Metabolismus živin

Metabolismus je látková přeměna, tedy soubor všech enzymových reakcí (tzv. metabolických drah), při nichž dochází k přeměně látek a energie v buňkách Podle směru probíhající změny rozdělujeme metabolismus na anabolismus (výstavbový proces, biosyntéza) a katabolismus (rozkladný proces).

Anabolismus je tvorba látek, při které se energie spotřebovává. Vytvářejí se energetické rezervy, dochází k obnově a novotvorbě tkání. Anabolické děje převažují v situacích, kdy je tělesná aktivita omezena.

Katabolismus je rozklad látek za současného uvolnění energie. Probíhá při zvýšení tělesné pohybové aktivity a při udržování životních funkcí. Zdrojem energie jsou živiny obsažené v potravě, které jsou enzymaticky rozkládány a vstřebávány v trávicí soustavě. Sacharidy se štěpí na jednoduché cukry (monosacharidy). Nejvýznamnější je glukóza. Tuky (lipidy) jsou rozloženy na mastné kyseliny a glycerol, bílkoviny (proteiny) na aminokyseliny.

Trávení a vstřebávání sacharidů

• Glukóza - je schopna se pasivním transportem (ve směru koncentračního gradientu) vstřebávat do všech sliznic, tedy i přes sliznici úst a konečníku; aktivním transportem pomocí specifických přenašečů se velmi rychle vstřebává do krve i proti koncentračnímu gradientu ve sliznici tenkého střeva
• Škrob - štěpí se částečně v ústech slinnou alfa-amylázou (diastáza, ptyalin) na dextriny (nízkomolekulární škroby) a maltózu, dále se společně s dextriny štěpí v duodenu pankreatickou alfa-amylázou za vzniku maltózy, která se dále štěpí maltázou na glukózu (viz výše). Podobným způsobem je stráven i glykogen.

Metabolismus sacharidů

Metabolickým proměnám uvnitř buněk podléhají pouze monosacharidy (disacharidy vpravené do krevního oběhu pomocí injekce se vylučují močí v nezměněné podobě). Glukóza se přeměňuje ve třech základních metabolických procesech:

glykolýza

štěpení šestiuhlíkaté molekuly glukózy na tříuhlikaté fragmenty a jejich úprava na kyselinu pyrohroznovou, která se za anaerobních podmínek přeměňuje na kyselinu mléčnou, za aerobních podmínek dekarboxyluje (odštěpením CO2) na dvouuhlíkatý fragment (acetylkoenzym A). Na tento metabolický proces navazuje Krebsův cyklus (na ten se pak připojuje mj. metabolická dráha biosyntézy mastných kyselin) a respirační řetězec. Cílem všech těchto metabolických přeměn je získat chemickou energii (ve formě makroergických fosfátů, zejména adenosintrifostátu ATP).

biosyntéza glykogenu (glykogeneze)

probíhá zejména v jaterních a svalových buňkách. Molekuly glukózy jsou nejprve aktivovány připojením fosfátového zbytku a potom pospojovány do polymerních větvených řetězců. Svalový glykogen slouží jako rezerva polymerizované glukózy pro svalovou práci, jaterní glykogen jako rezerva polymerizované glukózy pro potřeby celého organismu.

Výše popsanými metabolickými drahami se tedy glukóza z krevního oběhu různým způsobem odstraňuje a spotřebovává. Existují i metabolické dráhy, které naopak glukózu do krve doplňují: jde o glukoneogenezi (tvorba glukózy de novo z kyseliny mléčné, mastných kyselin, glycerolu, některých aminokyselin a různých meziproduktů Krebsova cyklu) a glykogenolýzu (štěpení glykogenu za postupného vzniku volné glukózy). Do krevního oběhu se uvolňuje pouze glukóza vzniklá štěpením jaterního glykogenu, glukóza pocházející ze svalového glykogenu je spotřebována v buňkách svalu za účelem produkce energie nutné ke svalové práci. Glukoneogeneze intenzivně probíhá zejména při vyčerpání (např. hladověním) zásob jaterního glykogenu.

Hormonální regulace metabolismu sacharidů

Pomocí hormonů je regulována především biosyntéza glykogenu a jeho štěpení (glykogenolýza). V játrech a v srdci tyto procesy ovlivňuje hlavně glukagon, ve svalech adrenalin.

Inzulín podporuje biosyntézu glykogenu a inhibuje glykogenolýzu, podporuje však také štěpení glukózy glykolýzou, přeměnu glukózy na mastné kyseliny (významným způsobem se tedy podílí i na regulaci metabolismu tuků a funkci tukové tkáně - při jeho nedostatku vázne jak biosyntéza tuků, tak jejich odbourávání), zpomaluje glukoneogenezi. Inzulín dále inhibuje ketogenezi (tvorbu ketolátek z tuků), stimuluje biosyntézu proteinů, podporuje příjem draselných a fosfátových iontů do svalů a v neposlední řadě aktivuje transportní systém pro glukózu.

Metabolismus tuků

Trávení a vstřebávání tuků

Tuky přijaté potravou se štěpí pankreatickou lipázou na vzniku mastných kyselin a monoacylglycerolu, případně až volného glycerolu. Trávení tuků je podporováno žlučí, kterou produkují játra. Ve střevní sliznici se část volných mastných kyselin opět připojuje na monoacylglycerol nebo glycerol za vzniku triglyceridů. Nesyntetizovaný tuk pak přechází do krve, kde se váže na bílkoviny plazmy za vzniku lipoproteinů. Volné mastné kyseliny se také transportují krví až po svém připojení na sérový albumin. Mastné kyseliny se postupně štěpí procesem beta-oxidace v mitochondriích buněk na dvouuhlíkaté zbyky, které jsou výchozím produktem celé řady biosyntéz (včetně glukoneogeneze). Glycerol se může zapojit do glykolýzy nebo glukoneogeneze.

Metabolismus bílkovin

Bílkoviny přijaté potravou se štěpí žaludečními (pepsin) a pankretickými (trypsin, chymotrypsin) enzymy na oligopeptidy a postupně aminopeptidázami, karboxypeptidázami a dipeptidázami ve střevní sliznici až na volné aminokyseliny, které se vstřebávají do krevního oběhu.

Aminokyseliny přijaté potravou se buďto využívají k biosyntéze vlastních bílkovin (proteosyntéze), vzájemně se přeměňují (transaminace) anebo se štěpí rozmanitými metabolickými drahami (téměř každá aminokyselina má svou vlastní degradační dráhu). Stejný je osud aminokyselin, které vznikají proteolýzou bílkovin tkání.

Tzv. glukoplastické (glykogenní) aminokyseliny mohou být využity k biosyntéze glukózy (glukoneogenezí).

Metabolismus tuků i bílkovin je rozmanitým způsobem regulován řadou hormonů. Inzulín podporuje transport mastných kyselin do buněk a biosyntézu tuků, podporuje transport aminokyselin do buněk a proteosyntézu. Brzdí odbourávání tuku a proteinů.