Fyziologie a fyziologie zátěže Fakulta tělesné kultury UP

Prezentace na téma: "Fyziologie a fyziologie zátěže Fakulta tělesné kultury UP"— Transkript prezentace:

1 Fyziologie a fyziologie zátěže Fakulta tělesné kultury UP
Metabolismus tuků Fyziologie a fyziologie zátěže Fakulta tělesné kultury UP

2 Typy tuků (lipidů) Mastné kyseliny (MK) (fatty acids - FA)
Triglyceridy (TG) Fosfolipidy Steroly

3 Uhlíkové sloučeniny s dlouhým řetězcem
Mastné kyseliny Uhlíkové sloučeniny s dlouhým řetězcem Sudý počet uhlíků Saturované (nasycené, obvykle bez dvojné vazby mezi uhlíky) Nesaturované (nenasycené, s jednou nebo více dvojnými vazbami)

4 Zkrácený název popisující jejich strukturu - hranaté závorky
Nasycené MK Palmitová [16:0] Stearová [18:0] Zkrácený název popisující jejich strukturu - hranaté závorky první číslo - počet uhlíků druhé číslo - počet dvojných vazeb

5 kyselina palmitová [16:0]
= CH3(CH2)14COOH kyselina palmitová [16:0] = CH3(CH2)16COOH kyselina stearová [18:0]

6 Nenasycené MK Zkrácený název s řeckým písmenem  ukazuje pozici dvojité vazby (začíná se počítat od karboxylové skupiny jako od prvního uhlíku) Olejová [18:1(9)] Linoleová [18:2(9,12)]

7 Kyselina olejová [18:1(9)]
= 18 CH3(CH2)7 – C  C – (CH2)7COOH H H Kyselina olejová [18:1(9)] 9. uhlík 1. uhlík

8 Kyselina linoleová [18:2( 9,12)]
= 18 CH3(CH2)4 – C  C – CH2 – C  C – (CH2)7COOH H H H H Kyselina linoleová [18:2( 9,12)] 12. uhlík 9. uhlík

9 poslední dvojná vazba začíná třetím uhlíkem od konce nebo od uhlíku 18
Nenasycené MK Linoleová kyselina je esenciální (musí být součástí stravy) PUFA (polyunsaturated fatty acid) Linolenová kyselina [18:3(9,12,15)] omega 3 nebo omega n-3 poslední dvojná vazba začíná třetím uhlíkem od konce nebo od uhlíku 18

10 Linoleová kyselina [18:2(9,12)]
Nenasycené MK Linoleová kyselina [18:2(9,12)] omega 6 nebo omega n-6 MK

11 Nenasycené MK n-3 (nebo omega 3) MK
vykazují speciální ochranu cévní stěně snížením koncentrace krevních lipidů. Proto je kyselina linolenová [18:3(9,12,15)] omega 3 nebo omega n-3 považována za nezbytnou (esenciální) mastnou kyselinu v potravě.

12 Triglyceridy (triacylglyceroly - TG)
Kombinace trialkoholu glycerolu a tří MK. Tři MK v TG, uložených v tukových zásobách nejsou většinou stejné. MK v TG jsou nasycené i nenasycené. MK1 glycerol MK2 MK3

13 Triglyceridy (triacylglyceroly - TG)
Fyzikální vlastnosti TG závisí na délce uhlíkového řetězce MK a počtu dvojných vazeb. Delší délka řetězce stejně jako dvojité vazby snižují bod tání. Rostlinný tuk s PUFA je tekutý, živočišný tuk s nasycenými MK je tuhý. Palmový olej je tekutý, i když se skládá hlavně z nasycených MK neboť má krátký uhlíkový řetězec ( ), ostatní mají většinou uhlíků.

14 Triglyceridy (triacylglyceroly - TG)
TG a MK v TG jsou nerozpustné ve vodě. Tato vlastnost způsobuje, že jsou ideálními zásobárnami energie (ponechávají si více chemické energie než ostatní energetické substráty - sacharidy, proteiny).

15 Mobilizace tuků z tukových zásob
Hydrolýza TG nebo lipolýza - akcentovaná při tělesné práci, hladovění nebo v chladu. Lipolýza zahrnuje 3 hydrolytické reakce (vzniknou 3 MK + glycerol), z nichž každá je katalyzovaná hormon senzitivní lipázou. Lipolýza i tvorba TG probíhají v cytoplazmě tukových buněk (adipocyty). MK uvolněné z TG jsou hydrolyzovány a dále se buď reesterifikují na TG opouštějí adipocyt

16 Mobilizace tuků z tukových zásob
MK uvolněné z adipocytů, jsou transportovány v krvi pomocí plazmatických bílkovin - albuminů = volné mastné kyseliny (VMK) free fatty acids (FFA). VMK (většinou uhlíků) musí být transportovány albuminem, neboť nejsou rozpustné ve vodě. Glycerol nemůže být znovu využit tukovými buňkami a protože je rozpustný ve vodě, cirkuluje krví - index lipolýzy.

17 Mobilizace tuků z tukových zásob
Ve tkáních, které obsahují glycerol-kinázu (zejména játra), se glycerol fosforyluje na glycerol 3-P a může být použit na tvorbu glykogenu nebo GL - glukoneogeneze. Lipolýza probíhá nejen v játrech, ale např. i v tenkém střevě (katalyzováno pankreatickou lipázou), nebo v plazmatických lipoproteinech (katalyzováno lipoproteinovou lipázou na endotelu kapilár).

18 Mobilizace tuků z tukových zásob
Po jídle převažuje v adipocytech lipogeneze (tvorba TG) - dostatek prekrusorů - MK + glycerol. Při zátěži převažuje lipolýza. adipocyt Po jídle Při zátěži, hladovění TG VMK + glycerol VMK + glycerol

19 Regulace metabolismu TG
Zásobárny TG = zejména adipocyty + svalové buňky. Využívání tuků (zejména kosterní svaly + myokard) = šetření glykogenu. Během tělesné zátěže velmi důležité, neboť se výrazně zvyšuje potřeba energie. V adipocytech probíhá ve stejné době lipolýza i lipogeneze, něco musí převažovat. Regulace pomocí hormon senzitivní lipázy (TG-lipáza), která je aktivovaná hormony (zejména adrenalinem).

20 Intracelulární transport MK
MK buď vstupují do cytoplazmy buněk pomocí transportéru (vazební protein MK - VPMK, FA binding protein - FABP) nebo prostou difúzí napříč buněčnou membránou. Aby mohla být využitá jejich energie (9,2 kcal/g), musí se dostat cytoplazmou do mitochondrií.

21 Acyl-CoA je vytvořen s použitím energie, získané hydrolýzou ATP.
Tvorba acyl-CoA Aby MK mohly prostoupit mitochondriální membránou, musí být připojeny k CoA = = acyl-CoA. Acyl-CoA je vytvořen s použitím energie, získané hydrolýzou ATP. acyl CoA syntetáza MK + ATP + CoA Acyl-CoA + AMP + Pi Mg2+

22 Tvorba acyl-CoA Reakce je esenciálně ireverzibilní.
Acyl-CoA je na energii bohatá sloučenina, neboť na svou tvorbu spotřebuje energii vzniklou rozkladem ATP na AMP. energie acyl CoA syntetáza MK + ATP + CoA Acyl-CoA + AMP + PPi Mg2+

23 Transport acyl-karnitinu
Tvorba acyl-CoA probíhá v cytoplazmě, zatímco oxidace acyl-CoA probíhá v mitochondriích. Avšak vnitřní mitochondriální membrána je nepropustná pro acyl-CoA. Proto se k transportu acyl-CoA používá 3 různých transportních proteinů a malé molekuly karnitinu. Acyl-CoA sloučený s karnitinem může být transportován přes mitochondriální membránu!!! Karnitin prostupuje napříč mitochondriální membránou ven (z mitochondie do cytoplazmy) a sloučený s acyl-CoA dovnitř.

24 Acyl karnitin translokáza I II
Cytoplazma Vnitřní membrána Matrix acyl-CoA Karnitin Karnitin acyl-CoA Acyl karnitin translokáza I II acylkarnitin acylkarnitin CoA CoA

25 Nedostatek karnitinu, způsobený neschopností karnitin vytvořit, není vzácné metabolické onemocnění.
Karnitin se ztrácí při dialyzační filtraci krve („umělá ledvina“)- nutnost doplňovat. Nedostatek karnitinu = svalová únava, špatná tolerance fyzického zatížení (způsobené akumulací TG ve svalech a neschopností oxidovat MK). Tělesná zátěž zvyšuje močovou exkreci karnitinu - proto sportovci doplňují karnitin (zvýšení lipidové oxidace a šetření zásob glykogenu) - módní hit - málo účinné.

26 Oxidace MK (beta-oxidace)
Nastává po vstupu acyl-CoA MK do matrix mitochondrií - cyklická reakce. V každém cyklu se acyl-CoA MK rozkládá - vytváří 2-uhlíkový acetyl-CoA a nový acyl-CoA zkrácený o 2 atomy uhlíku.

27 Acyl-CoA (C = n - 2) Acyl-CoA (C = n) FAD+ FADH2 dehydrogenace NAD+ NADH + H+ Acetyl-CoA C = 2 Acyl-CoA (C = n-2)

28 Alfa-ketoglutarát (5C)
Pyruvát (3C) NAD+ CO2 NADH + H+ Acetyl-CoA (2C) Acyl-CoA Oxalacetát (4C) Citrát (6C) NAD+ NADH + H+ Malát (4C) Izocitrát (6C) NAD+ CO2 Fumarát (4C) NADH + H+ FADH2 Alfa-ketoglutarát (5C) Sukcinát (4C) P FAD Sukcinyl-CoA (4C) CO2 GTP NAD+ NADH + H+ GDP

29 Sudý počet C Kolik cyklů?
Acyl-CoA (C = n) Sudý počet C FAD+ Kolik cyklů? FADH2 dehydrogenace NAD+ NADH + H+ Acetyl-CoA C = 2 Acyl-CoA (C = n-2)

30 1. cyklus 2. cyklus Např. kyselina stearová [18:0]
vytvoří s CoA stearyl-CoA, který má rovněž 18C. Odštěpením CoA (2C) vznikne 16-uhlíkový acyl-CoA. 1. cyklus Odštěpením dalšího CoA (2C) vznikne 14-uhlíkový acyl-CoA. 2. cyklus

31 9. cyklus nemusí proběhnout, protože po 8. cyklu
+ 2 2. n = 16 + 2 Počet cyklů (n : 2) - 1 3. n = 14 + 2 4. n = 12 + 2 5. n = 10 + 2 = 6. n = 8 + 2 n - 2 2 7. n = 6 + 2 8. n = 4 + 2 9. cyklus nemusí proběhnout, protože po 8. cyklu zůstanou 2 acetyl-CoA

32 1. cyklus 2. cyklus 8. cyklus Např. kyselina stearová [18:0]
vytvoří s CoA stearyl-CoA, který má rovněž 18C. Odštěpením CoA (2C) vznikne 16-uhlíkový acyl-CoA. 1. cyklus Odštěpením dalšího CoA (2C) vznikne 14-uhlíkový acyl-CoA. 2. cyklus . 8. cyklus Během 8 cyklů [(18 : 2) - 1] se stearyl-CoA rozloží na 9 molekul acetyl-CoA

33 Energetický zisk z beta-oxidace kyseliny stearové
-2 ATP Vytvoření stearylu-CoA ze stearové kyseliny

34 Tvorba acyl-CoA Při rozložení ATP na AMP vzniknou 2 atomy fosfátu
podobně jako při rozkladu 2 molekul ATP na 2 molekuly ADP acyl CoA syntetáza MK + ATP + CoA Acyl-CoA + AMP + PPi Mg2+ Ztráta energie při rozložení ATP na AMP je stejná jako při ztráta při rozložení 2 ATP na 2 ADP.

35 Energetický zisk z beta-oxidace kyseliny stearové
-2 ATP Vytvoření stearylu-CoA ze stearové kyseliny Při tvorbě 9 acetyl-CoA vznikne 8 FADH2 a 8 NADH + H+. V respiračním řetězci vzniknou v přítomnosti FADH2 dvě molekuly ATP, v přítomnosti NADH + H+ tři molekuly ATP - v každém cyklu 5 molekul ATP - počet cyklů 8, počet ATP +40 ATP

36 NAD+ + H2+ + 3 ADP = NADH + H+ + 3 ATP
FAD+ + H ADP = FADH + H+ + 2 ATP 1 cyklus = 3 ATP + 2 ATP = 5 ATP 8 cyklů = ATP = 40 ATP

37 Energetický zisk z beta-oxidace kyseliny stearové
-2 ATP Vytvoření stearylu-CoA ze stearové kyseliny Při tvorbě 9 acetyl-CoA vznikne 8 FADH2 a 8 NADH + H+. V respiračním řetězci vzniknou v přítomnosti FADH2 dvě molekuly ATP, v přítomnosti NADH + H+ tři molekuly ATP - v každém cyklu 5 molekul ATP - počet cyklů 8, počet ATP +40 ATP Z jedné molekuly acetyl-CoA vznik v Krebsově cyklu 12 molekul ATP. Počet acetyl-CoA = 9, počet ATP = = +108 ATP

38 Alfa-ketoglutarát (5C)
Pyruvát (3C) NAD+ CO2 NADH + H+ Acetyl-CoA (2C) Oxalacetát (4C) Citrát (6C) NAD+ NADH + H+ Malát (4C) Izocitrát (6C) NAD+ CO2 Fumarát (4C) NADH + H+ FADH2 Alfa-ketoglutarát (5C) Sukcinát (4C) P FAD Sukcinyl-CoA (4C) CO2 GTP NAD+ NADH + H+ GDP

39 Energetický zisk z beta-oxidace kyseliny stearové
-2 ATP Vytvoření stearylu-CoA ze stearové kyseliny Při tvorbě 9 acetyl-CoA vznikne 8 FADH2 a 8 NADH + H+. V respiračním řetězci vzniknou v přítomnosti FADH2 dvě molekuly ATP, v přítomnosti NADH + H+ tři molekuly ATP - v každém cyklu 5 molekul ATP - počet cyklů 8, počet ATP +40 ATP Z jedné molekuly acetyl-CoA vznik v Krebsově cyklu 12 molekul ATP. Počet acetyl-CoA = 9, počet ATP = = +108 ATP CELKEM +146 ATP

40 Energetický zisk z beta-oxidace MK
Acyl-CoA Energetický zisk z beta-oxidace MK [(n - 2) / 2] FADH2 Počet cyklů (n - 2) / 2 n-2+3n 4n-2 [(n - 2) / 2] NADH 2n-1 = = (n / 2 ) acetyl-CoA + n-2+n n-2 n-1 3n / 2 NADH 2n - 1 ATP = = 1 3n - 2 ATP n / 2 FADH2 2 = 2n-1+n-1 = 3n-2 n / 2 GTP 3 3n - 2 ATP n CO2

41 8,5 n - 7 ATP 8,5 n - 5 ATP Acyl-CoA MK -2 ATP [(n - 2) / 2] FADH2
Počet cyklů (n - 2) : 2 [(n - 2) / 2] NADH (n / 2 ) acetyl-CoA 3n / 2 NADH 1 2n - 1 ATP 3n - 2 ATP n / 2 FADH2 2 n / 2 GTP 3 3n - 2 ATP n : 2 ATP 8,5 n - 7 ATP 8,5 n - 5 ATP n CO2

42 Energetický zisk z beta-oxidace MK
8,5 n - 7 ATP n = počet atomů C Acyl-CoA MK -2 ATP [(n - 2) / 2] FADH2 Počet cyklů (n - 2) : 2 [(n - 2) / 2] NADH (n / 2 ) acetyl-CoA 3n / 2 NADH 1 2n - 1 ATP 3n - 2 ATP n / 2 FADH2 2 n / 2 GTP 3 3n - 2 ATP n : 2 ATP 8,5 n - 7 ATP n CO2