PhDr. Michal Botek, Ph.D. Fakulta tělesné kultury, UP Olomouc METABOLISMUS Sacharidů a Lipidů Prezentace obsahuje materiály vypracované doc. MUDr. Pavlem Stejskalem, CSc. Prezentace obsahuje materiály vypracované doc. MUDr. Pavlem Stejskalem, CSc.

Energie Při chemických reakcích se tato energie buď uvolňuje (např. biologická oxidace vodíku) exergonické reakce (např. biologická oxidace vodíku) nebo spotřebovává (např. syntéza polysacharidů, bílkovin) endergonické reakce (např. syntéza polysacharidů, bílkovin)

METABOLISMUS Katabolismus proces, při kterém z látek složitějších vznikají látky jednodušší + energie a teplo Anabolismus proces, při kterém z látek jednodušších vznikají látky složitější - energie … přeměna látek v organismu …

Anabolismus (výstavbový proces) z látek jednodušších vznikají látky složitější (stavební látky – bílkoviny a zásobní látky – glykogen a triglyceridy) Vyžadují dodávání energie, která se při nich spotřebovává Obnovování živé hmoty Vytváření energetických zásob (pro mechanickou práci, transport membránou, atd.) Vytváření látek potřebných k řízení (např. hormonů)

Katabolismus (rozkladový proces) rozklad látek složitějších (zásobních látek nebo přijatých živin) na látky jednodušší a energii Např. oxidativní procesy - uvolňují ze sloučenin volnou energii Energie uvolněná katabolickými pochody Udržení tělesných funkcí Udržení tělesných funkcí Štěpení a využití potravy Štěpení a využití potravy Termoregulace Termoregulace Pohybová aktivita Pohybová aktivita

Lidský organismus má k dispozici relativně velké množství energie : Zásobní cukr - glykogen (muž o hmotnosti 70 kg Zásobní cukr - glykogen (muž o hmotnosti 70 kg má asi 500 g glykogenu, z toho 400 g ve svalech má asi 500 g glykogenu, z toho 400 g ve svalech a 100 g v játrech – poskytuje energii asi 2500 kcal). a 100 g v játrech – poskytuje energii asi 2500 kcal). Glukóza v krvi (asi 20 g = 100 kcal) Glukóza v krvi (asi 20 g = 100 kcal) Tuk (asi kcal, tj. asi 80% všeho paliva v těle) Tuk (asi kcal, tj. asi 80% všeho paliva v těle) Proteiny (asi kcal, tj. asi asi 18%) Proteiny (asi kcal, tj. asi asi 18%) nejsou běžně využitelné nejsou běžně využitelné

ENERGETICKÝ METABOLISMUS KALORIE (cal, malá kalorie, gram kalorie) KALORIE (cal, malá kalorie, gram kalorie) Množství energie zvyšující teplotu 1 g vody z 15 na 16 o C. Kilokalorie = kcal = 1000 cal = 4,18 kJ

ENERGETICKÝ METABOLISMUS KALORIMETRIE Měření energie uvolněné spálením potravy mimo tělo PŘÍMÁ KALORIMETRIE (kalorimetr) sacharidy = 4,1 kcal/g tuky = 9,3 kcal/g proteiny = 5,3 kcal/g Běžná potrava SPALNÉ TEPLO

ENERGETICKÝ METABOLISMUS NEPŘÍMÁ KALORIMETRIE NEPŘÍMÁ KALORIMETRIE Měření spotřeby kyslíku (VO 2 ), která je úměrná množství vydané energie za jednotku času Měření spotřeby kyslíku (VO 2 ), která je úměrná množství vydané energie za jednotku času (s výjimkou situací, kdy vzniká a je splácen kyslíkový dluh). (s výjimkou situací, kdy vzniká a je splácen kyslíkový dluh). Přibližně a obecně - 1 litr O 2 uvolní 4,82 kcal = 5kcal Přibližně a obecně - 1 litr O 2 uvolní 4,82 kcal = 5kcal ENERGETICKÝ EKVIVALENT (EE) ENERGETICKÝ EKVIVALENT (EE)

ENERGETICKÝ VÝDEJ ENERGETICKÝ EKVIVALENT (EE) sacharidů21,1 kJ = 5,05 kcal proteinů18,0 kJ = 4,31 kcal lipidů19,0 kJ = 4,55 kcal Neúplný rozklad dusíkatých sloučenin

ENERGETICKÝ METABOLISMUS RQ celkem = 0,82 RQ sacharidů = 1,00 RQ tuků = 0,70 RQ proteinů = 0,82 RESPIRAČNÍ KVOCIENT (RQ) CO 2 /O 2 za jednotku času za ustáleného stavu

ENERGETICKÝ METABOLISMUS FAKTORY OVLIVŇUJÍ INTENZITU METABOLISMU 1. Tělesná práce (v průběhu i během zotavení - kompenzace kyslíkového dluhu). 2. Specificko-dynamický účinek potravy (asimilace živin v těle). SDÚ: proteinů ………. 0,70, sacharidů ….... 0,94, tuků …………… 0,96.

ENERGETICKÝ METABOLISMUS INTENZITA METABOLISMU 3. Vnější teplota - tvar písmene U a) nižší než tělesná teplota - aktivace mechanismů pro udržení tepla (např. třes) -intenzita metabolismu vzrůstá (hormony) vyšší než tělesná teplota b) vyšší než tělesná teplota - zvyšuje se teplota těla a vzrůstá metabolismus Termoregulace – energeticky náročný proces

ENERGETICKÝ METABOLISMUS 4. Výška, váha a povrch těla (čím větší - tím větší) 5. Pohlaví(muži vyšší) 6. Věk (čím vyšší, tím menší) 7. Emoce (vzrušení zvyšuje metabolismus - adrenalin zvyšuje svalové napětí v klidu, apatie a deprese snižují metabolismus) 8. Tělesná teplota (vzestup o 1 o C, vzestup o 14%) 9. Hladina hormonů štítné žlázy v krvi (T4, T3) 10. Hladina adrenalinu a noradrenalinu v krvi

BAZÁLNÍ METABOLISMUS (BMR) ENERGIE pro udržení všech vitálních funkcí

BAZÁLNÍ METABOLISMUS závisí na povrchu těla 1. povrchu těla (tělesná výška a hmotnosti) 2. věku 2. věku (věkem se snižuje) pohlaví 3. pohlaví (žena nižší – tuk nižší metabolismus než svaly) Zdravý dospělý muž mladšího věku BMR = 40 kcal/m 2 /hod = 2000 kcal/den

BAZÁLNÍ METABOLISMUS (BMR) VLEŽE, KLID, NEUTRÁLNÍ TEPLOTA OKOLÍ VLEŽE, KLID, NEUTRÁLNÍ TEPLOTA OKOLÍ HODIN PO JÍDLE, 24 HODIN BEZ VYČERPÁVAJÍCÍ TĚLESNÉ PRÁCE HODIN PO JÍDLE, 24 HODIN BEZ VYČERPÁVAJÍCÍ TĚLESNÉ PRÁCE

KLIDOVÝ ENERGETICKÝ VÝDEJ 1 MET množství kyslíku, které člověk spotřebuje v klidu za 1 min/1 kg hmotnosti asi 3,5 ml/kg/min

Svaly v klidu, při lehké práci a v průběhu regenerace spotřebovávají mastné kyseliny (MK) (vznikají rozkladem tuků - triglyceridy ) Mozek spotřebuje v klidu asi % krevní glukózy většinu zbylé glukózy spotřebují v klidu červené krvinky

Při tělesné práci se zvyšuje glykogenolýza a stoupá i spotřeba glukózy ve svalech (vytváří se z jaterního glykogenu) V průběhu zotavení je spotřebovaný jaterní glykogen okamžitě doplňován glukoneogenezí zatímco glykogenolýza je redukovaná

UTILIZACE GLUKÓZY BUŇKAMI euglykémieNormální koncentrace GL v krvi (euglykémie) asi 5 mmol/l = 90 mg/100 ml krve hyperglykémiePo jídle stoupá až na 9 mmol/l (hyperglykémie) hypoglykémie (Opakem je hypoglykémie (např. 2 mmol/l) (dlouhodobé hladovění, několikahodinová intenzivní pohybová aktivita bez přísunu sacharidů)

UTILIZACE GLUKÓZY BUŇKAMI Koncentrace GL v krvi a v mimobuněčné tekutině je vyšší než uvnitř buněk gradient pro vstup GL do buněk GL je hydrofilní, proto přechází špatně přes hydrofobní buněčnou membránu (semipermeabilní) transportérGL potřebuje transportér transportní proteiny GLUT1, GLUT2, GLUT3, GLUT4, GLUT5 (tzv. zprostředkovaná difúze)

ENERGETICKÉ SYSTÉMY ATP, ATP – CP komplex (makroergní fosfáty): ATP, ATP – CP komplex (makroergní fosfáty): nejrychlejší (pohotovostní) zdroj energie, nejrychlejší (pohotovostní) zdroj energie, ALAKTÁTOVÝ ZDROJ ATP ALAKTÁTOVÝ ZDROJ ATP ANAEROBNÍ ZISK ATP ANAEROBNÍ ZISK ATP zpracování pouze cukrů (glykogen a glukóza) zpracování pouze cukrů (glykogen a glukóza) LAKTÁTOVÝ systém LAKTÁTOVÝ systém AEROBNÍ (KYSLÍKOVÝ) ZISK ATP: AEROBNÍ (KYSLÍKOVÝ) ZISK ATP: zpracování cukrů, tuků i bílkovin (aminokyselin) zpracování cukrů, tuků i bílkovin (aminokyselin) Krebsův cyklus, dýchací řetězec Krebsův cyklus, dýchací řetězec ALAKTÁTOVÝ SYSTÉM ALAKTÁTOVÝ SYSTÉM

ČASOVÁ SOUSLEDNOST ZAPOJENÍ METABOLICKÝCH SYSTÉMŮ PŘI MAXIMÁLNÍ PRÁCI

ENERGETICKÉ SYSTÉMY  jediným PŘÍMÝM zdrojem energie pro svalovou činnost je chemická látka ADENOZINTRIFOSFÁT – ATP !!! je chemická látka ADENOZINTRIFOSFÁT – ATP !!! ATP ADP + P i + ENERGIE a teplo ATP ADP + P i + ENERGIE a teplo ADP + CP ATP + C (kreatin) ADP + CP ATP + C (kreatin)  ATP: přirozená koncentrace ve svalu stačí pro činnost v trvání 1–1,5 s přirozená koncentrace ve svalu stačí pro činnost v trvání 1–1,5 s  ATP – CP: kreatin fosfát (CP) zásobárna energie pro,,dobití“ ATP* (2 s) kreatin fosfát (CP) zásobárna energie pro,,dobití“ ATP* (2 s) Obnova ATP

ANAEROBNÍGLYKOGENOLÝZA ZISK ATP GLYKOGEN: 3 ATP GLUKÓZA: 2 ATP

REGULACE GLYKOGENOLÝZY V KOSTERNÍM SVALU Klíčový regulátor: fosfofruktokináza (PFK) Vysoce senzitivní na koncentraci : ATP, ADP, AMP, H + Při práci o vysoké IZ klesá množství ATP (v důsledku deplece GG), tím klesá poměr ATP:ADP, tím se zvyšuje aktivita PFK a udržuje se intenzita GG-lýzy.

PRŮBĚŽNÉ TESTOVÁNÍ ZNALOSTÍ : prezentace + doporučená literatura : začátek první etapa distančních testů : 5 min/20 otázek : minimální dosažené skóre 85% = 17 správně : počet opakování testu = NEOMEZENÝ

Cesta Laktátu o může být ve svalové tkáni, kde byl vytvořen (většinou bílá svalová vlákna) nebo ve tkáni, do které se dostal krví A) buď zpátky oxidován na pyruvát a rozložen v mitochondriích (Krebsově cyklu) a CO 2, H 2 O a energii, LAKTÁTOVÝ ČLUNEK LAKTÁTOVÝ ČLUNEK B) nebo se z něj může zpětně vytvořit ZÁSOBNÍ GLYKOGEN (tzv. glukoneogeneze, tj. tvorba glykogenu z nesacharidových zdrojů)

AEROBNÍ FOSFORYLACE ZISK 36 ATP

Zdroje energetického krytí při zvyšující se intenzitě RQ tuku = 0,7 RQ sacharidů = 1 1 g = 9,3 kcal 1 g = 4,1 kcal RQ = CO 2 O2O2 (Hamar & Lipková, 2001) AEROBNÍ práh ANAEROBNÍ práh

Tuky Triglyceridy (TG) jsou sloučeniny glycerolu a tři MK (nerozpustné ve vodě, ideální zásobárna energie) TG jsou rozkládány v tukových, svalových nebo jaterních buňkách v tenkém střevě enzymem LIPÁZOU na glycerol a tři MK : MOBILIZACE - hlad, tělesná práce nebo chlad

Tuky MK jsou transportovány pomocí albuminu krví Před vstupem do buňky se MK přeměňují na acyly po prostoupení buněčnou membránou se dostávají pomocí L-karnitinu do mitochondrií

ŠTĚPENÍ MK

VZNIK acyl-CoA MK + ATP + CoAAcyl-CoA + AMP + PPi acyl CoA syntetáza Mg 2+ energie

acyl-CoAacyl-CoA CoA CoA KarnitinKarnitin acylkarnitin Cytoplazma Vnitřní membrána Matrix III Acyl karnitin Transferáza

Tuky V mitochondriích jsou MK dekarboxylovány a dehydrogenovány za vzniku Acetyl-CoA pokračuje do Krebsova cyklu ß-OXIDACE

Tuky Celkový energetický zisk z tuků několikanásobně větší než ze sacharidů Má-li MK např. 18 uhlíků (např. nasycená kyselina stearová) získáme oxidativní fosforylací jedné molekuly 146 molekul ATP

Zvýšená hladina VMK (např. působením lipoproteinové lipázy v krvi nebo hormon-senzitivní lipázy v adipocytech) vede: utilizaci VMK aktivity PFK (zpomalení glykogenolýzy) snížení využití GL vede ke snížení využití GL (šetří se sacharidy)

REGULACE METABOLISMU: ADRENALIN Při tělesné práci stoupá v závislosti na intenzitě zatížení (čím vyšší IZ, tím vyšší produkce adrenalinu) Zvyšuje glykogenolýzu v játrech i ve svalech ZvyšujeZvyšuje uvolňování glukózy a FFA do krve opačnou Má opačnou dynamiku i účinek INZULINzvyšuje glykémii jako INZULIN = zvyšuje glykémii

GLUKAGON Jeho produkce při tělesné práci stoupá Zvyšuje glykogenolýzu v játrech i ve svalech Zvyšuje uvolňování glukózy a FFA do krve Jeho produkce je snížená při zvýšené dodávce sacharidů a tuků potravou stimulovaná adrenalinemJeho produkce je stimulovaná adrenalinem Má opačnou dynamiku i účinek jako inzulín = zvyšuje glykémii REGULACE METABOLISMU:

Faktory ovlivňující metabolismus sacharidů během tělesné práce !!! –V–V–V–Velikost zatížení (délka + intenzita) –T–T–T–Trénovanost (čím vyšší, tím lepší využití MK) –D–D–D–Dieta (dostupnost substrátu, nedostatek GL = ↑ využití MK + Bílkovin  ) –P–P–P–Prostředí (tepelný stres + hypoxie = ↑Adrenalinu a tím G-lýzy + La, adaptace vede ke ↓A) –P–P–P–Pohlaví (♀ - relativně vyšší předpoklady k vytrvalosti, lepší využití MK a horší využití sacharidů)

DĚKUJI ZA POZORNOST.