Biochemick procesy v lidskm tle Sestavila Milada ROTEJNSK
Biochemické procesy v lidském těle Sestavila: Milada ROŠTEJNSKÁ
Člověk patří mezi chemoorganotrofní aeroby O 2 potrava voda CO 2 Chemotrofy získávají energii oxidací živin. Heterotrofní (organotrofní) organismy mají za hlavní zdroj uhlíku jiné organické látky (tuky, bílkoviny, lipidy). Aerobní organismus potřebuje ke svému životu nezbytně kyslík. Co musí obsahovat naše strava? • Bílkoviny • Sacharidy • Lipidy • Vitamíny a minerály • Vodu stolice moč 2
Potrava Bílkoviny Sacharidy Vláknina Vitamíny Lipidy Minerály a stopové prvky 3
Osud potravy v našem těle • Potrava se v ústech žvýká a nakonec se mísí se slinami do vlhké hmoty, které říkáme sousto. Ústní dutina Potrava Ústa Játra Žlučník Slinivka břišní Řitní otvor 4
Osud potravy v našem těle 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 Hltan a jícen Játra Žlučník Slinivka břišní Řitní otvor 5
Osud potravy v našem těle 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. zde se také naše potrava setkává s celou řadou enzymů. Potrava Ústa Hltan a jícen Žaludek Játra Žlučník Slinivka břišní Řitní otvor 6
Osud potravy v našem těle Ústní dutina • Ve dvanáctníku se naše trávenina mění na chymus. Chymus je tekutina obsahující částečně strávenou potravu ze žaludku, trávicí šťávy ze slinivky břišní a žluč ze žlučníku. Potrava Ústa Hltan a jícen Žaludek Játra Žlučník Slinivka břišní Dvanáctník Řitní otvor 7
Osud potravy v našem těle • Tato tekutina vstupuje do tenkého střeva, kde probíhá největší část absorpce živin. Ústní dutina Potrava Ústa Hltan a jícen Žaludek Játra Žlučník Slinivka břišní Dvanáctník Tenké střevo Řitní otvor 8
Osud potravy v našem těle Ústní dutina • V tlustém střevě dochází ke vstřebávání vody (až 90%). Nestrávené zbytky se mění na hnědou fekální hmotu (stolice), jejíž 1/3 suché váhy představují bakterie živící se methanem. Mezi nestrávené zbytky patří i vláknina. Potrava Ústa Hltan a jícen Žaludek Játra Žlučník Slinivka břišní Dvanáctník Tenké střevo Tlusté střevo Řitní otvor 9
Osud potravy v našem těle Ústní dutina • V tlustém střevě dochází ke vstřebávání vody (až 90%). Nestrávené zbytky se mění na hnědou fekální hmotu (stolice), jejíž 1/3 suché váhy představují bakterie živící se methanem. Mezi nestrávené zbytky patří i vláknina. Potrava Ústa Hltan a jícen Žaludek Játra Žlučník Slinivka břišní Dvanáctník Tenké střevo Tlusté střevo Řitní kanál Řitní otvor 10
Trávení a metabolismus Potrava je v našem těle rozložena tak, aby mohla být využita. Tyto procesy se nazývají trávení. Během trávení se potrava rozkládá na menší tzv. stavební jednotky, jenž mohou přestupovat dále do těla. Toto rozkládání vykonávají proteiny zvané enzymy. jiné sloučeniny potrava trávení stavební jednotky CO 2, H 2 O energie Ze stavebních jednotek mohou vznikat nové sloučeniny, anebo mohou být našem tělem rozloženy až na CO 2, H 2 O a ostatní odpadní látky. Co je to metabolismus ? Metabolismus jsou všechny chemické procesy probíhající v našem těle. 11
Trávení sacharidů • Trávení je založeno na hydrolytickém štěpení glykosidové vazby. • Amylasa štěpí polysacharid škrob na disacharid maltosu. • Maltasa štěpí disacharid maltosu na monosacharid glukosu. • Produktem trávení polysacharidů jsou monosacharidy (glukosa, fruktosa, galaktosa…). 12
Trávení bílkovin • Trávení je založeno na hydrolytickém štěpení peptidové vazby. Peptidový řetězec H 3 N+ COOkarboxypeptidasa aminopeptidasa • Karboxypeptidasy štěpí bílkoviny od C-konce. • Aminopeptidasy štěpí bílkoviny od N-konce. endopeptidasa tripeptidasa • Endopeptidasy štěpí bílkoviny uprostřed řetězce. • Tripeptidasy štěpí tripeptidy • Dipeptidasy štěpí dipeptidy. dipeptidasa • Výsledek trávení bílkovin jsou jednotlivé aminokyseliny. 13
Trávení triacylglycerolů • Trávení je založeno na hydrolytickém štěpení esterové vazby. lipasy triacylglycerol + glycerol Karboxylové kyseliny Enzymy štěpící triacylglyceroly se nazývají lipasy. Produktem trávení je glycerol a mastné kyseliny. 14
Metabolismus jsou všechny chemické procesy probíhající v našem těle. Metabolismus v sobě zahrnuje již výše zmíněné přeměny z potravy na odpadní látky, nebo výstavby nových pro život důležitých sloučenin. Co je to metabolit? Metabolit je kterákoliv látka, která se podílí na metabolismu. 15
Schéma metabolismu 16
Anabolismus a katabolismus Anabolismus Látky chemicky jednodušší + energie syntéza Katabolismus rozklad Látky chemicky složitější Anabolické reakce jsou endergonické (energii spotřebovávají). Katabolické reakce jsou exergonické (energii uvolňují). 17
Rychlost metabolismu je celkově ovlivňována hormony. Jednotlivé reakce jsou katalyzovány enzymy, a tím jsou urychlovány. Čím je rychlost ovlivněna? 1. 2. 3. 4. 5. Věkem Pohlavím Fyzickém stavu Psychickém stavu Celkovém stavu organismu 18
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 triacylglycerolů, které se ukládají do tukové tkáně a vzniká nadváha (otylost). Naopak při nedostatečném příjmu potravy a tím i nedostatečném příjmu energie, musí tělo energii někde získat. Získává ji rozkladem tukových zásob, a to je příčinou podvýživy. 19
ATP Organismy potřebují stále energii, kterou získávají rozkladem potravy. Tuto energii spotřebují na endergonické reakce. Kde ale organismus energii skladuje? Skladuje ji v tzv. makroenergetických sloučeninách, jejichž rozkladem se získá velké množství energie. Netypičtějším příkladem je tzv. adenosintrifosfát (ATP). 20
Metabolismus sacharidů Sacharidy slouží jako zdroj rychle uvolnitelné energie. Pouze monosacharidy jsou schopny vstřebávat se střevní stěnou, ostatní musí být hydrolyticky štěpeny v procesu trávení na monosacharidy. V naší krvi musí být udržována stálá hladina glukosy, o což se stará hormon inzulín. 21
Metabolismus sacharidů Odbourávání monosacharidů probíhá v několika fázích: 1. Fáze glykolýzy 2. Fáze glykolýzy 3. Fáze glykolýzy 4. Aerobní či anaerobní odbourávání 22
Glykolýza 1. Fáze glykolýzy Převod monosacharidů na D-fruktosu-6 -fosfát. Aby tato proměna proběhla je zapotřebí 1 molekula ATP. 2. Fáze glykolýzy Přeměna D-fruktosy-6 -fosfát na 2 x glyceraldehyd-3 -fosfát. Opět je zapotřebí 1 molekula ATP. 23
Glykolýza 3. Fáze glykolýzy (dehydrogenace) Přeměna triosy na kyselinu pyrohroznovou (pyruvát). Při této fázi se z jedné molekuly triosy uvolní 2 molekuly ATP a jedna molekula NADH. 24
Aerobní a anaerobní odbourávání 1. Aerobní odbourávání (oxidační dekarboxylace kyslíku) Probíhá za přítomnosti kyslíku. acetylkoenzym A 2. Anaerobní odbourávání Probíhá při nedostatku kyslíku. A, Mléčné kvašení K mléčnému kvašení dochází např. při cvičení. kyselina mléčná 25
Aerobní a anaerobní odbourávání B, Alkoholové (ethanolové) kvašení ethanol Alkoholové kvašení způsobují např. kvasinky. 26
sacharidy trávení amylasy glukosa ATP ADP Glykolýza - schéma glukosa-6 -fosfát izomerace fruktosa-6 -fosfát ATP ADP fruktosa-1, 6 -bifosfát 2 x glyceraldehyd-3 -fosfát 2 x (NAD++P+ADP) 2 x (NADH+H++ATP) 2 x 3 -fosfoglycerát 2 x (ADP+H+) 2 x (ATP+H 2 O) 2 x kyselina pyrohroznová 27
sacharidy trávení amylasy glukosa ATP ADP glukosa-6 -fosfát Glykolýza - schéma 1. fáze glykolýzy izomerace fruktosa-6 -fosfát ATP ADP fruktosa-1, 6 -bifosfát 2 x 2. fáze glykolýzy glyceraldehyd-3 -fosfát 2 x (NAD++P+ADP) 2 x (NADH+H++ATP) 2 x 3 -fosfoglycerát 3. fáze glykolýzy 2 x (ADP+H+) 2 x (ATP+H 2 O) 2 x kyselina pyrohroznová 28
Aerobní a anaerobní odbourávání - schéma kyselina pyrohroznová aerobní odbourávání anaerobní odbourávání acetylkoenzym A mléčné kvašení alkoholové kvašení citrátový cyklus + dýchací řetězec CO 2, H 2 O + energie kyselina mléčná ethanol 29
Metabolismus bílkovin Bílkoviny jsou pro naše tělo zcela nepostradatelné z mnoha hledisek : • enzymy • zásobní proteiny (ovalbumin) • transportní proteiny (hemoglobin) • ochranné proteiny (imunoglobulin) • kontraktilní proteiny (myosin) • hormony (inzulín) • toxiny (hadí jedy) • strukturní proteiny (kolagen) • zdroj dusíku (jako jediné) 30
Metabolismus bílkovin Bílkoviny jsou v procesu trávení hydrolyzovány na aminokyseliny. Odbourávání aminokyselin: 1. Nejprve proběhne deaminace. 2. Vzniklý skelet může být využit na tvorbu acetylkoenzymu A nebo pyrohroznové kyseliny. 3. Amoniak vstupuje do močovinového cyklu, kde se přemění na močovinu. bílkoviny trávení aminokyseliny deaminace c-kostra acetylkoenzym A amoniak pyruvát močovinový cyklus močovina 31
Metabolismus bílkovin 4. Buď dojde k úplnému odbourání v citrátovém cyklu a dýchacím řetězci za zisku energie nebo dojde k tvorbě sacharidů a lipidů. bílkoviny trávení aminokyseliny deaminace c-kostra acetylkoenzym A amoniak pyruvát citrátový cyklus + dýchací řetězec oxid uhličitý, voda a energie močovinový cyklus tvorba sacharidů a lipidů močovina 32
Močovinový cyklus Při oxidačním odbourávání aminokyselin vzniká 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 karbamylfosfát citrullin aspartát oxalacetát ornithin argininsukcinát malát arginin močovina fumarát 33
Metabolismus triacylglycerolů Triacylglyceroly (lipidy) tvoří základní stavební jednotky buněčných membrán (tzv. tkáňové lipidy). Jsou také i důležitým zdrojem energie (zásobní lipidy). Odbourávání triacylglycerolů začíná v procesu trávení, kdy je triacylglycerol hydrolyzován na glycerol a mastné kyseliny. triacylglycerol mastné kyseliny glycerol Kolik získáme energie? Rozštěpením jedné molekuly kyseliny palmitové C 15 H 31 COOH na vodu a oxid uhličitý se uvolní 129 molekul ATP. 34
Odbourávání mastných kyselin Aktivace mastných kyselin koenzym A karboxylová kyselina aktivovaná karboxylová kyselina 1. Fáze β-oxidace 2. Fáze β-oxidace enoylkoenzym A hydroxyacylkoenzym A ketoacylkoenzym A 35
Odbourávání mastných kyselin 3. Fáze β-oxidace acetylkoenzym A aktivovaná mastná kyselina zkrácená o -CH 2 - Původní řetězec karboxylové kyseliny se vždy zkracuje o -CH 2 -. Celý proces probíhá tak dlouho, až se celý řetězec rozštěpí na acetylkoenzym A – výsledkem tohoto procesu je tzv. Lynenova spirála. Acetylkoenzym A je dále oxidován v citrátovém cyklu na vodu a oxid uhličitý. 36
triacylglycerol karboxylová kyselina ATP + Co. A-SH trávení glycerol glykolýza aktivace mastných kyselin FAD aktivovaná mastná kyselina ADP FADH 2 H 2 O hydroxyacyl. Co. A enoyl. Co. A dehydrogenace enoyl. Co. A NAD+ FADH 2 NADH + H+ ketoacyl. Co. A FAD H 2 O hydroxyacyl. Co. A NAD+ aktivovaná mastná kyselina zkrácená o –CH 2 – CH 2 - acetyl. Co. A ketoacyl. Co. A hydratace dehydrogenace NADH + H+ Co. A-SH citrátový cyklus + dýchací řetězec CO 2, H 2 O + energie 37
triacylglycerol karboxylová kyselina ATP + Co. A-SH trávení glycerol aktivace mastných kyselin FAD aktivovaná mastná kyselina ADP 1. fáze ß-oxidace FADH 2 H 2 O hydroxyacyl. Co. A enoyl. Co. A NAD+ FADH 2 1. fáze ß-oxidace glykolýza NADH + H+ 2. fáze ß-oxidace ketoacyl. Co. A FAD H 2 O hydroxyacyl. Co. A NAD+ aktivovaná mastná kyselina zkrácená o –CH 2 – CH 2 - acetyl. Co. A 3. fáze ß-oxidace ketoacyl. Co. A 2. fáze ß-oxidace NADH + H+ Co. A-SH citrátový cyklus + dýchací řetězec CO 2, H 2 O + energie 38
potrava nestravitelné kousky tuky sacharidy mastné kyseliny + glycerol monosacharidy pyruvát kyselina mléčná acetylkoenzym A bílkoviny aminokyseliny na stavbu deaminace mastné kyseliny citrátový cyklus + dýchací řetězec nestravitelné kousky voda minerální látky vitamíny CO 2, H 2 O, energie pryč z těla jako odpadní látky trávení hormonů alkaloidů barviv dusíkatých zásad amoniak močovinový cyklus močovina 39
Rozdíly v energetickém výtěžku Při úplné oxidaci 1 molekuly glukosy Zisk 38 molekul ATP Při mléčném kvašení z 1 molekuly glukosy 2 molekuly ATP Při rozštěpení 1 molekuly kyseliny palmitové 129 molekul ATP 40
Vztah metabolismu triacylglycerolů a sacharidů potrava tuky mastné kyseliny + glycerol Triacylglyceroly i sacharidy jsou odbourávány na acetylkoenzym A. sacharidy monosacharidy pyruvát kyselina mléčná 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. acetylkoenzym A Ze sacharidů tedy mohou vznikat triacylglyceroly, které se ukládají do tukových tkání. citrátový cyklus + dýchací řetězec CO 2, H 2 O, energie 41
Citrátový cyklus Cyklus kyseliny citrónové je označení pro sled reakcí, při nichž se acetylkoenzym A mění na oxid uhličitý a vodu a přitom se uvolňuje energie. Cyklus kyseliny citrónové je spřažen s dýchacím řetězcem. Tyto děje probíhají v mitochondriích. Cyklus zahajuje kyselina oxaloctová, která se v posledním stupni regeneruje. Cyklus probíhá pouze ve spojení s dýchacím řetězcem. 42
43
Dýchací řetězec Díky dýchání dochází k oxidaci živin, a tím vzniká energie potřebná pro pohon řady biochemických procesů. Při dýchání dochází k absorpci kyslíku z atmosférického vzduchu a naopak k výdeji oxidu uhličitého. Kyslík je přenášen oběhovým systémem ke každé buňce organismu. O 2 CO 2 Dýchání (respiraci) můžeme rozdělit na dvě rozdílné části: A, vnitřní respirace Probíhá v buňkách. Složky potravy jsou odbourávány řadou chemických reakcí, z nichž většina potřebuje kyslík. Tyto reakce uvolňují energii. B, vnější respirace Dodává kyslík buňkám, a tím umožňuje vnitřní respiraci. 44
Respirační řetězec V dýchacím řetězci probíhá oxidace redukovaných koenzymů. nikotinamidadenindinukleotid flavinadenindinukleotid 45
Respirační řetězec je přenos vodíku z redukovaných koenzymů na elementární kyslík. 4 H + O 2 2 H 2 O Přenášený vodík se nazývá aktivní vodík. V dýchacím řetězci probíhá oxidace redukovaných koenzymů. Při tvorbě vody v dýchacím řetězci vzniká nejvíce energie. Dýchací řetězec je souborem reakcí, které ukončují energetické odbourávání sacharidů, lipidů a bílkovin. Na jeho konci jsou produkty s nejnižším obsahem energie (voda a oxid uhličitý), tedy látky v oxidované formě. 46
Použitá literatura Lidské tělo (The Human Body), přeložil Mgr. Jaroslav Hořejší a René Prahl, nakladatelství Gemini, Bratislava 1991, 1992 Burnie David, Stručná encyklopedie lidského těla (the Consise Encyklopedia of the Human Body), Talentum 1996 Kotlík Bohumír, Růžičková Květoslava, Chemie II. V kostce, Fragment, Havlíčkův Brod 1997 Hančová Hana, Vlková Marie, Biologie I v kostce, Fragment, Havlíčkův Brod 1999 Vacík Jiří a kol. , Přehled středoškolské chemie, SPN, Praha 1995 Sofrová Dana, Tichá a kol. , Biochemie – základní kurs, skripta UK, Praha 1993 Domácí lékař od A do Z - Rádce pro zdraví, IMP B. V. , Praha 2 47
- Slides: 47