou spotrebou energie nazývame anabolizmus. Opačný dej so štiepením látok zložitejších na jednoduché so sprievodným uvoľňovaním energie nazývame katabolizmus. Rast a vývoj predpokladá prevahu anabolizmu. Organizmus športovca v období intenzívnej a objemovo náročne riadenej športovej prípravy je nutné cielene sledovať a zabrániť trvalejšej prevahe katabolizmu. Látkova premena je spojená so spotrebou alebo výdajom energie. Základným zdrojom energie sú živiny – makroergické substráty, kde patria cukry, tuky a bielkoviny. Z makroergických substrátov je možné uvoľňovať energiu neoxidačným spôsobom (anaeróbny metabolizmus) alebo oxidačným spôsobom (aerobný metabolizmus). Živý organizmus musí získavať potrebnú energiu k uspokojovaniu energetických nárokov biologických funkcii a k udržiavaniu dynamickej rovnováhy vnútorného prostredia (homeostáza) – ako základného predpokladu života. Základným spôsobom získavania energie pre životné pochody aj pohybové činnosti je oxidačný metabolizmus. Kostrový sval má schopnosť získavať a uvoľňovať energiu aj neoxidačným spôsobom.
 
4.1 Metabolizmus bielkovín
Metabolizmus bielkovín je charakterizovaný intenzívnym odbúravaním a novotvorbou. Denne sa v organizme dospelého človeka pretvorí asi 400 g bielkovín. Biologický polčas plazmových a pečeňových bielkovín je 10dní, zatiaľ čo bielkovín svalstva 158 dní. Človek je odkázaný na ich pravidelný prísun, pričom biologická hodnota je určovaná obsahom nepostradateľných aminokyselín. Bielkoviny potravy sa v zažívacom trakte odbúravajú proteolytickými enzýmami postupne až na aminokyeliny. Tie sa jednak využívajú k výstavbe bielkovín organizmu, jednak sa môžu ďalej odbúravať a využívať pre energetické účely. Z glukoplastických aminokyselín sa mechanizmom glukoneogenézy môže vytvoriť glukóza. V experimente vzniká zo 100g bielkovín až 58 g glukózy. Dusík aminokyselín sa premieta v pečeni na močovinu vylučovanú obličkou, avšak určitá časť môže byť priamo vylúčená obličkou ako NH4+. Bilancia dusíku prijímaného potravou a vylúčeného močom slúži pre stanovenie rovnováhy medzi anabolizmom a katabolizmom bielkovín. Uhlíkový skelet molekuly aminokyselín sa odbúrava cez niektoré medzistupne citrátového cyklu až na CO2 a H2O. Zvýšená hladina močoviny v krvi môže svedčiť pre zvýšené využívanie bielkovín ako doplňujúceho zdroja energie pri vyčerpaní zásob glykogénu alebo pre poškodenie tkaniva pri preťažovaní organizmu a skrátení ich biologického polčasu tréningom v nadmernom objeme, ktorý je mimo aktuálny rozsah funkčných a metabolických schopnosti organizmu. Ak sa využívajú v energetickom metabolizme bielkoviny, potom je nevyhnutné ich odbúravaním uvoľniť 89 kJ energie pre premenu 1 mol ADP na 1 mol ATP, tj o 15 kJ viac ako pri využití cukrov resp. tukov.

4.1.1 Enzymatické štiepenie bielkovín
V ústnej dutine, kde sa potrava rozmliaždi a navlhčí slinami, nenastáva trávenie bielkovín. Trávenie sa začína až v žalúdku účinkom žalúdočnej šťavy, ktorá obsahuje okrem kyseliny chloróvodíkovej a pepsínu aj iné látky. Kyslým prostredím kyseliny chlorovodíkovej sa aktivuje pepsinogén na pepsín. Pepsín rozštiepi v žalúdku len 10% peptidových väzieb silne kyslou reakciou.Kyselina chlorovodíkova udržuje v žalúdku optimálne pH=1,5.Produkty pepsínovej hydrolýzy bielkovín pepsínom sa nazývajú aj peptóny. Je to zmes pomerne vysokomolekulových polypeptidov. Preto sa nevstrebávajú v žalúdku a prechádzajú do dvanástnika. V dvanástniku sa primieša k črevnému obsahu aj sekrét podžalúdkovej žĺazy, ktorá obsahuje ďalšie proteolytické enzými. Jeho účinkom ako aj účinkom vlastnej črevnej šťavy sa v tenkom čreve, kde prebieha väčšina tráviacich pochodov, vytvára prostredie s pH 7-8, optimálne pre účinky pankreatických a črevných enzýmov. Toto zásadité prostredie neutralizuje už v dvanástniku kyslosť žalúdočnej šťavy a odstráni účinok pepsínu. Okrem uvedených proteolytických enzýmov v črevnom obsahu sa vyskytujú aj enzýmy elastáza, ktorá štiepi elastín, kolagenéza, ktorá štiepi kolagén. Aj pankreatická šťava obsahuje niekoľko proteolytických enzýmov - trypsín, chymotrypsín, karboxypeptidázu a je výrazne alkalická vďaka vysokému obsahu hydrogén karbonátu (pH 7,4 - 8,3). Proteázy pankreatickej šťavy sú vylučované ako neaktívne proenzýmy, napr. Trypsinogén, chymotrypsinogén a proelastáza, ktoré sa aktivujú v tenkom čreve. Účinkom týchto enzýmov, ako aj ďalších enzýmov črevnej sliznice sa bielkoviny postupne počas prechodu tráviacim traktom v tenkom čreve rozštiepia až na jednotlivé aminokyseliny. Tieto sa resorbujú prevažne v tenkom čreve a dostávajú sa alebo do pečene, alebo priamo do obehu.

4.2 Metabolizmus sacharidov
Metabolizmus cukrov je ústrednou metabolickou cestou pre látkové premeny všetkých živín. Sacharidy plnia v metabolizme základnú funkciu paliva, ktoré dodáva energiu pre mechanickú prácu, transportné procesy proti koncentračným spádom a pre biosyntézy. Intermediárne produkty látkovej premeny cukrov môžu byť využité nielen pre energetické účely, ale takisto pre uvedené biosyntézy. V organizme sú cukry vo forme glukózy, ktorej hladina v krvi je relatívne stála a za fyziologických podmienok mierne kolíše okolo 5 mmol.l-1.

Metabolický aktívnou formou je glukóza-6-fosfát. K jej tvorbe je nutné ATP. Nevyhnutnú zásobu glukózy v bunkách pečeňového tkaniva a vo vláknach kostrového svalu predstavuje glykogén. Pre jeho syntézu je nevyhnutná premena glukózy-6-fosfátu na glukózu-1-fosfát, pri katalytickej účasti fosfoglukomutázy a aktivácia s využitím uridintrifosfátu (UTP) so vznikom UDP - glukózy. Vysoko aktívna UDP - glukóza je za prítomnosti glykogensyntázy pripojená k rastúcej molekule glykogénu.
Molekulová hmotnosť svalového glykogénu je asi 106, čo zodpovedá 103-104 glukózových jednotiek, zatiaľ čo pečeňového glykogénu je 2x107, čo zodpovedá 105 glukózových jednotiek. Úhrnné množstvo glykogénu v pečeni je asi 200 g, zatiaľ čo v svale je jeho obsah približne 1,75 g.100 g-1 hmotnosti vlhkého tkaniva. Toto množstvo sýti pohybovú činnosť na úrovni 75% maximálnej záťaže po dobu 2 h. Špeciálnou pohybovou a diétnou prípravou môže stúpnuť obsah glykogénu až na 4 g. 100 g-1 hmotnosti svalu. Toto množstvo zabezpečuje energetickú potrebu pohybovej činnosti o intenzite 75% po dobu 4 h. Svalový glykogén slúži takmer výhradne energetickej potrebe svalu, zatiaľ čo pečeňový glykogén doplňuje hladinu krvného cukru a jej prostredníctvom slúži 60% pre krytie energetických potrieb centrálneho nervového systému. Každý 1 g glykogénu na seba viaže 2,7 g vnútrobunečnej vody a zvyšovaním zásoby glykogénu v pečeni a svalovom tkanive stúpa v príslušnom pomere aj telesná hmotnosť. Štiepenie glykogénu katalyzuje fosforyláza, ktorej aktívnou formou je fosforyláza a a neaktívnou formou fosforyláza b. Premenou inaktívnej formy na aktívnu zabezpečuje fosforylázokináza. Aktivita fosforylázokinázy je regulovaná adrenalínom a glukagónom prostredníctvom membránovej adenylátcyklázy vlákien kostrového svalu alebo pečeňovej bunky a cAMP (cyklický adenozínmonofosfát). Ústredné postavenie látkovej premeny glukózy v intermediárnom metabolizme je nepochybná. Pre uprednostnenie smeru prebiehajúcich reakcii majú zásadný význam metabolické regulácie, hlavne aktuálny pomer ADP/ATP so všeobecným regulačným dopadom. Lepšie využiteľným zdrojom energie je glukóza než fruktóza alebo galaktóza. Výhodnejší je však jej prísun vo forme zložitejších cukrov, aspoň disacharidov, hlavne maltózy (cukor sladový) alebo polysacharidov (škrob, maltodextríny). Nárazový prívod čistej glukózy môže vyvolať jej náhly vzostup v krvi s následným uplatnením inzulínovej regulácie, jej dôsledkom môže byť následné zníženie hladiny krvného cukru a opačný funkčný a metabolický vplyv. Pri využití disacharidov alebo škrobu je doplňovanie hladiny v krvi plynulejšia. Keď sa využívajú v energetickom metabolizme cukry (podobne tuky), potom je nevyhnutne uvoľniť pre premenu 1mol ADP na 1 mol ATP 74 kJ.

4.2.1 Trávenie sacharidov
Sacharidy prijímané potravou môžeme rozdeliť na celulózu, škrob, sacharózu a laktózu. Pôsobením slinnej amylázy alfa sa škrob štiepi na dextríny. Kyslým pH v žalúdku je amyláza inhibovaná, ale pôsobením pankreatickej amilázy sa dextríny ďalej štiepia na molekuly maltózy a izomaltózy. V tenkom čreve sa potom:
- sacharóza pôsobením sacharázy mení na molekulu D-glukózy a  D-fruktózy,
- laktóza pôsobením laktázy mení na molekulu D-glukózy a D-galaktózy,
- maltóza pôsobením glukoamylázy mení na 2 molekuly D-glukózy,
- izomaltóza pôsobením 1,6-glukozidázy mení na 2 molekuly D-glukózy,
- celulóza sa neštiepi, ale zlepšuje peristaltiku čriev a celkovo napomáha tráveniu.
Glukóza sa potom vstrebáva do krvi, odkiaľ je transportovaná do pečene. V nej sa z 50% mení na glykogén a zostatok ide do orgánov celého tela (mozgu, myokardu a iných svalov a pod.)

4.2.2 Glykolýza
Glukóza môže oxidovať v bunkách dvomi cestami: glykolýzou a v pentózovom cykle. Z energetického hľadiska ma význam iba glykolýza. Glykolýza je základnou metabolickou cestou odbúravania glukózy v bunkách. V závislosti od podmienok, za akých glykolýza v bunkách prebieha, vznikajú rozdielne koncové produkty. Pri glykolýze za aeróbnych podmienok (dostatočné množstvo kyslíka v bunkách) je konečným produktom pyruvát a za anaeróbnych podmienok (nedostatočné množstvo kyslíka v bunkách) vzniká ako konečný produkt laktát. Pyruvát je konečným produktom glykolýzy za aeróbnych podmienok. Aeróbne podmienky sú vo väčšine živočíšnych buniek. Výnimkou sú napr. bunky kostrového svalu. V intenzívne pracujúcom svale dochádza pri kontrakcii k nedostatočnému zásobeniu tohto tkaniva kyslíkom, vznikajú anaeróbne podmienky. V závislosti od podmienok je rozdielna aj energetická bilancia glykolýzy. Pri anaeróbnych podmienkach je celkový energetický efekt pri odbúraní jednej molekuly glukózy na dve molekuly laktátu vznik dvoch molekúl ATP (základný zdroj energie). Pri odbúravaní glukózy v podmienkach aerobiózy je výsledným produktom pyruvát a energetický efekt je 38 molekúl ATP.

4.2.3 Glukoneogenéza (novotvorba glukózy)
Prebieha jednak z kyseliny mliečnej, jednak z glukoplastických aminokyselín
v oxidačnom režime pohybovej činnosti. Využitie serínu, glycínu, histidínu, leucínu, izoleucínu, lyzínu podlieha hormonálnemu riadeniu glukokortikoidmi. Prostredníctvom acetylkoenzýmu A a oxalacetátu cez fosfoenolpyruvát sa glukoneogenézy môžu teoreticky zúčastniť aj tuky. Pečeň zabezpečuje glukoneogenézu jednak mechanizmom cyklov Coriových, a jednak v alanínovom cykle. Pri odbúravaní aminokyselín vo svale sa veľká časť aminoskupín prenáša na pyruvát vznikajúci pri glykolýze. Vzniknutý alanín ja prenášaný do pečene, kde je transformovaný, dusík sa mení na močovinu premenami močovinového cyklu a pyruvát slúži ku glukoneogenéze. Glukóza sa dostáva krvným riečišťom do svalov a tým je cyklus uzatvorený.

4.3 Metabolizmus tukov
Metabolizmus tukov zahŕňa, ako procesy syntézy dôležitých štruktúrnych zložiek polopriepustných biologických membrán, tak aj procesy štiepenia pre energetické účely. Z energetického hľadiska sú tuky zásobnými látkami, na ktoré sa premieňajú živiny prijaté nad okamžitou potrebou energetického krytia. Biologický polčas obmeny pečeňového tuku je 1-2 dní, zatiaľ čo podkožného 15-20 dní. Lipolytický účinok majú hormóny adrenalín a glukagón mechanizmom aktivácie adenylátcyklázy a následného zvýšenia obsahu cAMP (cyklický adenozínmonofosfát) podobne ako pri mobilizácii glykogénu. Výsledkom ich účinku je zvýšenie obsahu voľných mastných kyselín v krvi. Ak sa využívajú v energetickom metabolizme tuky, potom je nevyhnutné uvoľniť 74 kJ pre zmenu 1 mol ADP na 1 mol ATP. Nepostradateľnými súčasťami potravy sú vyššie nenasýtené mastné kyseliny, ku ktorým patrí kyselina linolová, linolenová a arachidonová. Látková premena tukov prispieva k energetickej úhrade pohybovej činnosti podstatnejšie až po 10-20 min jej trvania. Športovci, prispôsobení k vytrvalostnému zaťaženiu, využívajú látky tukovej povahy v energetickom metabolizme skôr, vždy však len v dejoch oxidačného metabolizmu.

4.4 Neoxidačný metabolizmus
Neoxidačný metabolizmus je spôsob premeny látok a energií bez okamžitého využívania kyslíka v chemických dejoch. Rozlišujeme dve kvalitatívne a kvantitatívne odlišné zložky: Alaktátovú zložku neoxidačného metabolizmu (neoxidačné uvoľňovanie energie zo zásoby makroergických fosfátov) a laktátovú zložku neoxidačného metabolizmu (neoxidačné formovanie makroergických fosfátov a uvoľňovanie energie z nich pre svalový sťah).

4.5 Oxidačný metabolizmus

Oxidačný metabolizmus je premena látok a energií s okamžitým prívodom a využitím kyslíka. Zabezpečuje 13-19x vyššiu výťažnosť energie než neoxidačná laktátová premena. Prevaha uplatnenia tohto spôsobu dodávania ATP činnému svalu je pri pohybových činnostiach miernej až strednej intenzity, s trvaním nad 90s, kde je podkladom sťahu kostrového svalu prevažne funkčná aktivita „pomalých“, oxidačných svalových vlákien. Rýchlosť dodávania ATP pre svalový sťah je 1-1,5 mol ATP.min-1 a kapacita tohoto spôsobu metabolického krytia je pri optimalizovanom využívaní teoretický neobmedzená, čo dokumentuje činnosť srdečného svalu. Riadenou športovou prípravou možno oxidačnú kapacitu rozvíjať
najúčinnejšie.

4.6 Bazálny metabolizmus

Bazálny metabolizmus  je minimálny stupeň metabolickej aktivity organizmu pri ideálnych vonkajších podmienkach a telesnej i duševnej aktivite, obmedzenej na udržanie základných životných funkcii. U človeka je definovaný pri nasledujúcich podmienkach:
- nalačno (16 hodín bez príjmu potravy, 36 hodín bez príjmu bielkovín, ktoré majú výrazný špecifický dynamický efekt)
- indiferentná teplota (20-22 stupňov oblečený, 30 stupňov neoblečený), ktorú organizmus subjektívne nepociťuje ani ako teplo ani ako chlad, objektívne sa ani nepotí ani netrasie chladom
- pri telesnom a duševnom pokoji

Oboduj prácu: 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1


Odporúčame

Prírodné vedy » Chémia

:: KATEGÓRIE – Referáty, ťaháky, maturita:

Vygenerované za 0.013 s.
Zavrieť reklamu