Biologie

E-learning jako vzdělávací nástroj školy 3. tisíciletí

  • Full Screen
  • Wide Screen
  • Narrow Screen
  • Increase font size
  • Default font size
  • Decrease font size

Přeměna látek a energií - metabolismus

Email Tisk PDF

Obecná charakteristika metabolických dějů

Metabolismus (přeměna látková) je základním znakem každé živé hmoty.
Dělení metabolických pochodů:

  • Děje anabolické (skladné); slouží k výstavbě organismu; z jednodušších látek vznikají látky složitější, energie se při těchto dějích spotřebovává - tzv. endergonické reakce. 
  • Děje katabolické (rozkladné); slouží ke štěpení složitějších látek na látky jednodušší; energie se uvolňuje - tzv. exergonické reakce. Energie takto získaná zabezpečuje reakce anabolické a umožňuje veškeré životní děje.
V organismu existuje dvoustupňový mechanismus uvolnění energie:
  • Štěpení živin na konečné produkty:

a) cukry na oxid uhličitý a vodu;
b) tuky na oxid uhličitý a vodu
c) bílkoviny se odbourávají na močovinu a další látky.

Při těchto oxidačně-redukčních pochodech se uvolňuje velké množství energie, která se v buňkách ukládá do molekul ATP – univerzální přenašeč a zdroj energie (adenosintrifosfát) – molekuly ATP obsahují bohaté makroergní vazby.

  • Uvolnění energie z molekul ATP a její přeměna na jiné formy energie - tepelnou, mechanickou, světelnou, osmotickou a elektrickou podmiňuje základní životní děje všech organismů. (Podrobnější informace v sekci: "4. ročník, Obecná biologie").

energie

Obrázek č. 1 Dvoustupňový mechanismus uvolnění energie. (
Zdroj: Trojan, S. a kol.: Atlas biologie člověka, Scientia, 2002). 

LIPIDY A JEJICH PŘEMĚNA

Význam lipidů v organismu:
  • Nejvydatnější účinný zdroj energie – z 1 gramu získá organismus 38,9 kJ energie – tzv. fyziologické spalné teplo pro tuky.
  • Zdroj potenciální energie – depotní tuk zejména v podkoží, kolem ledvin, srdce a v kosterních svalech (hodnota pro muže je 12 až 18 %, pro ženy 18 - 24 %).
  • Ochranná funkce – v blízkosti některých životně důležitých orgánů – mozek nebo ledviny – chrání před mechanickým poškozením.
  • Izolační funkce – vrstva podkožního vaziva – špatně vede teplo.
  • Rozpouštědla významných látek – vitamíny A, D, E, K.
  • Důležitá složka buněčných strukturlipoproteiny (cytoplazma, mitochondrie); fosfolipidy a lipoproteiny (buněčné membrány) – v nervové tkáni jsou naprosto nezbytné pro přenos nervového vzruchu (lipidy tvoří až 60 % struktury bílé a až 30 % strukturního materiálu hmoty šedé v mozku).

Štěpením lipidů vznikají glycerol a mastné kyseliny

Mastné kyseliny se dělí na:

  • nasycené (k. palmitová, k. stearová) – obsažené zejména v tucích živočišného původu (všechny vazby mezi uhlíkovými atomy jsou jednoduché); jsou "méně zdravé";
  • nenasycené (k. olejová, k. linolová a k. linolenová) – jsou obsažené v kapalných tucích, zejména v olejích (ve svém řetězci obsahují alespoň jednu dvojnou vazbu);  jsou „zdravější".
Mastné kyseliny uvolněné z tukových zásob jsou transportovány v krvi ve vazbě na plazmatické bílkoviny - albuminy, neboť nejsou ve vodě rozpustné; tvoří tzv. volné mastné kyseliny (VMK, free fatty acids - FFA).
Glycerol se dále odbourává v procesu anaerobní glykolýzy, může se také využít k tvorbě glukózy nebo glykogenu (k tomu dochází zejména v játrech); nemůže být znovu využit tukovými buňkami. MK se odbourávají procesem β – oxidace na acetylkoenzym A, který vstupuje do Krebsova cyklu, v konečné fází dochází k tvorbě CO2 a H2O.  

Cholesterol a další látky tukového charakteru - viz. sekce: "3. ročník, Doplňkové informace"

 Lipidy ve stravě  

Lipidy by měly být zastoupeny ve stravě z 25 až 30 % (běžně je pokrytí lipidů ve stravě v rozmezí 20 až 40 %; ve vyspělých zemích dokonce 40 až 45 %!!) . Vysoké procento tuků ve stravě – zejména cholesterolu a nasycených MK - výrazně ovlivňuje vznik:  

  • nádorového onemocnění tlustého střeva a konečníku (kolorektální karcinomy);
  • obezity – zvýšení rizika vzniku aterosklerotického onemocnění srdce a cév.

metabolismus_tuk

Obrázek č. 2 Základní schéma metabolismu tuků. (Zdroj: Jelínek, J., Zicháček, V.: Biologie pro gymnázia, Nakladatelství Olomouc 2006).

 Co udělat s lipidy ve stravě?   
  • Jíst méně smažených jídel.
  • Preferovat bílé maso před tmavým.
  • Zařadit do jídelníčku více luštěnin, cibule a česneku.  
  • Mazat pečivo slabou vrstvou tuku.  
  • Upřednostňovat nízkotučné výrobky, omezit tučné sýry.  
  • Vejce „pouze“ 3 až 4 týdně (žloutek obsahuje vyšší podíl cholesterolu).  
  • Upřednostňovat polotučné mléko a polotučné jogurty (nejsou vhodné odtučněné výrobky, nemají vitamín D ani jiné antioxidanty A a E).
 Queteletův index = BMI
Nejlépe korelující hodnota s tělesným tukem je vyjádřena pomocí BMI; platí vztah: BMI = hmotnost (kg) / (tělesná výška)2 (m).
Intervaly naměřených hodnot: 0 – 19: podvýživa; 19,1 – 24,9: normální hmotnost; 25,0 - 29,9: nadváha; BMI ≥ 30: obezita.

SACHARIDY A JEJICH PŘEMĚNA

Sacharidy jsou nejrozšířenější skupinou organických látek na Zemi.
Mají základní složení CxHyOz. Typickým zástupcem je krevní (hroznový) cukr C6H12O6glukóza. Běžné sacharidy jsou ve vodě rozpustné.

Význam sacharidů pro organismus:

  • Pohotový (okamžitý) zdroj energie – jsou snadno dosažitelné pro výrobu energie (škrob, glykogen) – polysacharidy se odbourávají na jednoduché cukry.
  • Škrob je typickou zásobní látkou v rostlinách. U živočichů a člověka se tvoří glykogen v jatrech a svalech; svalový glykogen vzniká jen z glukózy a je zdrojem energie jen pro svaly; jaterní glykogen může vznikat také přeměnou tuků, cukrů a bílkovin, představuje určitou zásobu glukózy a tím energie pro celý organismus.
  • Jediný zdroj energie pro mozek a erytrocyty.
  • Regulace metabolismu v játrech – na množství glykogenu závisí utilizace tuků a bílkovin – pokud není glukóza okamžitě potřebná, může vstoupit do buněk a její nadbytek se ukládá jako glykogen nebo se může přeměnit v tuk v jaterních a svalových buňkách – téměř 1/3 přijatých cukrů ve stravě se metabolizuje na tuk.
  • Murein je typickým polysacharidem s podpůrnou funkcí v buněčné stěně bakterií a u rostlin.
  • Součást makromolekul – tyto mají stavební funkci, jedná se zejména o glykoproteiny a glykolipidy.
Glukóza – cukr hroznový – se velmi rychle vstřebává ve dvanáctníku do krve, portálním oběhem se dostává do jater. V játrech vstupuje do metabolických dějů (např. Krebsův cyklus ad.) nebo se ukládá ve formě glykogenu.
Z jednoho gramu sacharidů získá organismus 17,1 kJ energie, je to tzv. fyziologické spalné teplo pro cukry (větší část energie se uloží, zbytek se přemění v teplo pro organismus ztrátové).
Glykemie je u zdravého dospělého člověka 3,3 až 6,1 mmol/l. Glukóza cirkulující v krvi je tkáněmi vychytávána, může v nich být oxidována, přeměněna na tuk nebo konvertována na glykogen.


 Metabolismus sacharidů

Největší význam má glukóza. Je přítomná ve všech tělních tekutinách (v krevní plazmě je stále rozpuštěná).
Nadbytečná glukóza se přeměňuje na glykogen, který se ukládá v játrech a kosterním svalstvu. Dle potřeby se rozkládá zpět na glukózu a ta na jednodušší látky.
Konečným produktem oxidace glukózy je oxid uhličitý a voda, přičemž se uvolní energie, která se váže do molekul ATP. V případě vyčerpání kapacity glykogenu se glukóza může přeměňovat na tuky.

metabolismus_sacharid 

Obrázek č. 3 Základní schéma metabolismu sacharidů. (Zdroj: Jelínek, J., Zicháček, V.: Biologie pro gymnázia, Nakladatelství Olomouc 2006).

Sacharidy ve stravě

Co udělat se sacharidy ve stravě?

  • Preferovat tmavé pečivo před bílým.
  • Pravidelně škroboviny ve stravě.
  • Omezit konzumaci čokolády, sladkostí, zákusků.
  • Příliš nesladit nápoje. 
  • Rafinovaný cukr nahradit přírodními cukry – šťáva z ovoce, med a další zdroje přírodního cukru.
Sacharidy by měly ve stravě zaujímat 55 až 60 % energie za den. Mezi polysacharidy zastoupené ve stravě patří škrob, amylopektin, celulóza (pro člověka nemá nutriční význam, ale je nesmírně důležitá pro správnou pasáž tráveniny v trávicím traktu). Z disacharidů jsou ve stravě zejména sacharóza - cukr ________ a laktóza - cukr ____________. Z monosacharidů pak zejména glukóza - cukr __________ a fruktóza - cukr ___________.

BÍLKOVINY A JEJICH PŘEMĚNA

Bílkoviny (proteiny) mají význam jako základní stavební složky organismu a uplatňují se zejména jako enzymy (biokatalyzátory) a hormony. Dále se bílkoviny rovněž podílí na obranné reakci organismu - tvorba protilátek.
Bílkoviny se tráví na aminokyseliny. V krvi je vždy určitá stálá hladina aminokyselin. Zdrojem aminokyselin jsou jednak bílkoviny (proteiny) z potravy, jednak opotřebované bílkoviny z tkání; malé množství aminokyselin vzniká při přeměně sacharidů.
Aminokyseliny jsou tedy potřebné:
  • k syntéze stavebních bílkovin těla;
  • k syntéze enzymů a hormonů;
  • k syntéze plazmatických bílkovin;
  • k přeměně na sacharidy (tzv. proces glukoneogeneze).
Část aminokyselin se odbourává na jednodušší látky a při tom se získává energie. Bílkoviny se neukládají do zásoby. Při katabolickém odbourávání aminokyselin dochází nejdříve k jejich deaminaci. Aminové skupiny se odštěpují ve formě toxického amoniaku (azanu), který je v jaterních buňkách v tzv. ornitinovém cyklu přeměňován na močovinu, jež je krví zanesena do ledvin a vyloučena močí ven z těla. Uhlíkaté zbytky aminokyselin se začleňují do Krebsova cyklu, kde sjou dekarboxylovány a dehydrogenovány.


 

Obrázek č. 4 Základní schéma metabolismu bílkovin. (Zdroj: Jelínek, J., Zicháček, V.: Biologie pro gymnázia, Nakladatelství Olomouc 2006).

Bazální metabolismus (BM)

Výdej energie je děj plynulý, jeho intenzita kolísá s aktivitou organismu. Část energie kryje tzv. bazální energetická potřeba, která je nezbytná pro zachování vitálně důležitých funkcí (srdeční akce, dýchání, vylučování, přenos látek apod.) a tělesné teploty.
U dospělého člověka je hodnota BM asi 6500 – 8500 kJ/den. Zbývající část energie kryje veškeré další aktivity organismu (pracovní energetická spotřeba). Bazální energetická potřeba a pracovní energetická potřeba tvoří tzv. celkový metabolismus člověka.

Opakovací otázky:
  1. Jaký význam mají lipidy a jak probíhá jejich metabolismus?
  2. Popište stručně metabolismus sacharidů.
  3. Vysvětlete pojem: bazální energetická potřeba.
  4. Jaká je funkce aminokyselin v organismech?
  5. Vypočítejte svůj index BMI.
  6. Jak se dělí metabolické děje?
  7. Popište mechanismus dvoustupňového uvolňování energie v organismu.


 




Navigace: 3. ročník Anatomie a fyziologie člověka Přeměna látek a energií - metabolismus