Biochemie výživy, vitamíny Bruno Sopko, Jana Novotná

Obsah Úvod Makronutrienty Regulace příjmu makronutrientů Aminokyseliny, proteiny Sacharidy Mastné kyseliny, cholesterol Regulace příjmu makronutrientů Mikronutrienty Vitamíny rozpustné v tucích Vitamíny rozpustné ve vodě Minerály

Úvod – faktory ovlivňující příjem živin Energetická a nutriční homeostasa Exogenní vstupy –Signály prostředí Metabolické Signály Endokrinní Signály Nervové Signály Geny a interakce genů s prostředím

Úvod – positivní a negativní bilance

Úvod – fondy (pools)

Úvod – transport nutrientů

Úvod – transport nutrientů

Makronutrienty Aminokyseliny, proteiny Sacharidy Mastné kyseliny, cholesterol Vláknina

Aminokyseliny, proteiny Trávení, absorpce proteinů Metabolický obrat bílkovin Esenciální AK Meziorgánová kooperace Transport aminokyselin do buňky Regulace metabolismu AK - anabolická Regulace metabolismu AK - katabolická Vliv AK na sekreci glukagonu a insulinu Dusíková bilance

Trávení, absorpce proteinů

Metabolický obrat bílkovin

Esenciální aminokyseliny

Meziorgánová kooperace

Transport aminokyselin do buňky

Regulace metabolismu AK - anabolická

Regulace metabolismu AK - anabolická

Regulace metabolismu AK - katabolická Glukagon aktivuje fenylalaninovou hydroxylasu cestou adenosine 3′5′-cyclic monophosphate (cAMP)-dependentní dráhy. Glukagon aktivuje glutaminasu a glycin štěpící enzym, tento mechanismus je zatím neznámý. Glukagon a glukokortikoidy indukují the syntesu řady aminkyseliny katabolizujících enzymů.

Regulace metabolismu AK - katabolická

Vliv AK na sekreci glukagonu a insulinu

Dusíková bilance

Sacharidy Sacharidy - příjem Sacharidy - regulace

Sacharidy - příjem

Sacharidy - regulace

Mastné kyseliny

Cholesterol

Regulace Hormony tukové tkáně Leptin Pankreatické hormony Hormony GIT

Regulace – hormony tukové tkáně

Regulace - leptin

Regulace – Pankreatické hormony Glukagon Insulin Pankreatický Polypeptid Snižuje apetit neznámým mechanismem Amylin Snižuje příjem potravy

Regulace – hormony GIT Stimulace produkce inzulínu Ghrelin (produkován hlavně P/D1 buňkami lemující fundus lidského žaludku a epsilon buňkami pankreatu) apetit-regulující hormon (antagonista leptinu) sekretagog růstového hormonu Peptid YY (ileum a tlusté střevo) potenciální proabsorbční hormon reduktant apetitu Inkretiny: Glucagon –simulující Peptidy (GLP-1,2) a Glukosa - Dependentní Insulinotropní Peptid Inkretin, GLP 1 Snížení Glc v krvi Inhibice produkce glukagonu Enzym DPP-4 inaktivuje GLP-1 Inhibitory DPP-4 blokují DPP-4 a snižují koncentraci Glc

Regulace – hormony GIT Oxyntomodulin (Parietální buňky - buňky žaludečního epitelu, které sekretují žaludeční kyselinu (HCl) a vnitřní faktor – intrinsic factor) tlumí apetit Cholecystokinin (I-buňky v mukozálním epitelu) Sekrece trávicích enzymů a žluči z pankreatu a žlučníku Supresant hladu Indukuje zvýšenou opiátovou toleranci Bombesinu - podobné Peptidy gastrin-uvolňující peptid (GRP) Neuromedin B (NMB) Apo A-IV (tenké střevo) aktivuje lecitin-cholesterol acyltransferasu a cholesterylester přenášející protein in vitro; Hraje důležitou roli v regulaci apetitu a sytosti při testech na hlodavcích; projevuje anti-oxidanční a anti-atherogenní vlastnosti in vitro a při testech na hlodavcích; Moduluje efektivitu enterocytů a hepatického transcelulárního transportu lipidů in vitro. Enterostatin (tenké střevo pancreatickou procolipasou) Redukce sekrece insulinu zvýšení in sympathetic drive to brown adipose tissue Stimulace adrenální sekrece kortikosteroidů iniciuje a pocit plnosti žaludku Obestatin (produkován ze stejného prohormonu jako ghrelin) antagonista pro sekreci růstového hormonu a příjmu potravy indukovaných ghrelinem

Regulace –hormony

Regulace –hormony

Mikronutrienty Vitaminy rozpustné v tucích Vitamin A Vitaminy rozpustné ve vodě vitamins Minerály

Interakce mikronutrientů

Léčiva ovlivňující využití vitaminů

Vliv specifických nutrientů na expresi genů

Micronutrienty – vitamíny rozpustné v tucích (A, D, E a K) hydrofobní sloučeniny, absorbovatelné s lipidy, transport krví ve formě lipoproteinů nebo navázány na specifické proteiny, zvýšená pravděpodobnost akumulace, zvýšená možnost hypervitaminosy

Vitamín A Vitamin A - retinol Biologicky aktivními formami jsou retinoidy: retinol, retinal, kyselina retinová. Prekurzory – provitaminy, karotenoidy. V živočišné potravě většinou ve formě esterů – retinol a douhá mastná kyselina (retinylpalmitát) Cyklohexanové jádro a isoprenoidní řetězec

Vit. A transport a metabolismus Estery retinolu → hydrolýza pankreat. enzymy. Absorpce s účinností 60% -90%. b-karoten štěpen b-karotendioxy-genasou na retinal. Střevní buňky → esterifikace retinolu a ten transport chylomikrony. Remnants chylomikronů → játra→ esterifikace (pokud koncentrace esterů převýší 100 mg, jsou skladovány). Transport retinolu (retinol-binding protein, RBP) do mimojaterních tkání.

Vitamin A a jeho další funkce Transkripce a diferenciace Kyselina retinová reguluje přepis genů – působí přes jaderný receptor (podobně jako steroidní receptory). Vazbou na různé jaderné receptory stimuluje (RAR – retinoid acid receptor) nebo inhibuje (RXR- retinoid „X“ receptor) transkripci. Na RAR se váže all-trans-retinová kyselina a na RXR 9-cis-retinová kyselina. Kyselina retinová je nezbytná pro funkci a udržování epitelových tkání. Retinol retinal kyselina retinová retinoldehydrogeasa retinaldehyddehydrogenasa

Retinol Vážící proteiny

Metabolické funkce vitamínu A Vidění Genová transkripce Imunitní funkce Vývoj v embryonálním období a reprodukce Metabolismus kostní tkáně Hematopoeza Metabolismus kůže Antioxidant

Zdroje vitaminu A mrkev játra brokolice maso špenát vejce papája mléko meruňky játra maso vejce mléko mléčné výrobky

Vitamín D Kalciol, vitamin D2 (cholekalciferol) → prekurzor kalcitriolu, D3 (1,25- dihydroxykalciferol). Reguluje spolu s PTH hladinu vápníku a fosfátů. Syntéza v kůži (7-dehydrocholesterol) UV zářením → další přeměna v játrech a v ledvinách.

Zdroje vitamínu D Kromě slunění: ryby různých druhů (losos, makrela sardinky, tuňák, sumec, úhoř), rybí tuk (z jater tresky) vejce, hovězí játra, houby Absorbován společně s tuky. Absorpce závisí na přítomnosti žlučových kyselin (všechny nemoci snižující resorpci tuků snižují také resorpci vitaminu D) Absorpce je pasivní a je ovlivněna obsahem střev (skladbou stravy). Absorbován společně s mastnými kyselinami s dlouhým řetězcem a je přítomen v chylomikronech v lymfatickém systému.

Vitamín E Existují čtyři tokoferolové (a-, b-, g-, d-) a čtyři tokotrienolové izomery (a-,b-, g-, d-), které mají biologickou aktivitu. Všechny jsou tvořené chromanolovým kruhem a hydrofóbním fytylovým vedlejším řetězcem. Nejvyšší biologickou aktivitu vykazuje a- tokoferol.

Vitamin E jako antioxidant PUFA-H = polynenasycená mastná kyselina PUFA-OO = peroxylový radikál polynenasycených mastných kyselin PUFA-OOH = hydroperoxypolynenasycená mastná kyselina PUFA-OH = hydroxypolynasycená MK Fosfolipasa A2 Glutathionperoxidasa Katalasa superoxiddismutasa Radikálová řetězová reakce Vitamin E jako antioxidant

Vitamín E Absobován v tenkém střevě, příjem je vázán na fungující vstřebávání tuků. Krví přenášen v lipoproteinech → vychytáván v játrech receptory pro apolipoprotein E. Navázán na a-tokoferol transportní protein (a- TTP) → přenášen do cílových orgánů (přebytek uložen v adipocytech, ve svalech, játrech). b-, g- a d-tokoferoly přenášeny do žluče a degradovány.

Vitamin E jako antioxidant Součinnost s vitaminem C → chromanolový kruh s –OH skupinou je natočen do hydrofilní části membrány → na rozhraní vodné a hydrofóbní fáze reaguje s vit. C nebo glutathionem. Tokoferolový radikál v lipidové části membrány → rozštěpení chromanolového jádra → vznik chinonů a hydrochinonů (nevratné metabolity lipoperoxidace), vit. E se již neobnoví. Obsah vyšších mastných kyselin značně převyšuje obsah a-tokoferolu → během lipoperoxidace se vit. E rychle vstřebává.

Vitamín E jako enzymový kofaktor a-tokoferolchinon vzniklý oxidací a-tokoferolu může působit jako kofaktor vzniku nenasycených mitochondriálních mastných kyselin. a-tokoferolchinon + cytochrom B5 + NADH+H+ iniciuje tvorbu dvojné vazby MK – přechodně se mění na a-tokoferolhydrochinon (za přítomnosti O2 se mění zpět na a-tokoferolchinon).

Zdroje vitamínu E Rostlinné oleje – sojový, kukuřičný, slunečnicový, olivový, pšeničné klíčky, hlávkový salát, zelí, celer, ořechy

Vitamín K Označení "K" je odvozeno z německého slova "Koagulation", srážení krve. Je nezbytný pro funkci několika proteinů podílejících se na srážení krve. Nezbytný v procesu mineralizace kostí, buněčného růstu a metabolismu proteinů cévní stěny.

Vitamín K Vitamin K1 (fylochinon) – rostlinný původ. Vitamin K2 (menachinon) – produkován střevními bakteriemi. K1 a K2 jsou v organismu využívány rozdílným způsobem K1 - hlavně pro srážení krve a jeho hlavním orgánem působení jsou játra, K2 – důležitý v nekoagulačních dějích, v metabolismu a mineralizaci kostí, v buněčném růstu a v metabolismu buněk cévní stěny. Vitamin K2 Syntetické deriváty Vit.K

Zdroje vitamínu K zelená listová zelenina rostlinné oleje brokolice cereálie

Vitamin C Vitamin C je vitamin rozpustný ve vodě. Téměř všechna zvířata jsou schopna syntetizovat svůj C. Vitamin C byl poprvé izolován roku 1928 a roku 1932 byl prokázán jeho protikurdějový účinek.

Vitamin C Vitamin C má slabě kyselý charakter, nazýva se kyselinou askorbovou “askorbáty”. Jedná se o L-enanciomer kyseliny askorbové . D-enanciomer neprokazuje žádnou biologickou aktivitu. Absorbován v tenkém střevu, primárně v ileu, aktivním transportem – závislý na sodíku a energii.

Enzymy vyžadující askorbát jako koenzym Cytochrom P450 oxidasy (některé) Dopamine-β-monooxygenasa Peptidyl glycine α-amidating monooxygenase Cholesterol 7-α-hydroxylasa 4 Hydroxyphenylpyruvate oxidasa Homogentisate 1,2-dioxygenasa Proline hydroxylasa Procollagen-proline 2-oxoglutarate-3-dioxygenasa Lysine hydroxylasa γ-Butyrobetaine, 2-oxoglutarate-4-dioxygenasa Trimethyllysine-2-oxoglutarate dioxygenasa

Nedostatek vitaminu C Únava, změna osobnosti snížení psychmotorických schopností a motivace. Nedostatek vitamínu C trvající déle, než 3-5 měsíců vyústí v symptomatické kurděje. Kurděje vedou k tvorbě „jaterních skvrn“ na kůži, otoky a krvácení dásní a dalších mukosních tkání. Pokročilé kurděje jsou charakteristické vznikem otevřených ran a ztrátou zubů. Velmi těžké případy se mohou projevovat neuritidami, žloutenkou, horečkami, dušností až smrtí.

Vitaminy B Absorption Place B1-thiamin tenké střevo B2-riboflavin specifický aktivní transport tenké střevo B2-riboflavin aktivní transport závislý na sodíku a energii jejunum B3-niacin přímá a usnadněná difuse B5-panthotenová kyselina usnadněná difuse B6 pravděpodobně usnadněná difuse B7-biotin B9- kyselina listová Specifický přenašeč, pH-dependentní B12-kobalamin B12 se váže na přenášející protein, nazývaný vnitřní faktor (produkovaný žaludečním epitelem) distální část ilea Biotin in food exists in the free and enzyme-bound form. The protein-bound form can be digested, which in turn yields biocytin, a combination of biotin and lysine. Biocytin is hydrolyzed via the action of biotinidase to its component parts.

Další mikronutrienty Cholin Karnitin Inositol Pyrolohinolin Chinon Ubichinone Orotová kyselina Kyselina para-aminobenzoová (PABA) Kyselina lipoová Bioflavonoidy Pseudovitaminy

Minerály - makrominerály Sodík Transportován s dalšímy sloučeninami Draslík Pasivní transport Chlorid Vápník (20% - 50 %) Vitamin D dependentní Pasivní difuse Fosfor Aktivní, se saturačním maximem, sodík-dependentní mechanismes (vitamin D též ovlivňuje) Hořčík (30 % - 70 %) Usnadněná difuse

Minerály - mikrominerály Železo Hemově vázané Volné Laktoferrin Zinek Pasivní difuse i když může zahrnovat zinek-vážící metalothioneinový protein a/nebo střevní protein s vysokým obsahem cysteinuMěď Usnadněná difuse Selen Selenocystein Jod Jodidový iont, difuse Molybden Difuse Mangan Neznámé Kobalt Interferuje s absorpcí železa a může jí úplně zastavit kobalamin

Železo

Enzymy vyžadující mangan Pyruvát karboxylasa Acetyl CoA karboxylasa Isocitrát dehydrogenasa Mitochondriální superoxid dismutasa Arginasa Glukokinasa Galakto-transferrasa Hydroxymethyl-transferasa Superoxid dismutasa

Literatura Thomas M. Devlin ed. Textbook of biochemistry with clinical correlations, Fourth edition (1997), Wiley and sons. Christos S. Mantzoros, NUTRITION AND METABOLISM, Underlying Mechanisms and Clinical Consequences (2009), Humana Press, a part of Springer Science+Business Media Other are cited directly on the pages