Hva er det vi spiser 19 08 2013

Hva er det vi spiser? 19. 08. 2013 Hans E. Krokan Institutt for kreftforskning og molekylærmedisin, NTNU Medisin NTNU, Termin 1 A

Mat er kjemi og miljø Alle komponenter i mat er kjemiske molekyler Mat er også en viktig miljøfaktor Mat er viktig for helsen De vanligste sykdommene våre har med mat å gjøre Mat inneholder næringsstoffer Noen næringsstoffer “styrer” stoffskiftet sammen med genene “Nutrition is the study of nutrients and how the body uses them”

Hva er et næringsstoff? Kjemiske substanser i maten: • gir energi • materiale for oppbygging av kroppen • regulerer kjemiske eller fysiologiske prosesser (eks. vitaminer regulerer biokjemiske prosesser, kostfiber regulerer volum på avføring og tarmbevegelse) • fungerer som antioksidanter Vår organisme kan ofte omsette et næringsstoff til et annet, (for eksempel sukker til fett), men andre kan være essensielle, dvs. at vi ikke kan lage dem.

Komponenter i kosten ENERGI Proteiner - bygget opp av aminosyrer Karbohydrat - f. eks. stivelse ( brytes ned til glukose) og kostfiber Fett - triglyserider (med fettsyrer), kolesterol m. m. VANN H 2 O – inngår i mange biokjemiske reaksjoner og kan dannes fra maten VITAMINER Vannløselige: vitamin C og B-vitamin-gruppen (fungerer som ”ko-enzymer”) Fettløselige: vitamin A, D, E og K (mange ulike funksjoner) MINERALER Bl. a. kalsium, jern, magnesium og en rekke andre GIFTSTOFFER: Mange ulike, variabelt for eksempel tungmetaller, Dioksiner, polyklorinerte bifenyler (PCBs)

Det store bildet – solen gir liv Planter og blågrønne alger utnytter solenergien ved fotosyntese Hydrogen i maten gir energien, mat nedbrytes til CO 2, H 2 O og gir ENERGI (=ATP) ATP (adenosintrifosfat) brukes til arbeid, inkludert biosyntese av makromolekyler Vi har utviklet evne til å motstå en rekke typer stress der krav til metabolismen endres

Hva er vi “laget” for å spise? Samlere og jegere (animalsk protein, 30 -40% energi) Mye fysisk aktivitet Døde av infeksjoner og ulykker Mest røtter, frukt, planter (60 g fiber/dag) Litt fisk og kjøtt Ca. 20% energi fra fett Svært lite sukker og melkeprodukter Men: Mennesker lever mye lenger i dag. Vi har ingen god vitenskapelig grunn til å tro at “urmaten” var bedre for vår art !

Folkesykdommer - sammenheng med kosten Sykdom For mye For lite Hjerteinfarkt Høyt blodtrykk Overvekt Galleveissykdom Forstoppelse Kreft Tannråte Blodmangel Benskjørhet Diabetes type II Mettet fett, kolesterol Fett, natrium-salt Energi/fett Fett Umettet fett, kalium-salt Energi, fett, salt alkohol Sukker Energi Fiber, vitamin A og C Fluor Jern Vitamin D, kalsium Bjørneboe/Drevon, Mat og medisin, 1999

Hovedtrekk i norske kostholdsanbefalinger ”Statens råd for ernæring og fysisk aktivitet” har i hovedtrekk samme råd til den generelle befolkningen og type II diabetikere: Maksimalt 30 energiprosent fra fett 10 - 15 energiprosent fra protein 55 - 60 energiprosent fra karbohydrat, med maksimalt 10 energiprosent fra sukker 25 - 30 gram kostfiber pr. person pr. dag Maksimalt 5 gram salt pr. person pr. dag I praksis innebærer dette råd om å spise mer frukt, grønnsaker, potet, brød, kornprodukt og fisk. Magre meieri- og kjøttprodukter bør velges i stedet for fetere alternativer. Smør og hard margarin bør byttes ut med mjuk margarin og vegetabilsk olje. Dette er i samsvar med anbefalinger fra mange andre land og WHO

Karbohydrater - sukkerarter og stivelser - monosakkarider (glukose, fruktose, galaktose) - Disakkarider (sukrose, laktose og maltose) - polysakkarider (stivelse, glykogen og fiber) CHO | HCOH | HOCH | HCOH | CH 2 OH D-glukose CHO | HCOH | HOCH | HCOH | CH 2 OH | C=O | HOCH | HCOH | CH 2 OH D-galaktose D-fruktose

Monosakkarider foreligger i likevekt mellom aldehyd(eller keton) og ringstruktur Likevekt 1 Likevekten er forskjøvet mot ringstrukturen

Skisse over omsetning av glukose Glukose Noe ATP dannes Anaerob omsetning Pyruvat Masse ATP dannes Laktat (”melkesyre”) Fullstendig oksidasjon i mitokondrier (”aerobt stoffskifte”) CO 2 + H 2 O

Hvordan brukes glukose ? - Viktig for energidannelse i muskler - Svært viktig for hjerne, som ikke kan bruke fettsyrer - Overskudd lagres som glykogen i lever og muskler, og kan omsettes til fettsyrer og lagres i fettvev

Kostfiber - ufordøyelige polysakkarider Strukturkomponenter i plantenes cellevegg, f. eks. cellulose, pektin, lignin Omsettes i varierende grad av bakterier i tykktarmen Viktig for mage-tarm funksjonen Gjennomsnittlig inntak i norsk kosthold ca. 22 g/dag, anbefalt inntak er minst 25 -30 g/dag for voksne Viktige kilder i norsk kosthold: Kornvarer (51%), frukt og bær (18%), Grønnsaker (13%), poteter (9%)

Protein Utgjør 12 -15% av kostens totale energitilskudd, WHO anbefaler tilførsel på 0. 75 g/kg/dag Bygd opp av aminosyrer som er nødvendig for cellevekst reparasjon av vev, dannelsen av enzymer, hormoner og antistoff. Proteiner har også en strukturell rolle i alle typer vev Finnes i egg, fisk, oksekjøtt, bønner, erter, korn, nøtter og melkeprodukter Kwashiorkor er en tilstand med alvorlig grad av proteinmangel. Symptomene er veksthemning, leverskade, ødemutvikling, muskelsvinn og hud- og hårforandringer

Barn med kwashiorkor

Aminosyrer har en del av strukturen felles – men sidekjeden gjør dem ulike Alle 20 standard aminosyrer funnet i proteiner er -aminosyrer. De har en karboksyl- og en amino-gruppe bundet til samme karbon-atom ( -C). De har forskjellig sidegruppe, som har forskjellig struktur, størrelse og ladning. Denne sidekjeden gir aminosyrene deres individuelle egenskaper. Aminosyrer er bundet sammen i peptidbindinger” dvs. karboksyl og aminogruppe 10 aminosyrer kan kroppen lage sjøl og 10 er ”essensielle” R NH 3+ a C C H O O¸

Aminosyrer kan polymeriseres til polypeptider Proteiner vi spiser blir spaltet til aminosyrer i tynntarmen før de absorberes Denne prosessen ”katalyseres” av ”peptidaser” dvs. enzymer som utskilles til tarmen fra bukspyttkjertelen

Lipider = Fettstoffer Uløselige i vann (“hydrofobe”, “apolare”) Løselige i organiske løsningsmidler Viktig energikilde, ett gram fett inneholder 37 k. J (9 kcal) Viktige funksjoner som isolasjon, mekanisk beskyttelse og støtte, forstadium til viktige signalmolekyler og vevshormoner og ko-faktorer i en rekke enzymatiske reaksjoner. Kan også virke som regulator av genuttrykket (m. RNA fra gener) Vanlige fettstoffer er fettsyrer, triglyserider, fosfolipider, kolesterol og kolesterylestere

Lipider = Fettstoffer • Enkle - Fettsyrer > 95 % - Kolesterol - Fett-løselige vitaminer (A, D, E & K) • Komplekse - kolesterol ester - Mono-, di- & triglyserider - Fosfolipider fosfatidylkolin (PC), fosfatidylethanolamin (PE), fosfatidylserin (PS), fosfatidylinositol (PI) - Cerebrosider m. m. (i nervesystemet)

Basis-komponenter i lipider OH OH OH Glyserol H 2 C C H CH 2 Fettsyrer = O HOCCH 2 CH 2 CH 2 CH 3 Ring strukturer steroid, kolesterol

Fettsyrer (FA) Lang-kjedete karboksylsyrer - hydrokarbon kjede med en karboksylsyre - 12 to 20 karbon atomer (lineær kjede) - amfifatisk (hydrofil og hydrofob) CH 3(CH 2)14 -COONon-polar To hovedtyper - mettede (ingen dobbelt bindinger) - umettede (en eller flere dobbeltbindinger) - cis konfigurasjon - knekk i hydrokarbon kjeden

Fettsyrer - struktur og nomenklatur /n 4 3 2 1 Nomenclature may appear confusing System of numbers of carbons: of double bonds x, y, z (pos. of double bonds) Eksempel: Linolsyre - 18: 2 9, 18: 2 n-6, 18: 2 -6

Kolesterol Ved høyt fettinntak øker behovet for kolesterol som ”innpakningspapir” for de hydrofobe fettstoffene Funksjoner - Forstadium for steroidhormoner - Forstadium for vitamin D - Forstadium for gallesyrer - Bestanddel av cellemembraner - Viktig komponent i lipoproteiner Ønskelig nivå: Kolesterol (total) LDL kolesterol < 5 mmol/l < 3 mmol/l

Vitaminer Utgjør en kompleks gruppe av organiske forbindelse som finnes i små mat og som har ulike funksjoner og er essensielle: produksjon eller frigjøring av energi ifra andre substanser som lipider, karbohydrater og proteiner. Vitaminene inneholder ikke selv energi som kan utnyttes. hematopoiesen (produksjon av blodceller) opptrer som antioksidanter for å hindre oksidasjon av andre forbindelser regulering av vekst og utvikling mangel på vitaminer kan f. eks. føre til skjørbuk (Vitamin C), beri-beri (vitamin B 1) og rakitt (vitamin D ) Vitaminer fungerer biokjemisk som kofaktorer for enzymer, eller som genregulatorer (vitamin A og D) eller antioksidant (vit. E, C og A)

Vannløselige vitaminer Navn Kjemisk navn Mangelsykdom B 1 Tiamin Beri-beri B 2 Riboflavin B 3 Niacin Pellagra B 5 Pantotensyre Mangel sjelden B 6 Pyridoksin B 7 Biotin B 9 Folat B 12 Cyanokobalamin Pernisiøs anemi C Askorbinsyre Skjørbuk

Tiamin B 1 Nødvendig for utnyttelsen av karbohydrat i kroppen Fungerer som koenzym i form av tiamin pyrofosfat (TPP) Viktig i oksidativ dekarboksylering av ketosyrer til aldehyder Absorpsjon ved aktiv bærer-mediert mekanisme ( 5 mg) Anbefalt inntak for voksne: 1. 1/1. 4 mg/dag (menn/kvinner) Kilder: Kornvarer (35%), kjøtt, blod og innmat (20%), melk og melkeprodukter (16%), frukt og bær (11%), poteter (7%) Mangel rammer personer m/lavt energi-inntak som eldre og kronisk syke Mangelsykdommer: Beri-beri (Sørøst-Asia), Wenicke-Korsakoff syndrom (alkohol)

Riboflavin (B 2) Fungerer som koenzymene FMN (flavin mononukleotid) og FAD (flavin adenindinukleotid) Økt utskillelse ved sult, infeksjoner og lavt protein inntak Anbefalt tilførsel: 0, 6 og 0, 3 mg/dag (menn/kvinner) Kilder: Melk og ost (50%); kjøtt, blod og inntmat (15%); kornvarer (10%); egg (6%); poteter, grønnsaker, frukt og bær (9%) Mangel ved intestinal malabsorpsjon og kronsik alkoholmisbruk, inngår i generell B-vitamin mangel

Niacin (B 3, nikotinsyre & nikotinamid) • • Inngår i koenzymene NAD og NADP Nikotinsyre absorberes i magesekken, amidet i tynntarmen Kan dannes fra tryptofan (60 mg tryptofan 1 mg niacin) Kilder – – Kjøttprodukter 45 % Kornprodukter 22 % Poteter 10 % Grønnsaker, frukt, bær 9 % • Behov ca. 8 niacinekvivalenter/dag (1 mg niacin = 1 niacinekv. ) • Mangel: pellagra

Pyridoksin (B 6) • Samlebetegnelse for tre beslektede molekyler • Inngår i ko-enzymer - omsetning av aminosyrer • Finnes i de fleste matvarer (kjøtt, korn) • Anbefalt inntak: 1, 5/1, 2 mg/dag (menn/kvinner) • Klinisk mangel er sjelden, men finnes hos – Nyfødte - kramper, vekt , irritabilitet – P-pille brukere? CH 2 OH = Pyridoksin CHO = Pyridoksal CH 2 NH 2 = Pyridoksamin HO-CH 2 OH N CH 2

Folsyre (folat) Folium = blad (latin) Ko-enzym i nukleinsyresyntesen og aminosyreomsetningen (overføring av C-enheter) Derivater av tetrahydrofolater Kilder: grønne grønnsaker, frukt, poteter, brødvarer Anbefalt inntak: 50 -100 µg/dag (1µg/kg kroppsvekt) Pteroylmonoglutamat

Folsyre (folat) Absorberes i tynntarmen ved aktiv prosess Transporteres dels fritt, dels bundet til plasmaproteiner Plasmanivå av homocystein er en følsom og tidlig indikator på folatmangel Methionine synthase Homocystein Methionine B 12 5 -methyl tetrahydrofolat +NH 3 CH CH 2 Tetrahydrofolat CH 2 SH COO-

Folsyre (folat) - mangel Nevralrørsdefekter (medfødt misdannelse) - anencephalus - encephalocele - spina bifida (50%) Økt risiko for hjerte- karsykdommer? Økt risiko for visse kreftsykdommer? Anencephalus Anbefaling: - Gravide: 400 µg/dag i 1 -3 mndr etter fertilisering - Gravide m/barn m/nevralrørsdefekt: 4 mg Spina bifida

Vitamin B 12 – cyanokobalamin (til orientering nå, studér detaljer senere) • Kofaktor i metylgruppe-omsetning • Nødvendig for DNA-syntese, myelin-dannelse, omsetning av KH, fett, aminosyrer & folat • B 12 bindes til indre faktor (IF = glykoprotein fra parietalcellene) i magesekken • B 12/IF absorberes aktivt i distale ileum • B 12/IF dissosieres i mukosacellene • B 12 blodet bindes til transkobalamin • Reseptor-mediert opptak i målvev • 2 -3 mg lagre; 50 - 90 % i lever • Enterohepatisk sirkulasjon 0, 6 - 6 mg/d

Vitamin B 12 - cyanokobalamin Dannes i mikroorganismer Kilder: Kjøtt, innmat, egg, melk og ost Anbefalt inntak: 2 µg/dag Norsk kosthold: 9 µg vitamin B 12/10 MJ Mangeltilstander: - nedsatt produksjon av IF (pernisiøs anemi) - vegankost Økt behov ved hemolyse, kreftsykdom og hypertyreose

Vitamin C (askorbinsyre) Syntetiseres fra glukose og galaktose i planter og enkelte pattedyr (ikke hos mennesker) Mennesker mangler enzymet L-gulonolakton oksidase og må ha vitamin C tilførsel via kosten Funksjoner: - antioksidant - koenzym ved hydroksyleringsreaksjoner Viktig i syntesen av kollagen, karnitin, noradrenalin og peptidamider og degradering av kolesterol Viktig for H+, Fe 3+ og e- transport

Vitamin C (askorbinsyre) Absorbsjon ved aktiv transport i tynntarm Kroppsmengde vitamin C: 1 -1. 5 g Anbefalt inntak: 60 mg/dag Viktige kilder: frukt og bær (50%), grønnsaker (20%) og poteter (22%) Mangeltilstander: - Skjørbuk (kroppsdepot 300 mg) Hudblødninger Hyperkeratose Slimhinneødemer Leddsmerter Nevrologisk affeksjon Kreft?

Fettløselige vitaminer Navn Kjemisk navn Mangelsykdom A Retinol Natt-blindhet D 1 “ Lamisterol” Rakitt D 2 Ergokalsiferol Rakitt D 3 Kolekalsiferol Rakitt D 4 “ Dihydrotachysterol” Rakitt D 5 “ 7 -dehydrositosterol” Rakitt E Tokoferol K Naftokinon Blødning – nyfødte, antikoagulasjonsbehandling

Vitamin A Betegnelse på forbindelser med samme biologiske effekt som retinol Kilder: Frukt og grønnsaker - kartenoider Animalske matvarer – retinylester Funksjoner: Nødvendig for cellevekst og differensiering, normal fosterutvikling, syn, reproduksjon og hematopoiese Mangel: Redusert vekst (Asia og Afrika) Xeroftalmi (u-land, uttørket øyeslimhinne, betennelse i hornhinne) WHO – vitamin A-mangel problem i over 120 land

Vitamin D To former, vitamin D 2 og D 3 Dannes ved UV-stråler fra 7 -dehydrokolesterol Funksjon: opprettholde normal konsentrasjon av av kalsium og fosfat i plasma Kilde: sollys, fet fisk og vitaminisert margarin (NB! Eneste vitamin som vi kan lage sjøl – skjer i huden) Mangel: rakitt og osteomalaci Anbefalt inntak: 10 µg/dag (barn 3 år) 5 µg/dag anbefales alle over 3 år

Vitamin E Fellesbetegnelse for 8 naturlig forekommende tokoferoler/tokotrienoler Produseres i grønne planter og fytoplankton Kilder: margarin, vegetabilske oljer, kornprodukter, frukt og grønnsaker Funksjon: antioksidant Absorberes passivt i tynntarmen, transporteres med kylomikroner i lymfen over i sirkulasjon Anbefalt tilførsel: 8 -10 mg/dag Mangel: økt insidens av kreft, hjerte- og karsykdom?

Vitamin K Fungerer som kofaktor for vitamin K-avhengig -glutamyl karboksylase, viktig for regulering av blodkoagulering (protrombin) Kilde: grønnsaker, vegetabilske oljer, mindre mengder i meieriprodukter, kjøtt, egg og cerealier Anbefalt inntak: 1 -2 g/kg kroppsvekt Gjennomsnittlig inntak: 30 -50 µg/dag Osteokalsin utgjør 80% av den totale mengden -karboksyglutamyl-modifiserte proteiner i benvev Karboksylert osteokalsin økt mineralisering, økt bentetthet og færre osteoporotiske brudd Det blodfortynnende legemiddelet ”Marevan” (warfarin) motvirker Vitamin K (”vitamin K – antagonist”)

Sporstoffer Daglig inntak 100 mg Essensielt når det kan påvises mangelsymtomer ved liten tilførsel Norsk kosthold: - Sink (metalloenzymer, polysomer, stabilisering av membraner, fritt ion) - Kobber (metalloenzymer, oksidasjons/reduksjons prosesser) - Selen (selenoproteiner) - Krom (karbohydrat- , lipid- og nukleinsyremetabolismen) - Jod (skjoldbruskkjertel, struma) - Fluor (forebygging av karies) - Jern (anemi)

Hjerte-karsykdommer Risikofaktorer: Arv (DNA) Kjønn Alder Mutasjoner Tilstand Kolesterol LDL, HDL Homocystein Blodtrykk BMI* (kanskje) Infeksjoner Miljø Kosthold - Fettsyrer - Kolesterol - Vitaminer - Fysisk aktivitet - Røyking * BMI= body mass index. Nyere forskning viser at det antagelig ikke er sammenheng mellom BMI og hjertesykdom, unntatt ved sterk økning

Hjerte-karsykdommer Døde per 100 000, hjerte- karsykdommer Nedgangen skyldes antagelig endret kost, mindre røyking og mer fysisk aktivitet. Paradoks: Nedgang til tross for økt kroppsvekt i befolkningen

Hjerte-karsykdommer Monocytter Blodplater LDL til blodåreveggen fra blodåreveggen HDL 10 Intima Makrofager (celler som ”spiser”) Glatte muskelceller ladet med kolesterol slår seg ned (”skumceller”)

Metabolsk syndrom • Meget vanlig, økende forekomst • Karakterisert ved “ikke optimal livsstil”: – – – – Overvekt BT Fet kost, lite frukt & grønt Hyperlipidemi Lav fysisk aktivitet Insulin-insensitivitet Røyking

Type 2 diabetes Internasjonal epidemi? 194 mill. tilfeller i 2003 Resultat av metabolsk syndrom - overvekt - høyt blodtrykk - HDL - triglyserider - tendens til hjerte- karsykdom - arv ? Insulinresistens - blodsukker - insulinnivå Behandling - kost - mosjon

Kosthold og kreft ”Food, Nutrition and the Prevention of Cancer, a global perspective”. Washington: World Cancer Research Fund/American Institute of Cancer Research, 1997: 1 -670 Frukt og grønnsaker reduserer risiko for kreft i - munn og svelg - strupehode - spiserør - lunge - magesekk - bukspyttkjertel - tykktarm/endetarm (grønnsaker) - bryst - blære