CLINICAL NUTRITION

1. CLINICAL NUTRITION HRANLJIVE MATERIJE - METABOLIZAM

2. CLINICAL NUTRITION Metabolizam(def.) je skup svih hemijskih reakcija koje se odvijaju u ljudskom organizmu. Metabolizam hranljivih materija(def.) predstavlja sve hemijske reakcije kojima u ljudskom organizmu podležu organska jedinjenja koja ubrajamo u grupe hranljivih materija. Metabolizam hranljivih materija se deli na: • anabolizam- niz hemijskih reakcija u kojima se sintetišu organski molekuli • katabolizam - reakcije razgradnje organskih molekula Energetski metabolizam čine hemijske reakcije kojima se energija iz hrane pretvara u oblik dostupan raznovrsnim ćelijskim fiziološkim sistemima.

3. CLINICAL NUTRITION ATP - energetska moneta

4. CLINICAL NUTRITION Metabolizam ugljenih hidrata Centralno mesto u metabolizmu ugljenih hidrata ima monosaharid glukoza. Izvori glukoze: a. ugljenohidratni izvori • hrana • depoi ugljenih hidrata (glikogen) u jetri (do 3%) i mišićima (5-8% ukupne mase) • produkti metabolizma ugljenih hidrata (mlečna kiselina, piruvat) b. neugljenohidratni izvori (glikoneogeneza) • aminokiseline (glikogene aminokiseline) • masti (glicerol)

5. CLINICAL NUTRITION Uloge glukoze: • stvaranje energije • skladištenje energije • sinteza jedinjenja koja sadrže glukozu i druge šećere Najvažnija uloga glukoze u organizmu je u energetskom metabolizmu. Energija se iz glukoze može dobiti na različite načine.

6. CLINICAL NUTRITION Metabolizam monosaharida = metabolizam glukoze • gukoza čini 80% od svih monosaharida dobijenih varenjem hrane • galaktoza (gotovo sva) i fruktoza (najveći deo) se pretvaraju u glukozu – konverzija monosaharida

7. CLINICAL NUTRITION Transport glukoze kroz ćelijsku membranu: a. aktivni transport (kotransport sa Na) – crevni epitel, epitel bubrežnih tubula b. olakšana difuzija (prema koncentracijskom gradijentu) • bez uticaja insulina - jetra, mozak, aktivni mišići • kontrolisana insulinom – ostala tkiva, neaktivni mišići

8. CLINICAL NUTRITION Fosforilacija glukoze Po ulasku u ćeliju glukoza se fosforiliše pod dejstvom enzima: • glikokinaza (u jetri) • heksokinaza (u ostalim ćelijama) Fosforilacija glukoze predstavlja ireverzibilan proces. Ćelije jetre, bubrežnog tubularnog epitela i intestinalnog epitela sadrže enzim glikozo-fosfatazu koji defosforiliše glukozu i omogućava joj izlazak iz ćelije.

9. CLINICAL NUTRITION Metabolička sudbina glukoze u ćeliji zavisi od energetskog statusa: • ukoliko postoje potrebe za energijom – glukoza se razgrađuje u cilju dobijanja energije (energetski metabolizam) • ukoliko nepostoje potrebe za energijom – glukoza se skladišti u obliku glikogena (glikogeneza) i zatim po potrebi pretvara ponovo u glukozu (glikogenoliza) i razgrađuje u cilju dobijanja energije Kontrolu glikogenolize vrše hormoni: adrenalin i glukagon (aktivacijaenzima fosforilaze)

10. CLINICAL NUTRITION Oslobađanje energije iz glukoze Glikoliza • izuzetno brz proces dobijanja energije (4 mol ATP/t) • može se odvijati bez prisustva kiseonika • mali prinos energije (neto energetski efekat – 2 molekula ATP-a po molekulu glukoze) – koeficijent utilizacije 43% • odvija se u citoplazmi • finalni produkt – pirogrožđana kiselina (piruvat)

11. CLINICAL NUTRITION Metabolička sudbina piruvata zavisi od koncentracije kiseonika u ćeliji: • ukoliko ne postoji dovoljno kiseonika →piruvat se pretvara u laktat (enzimlaktat-dehidrogenaza) koji iz citoplazme izlazi u intersticijum – anaerobna glikoliza • ukoliko postoji dovoljno kiseonika→piruvat olakšanom difuzijom prelazi u mitohondrije gde se pretvara u acetil-koenzim A U oba ova procesa nema direktnog dobijanja energije.

12. CLINICAL NUTRITION Oslobađanje energije iz glukoze Krebsov ciklus • spor proces dobijanja energije (1 mol ATP/t) • odvija se u prisustvu kiseonika • mali direktan prinos energije (neto energetski efekat – 2 molekula ATP-a po molekulu glukoze), ali je veliki prinos H atoma • odvija se u mitohondrijama • finalni produkti – CO2, voda

13. CLINICAL NUTRITION Oslobađanje energije iz glukoze Pentozo-fosfatni put • alternativni put za dobijanje energije iz glukoze • značajan kod enzimskih anomalija Krebsovog ciklusa • 30% glukoze se u jetri razgrađuje ovim putem (u masnom tkivu je procenat veći) • oslobođeni vodonik se vezuje u formi NADPH (omogućava konverziju šećera u masti) • finalni produkt – CO2

14. CLINICAL NUTRITION Formiranje ATP-a oksidativnom fosforilacijom • odvija se u mitohondrijama (unutrašnja membrana) • 90% ATP koji se dobija razgradnjom glukoze se dobija ovim procesom Faze oksidativne fosforilacije: • jonizacija H atoma → H+ + elektron • elektroni ulaze u lanac prenosa elektrona (niz enzima zaključno sa citohromom A3 – citohrom oksidaza – redukuje elementarni O i spaja ga sa H+ u vodu) • lanac prenosa elektrona pumpa H+ u spoljašnju komoru mitohondrija stvarajući u njoj veliku koncentraciju H+ • ulazak H+ kroz molekul ATPaze (unutrašnja membrana mitohondrija) daje energiju potrebnu za pretvaranje ADP u ATP

15. CLINICAL NUTRITION

16. CLINICAL NUTRITION Glikoneogeneza (def.) predstavlja procese konverzije masti i belančevina u glukozu. • oko 60% proteina se lako pretvara u glukozu (direktno – glikogene aminokiseline ili preko fosfo-glukonatnog puta) • masti se transformišu u glukozu iz glicerola (povratne reakcije glikolitičkog puta) Regulacija glikoneogeneze: a. metabolička regulacija • smanjena količina glukoze u ćeliji i krvi stimuliše glikoneogenezu b. hormonska regulacija • smanjena količina glukoze u krvi → povećanje ACTH → povećanje kortizola → povećana mobilizacija proteina iz perifernih tkiva → povećana glikoneogeneza

17. CLINICAL NUTRITION Hormoni koji učestvuju u regulaciji glikemije: A. hormoni koji smanjuju koncentraciju glukoze u krvi B. hormoni koji povećavaju koncentraciju glukoze u krvi A. Najvažniji hormon koji smanjuje koncentraciju glukoze u krvi je insulin. Insulin stvaraju Langerhansova ostrvca u gušterači (-ćelije endokrinog pankreasa) i on dovodi do smanjenja koncentracije glukoze u krvi na više načina: • povećanim pretvaranjem glukoze u glikogen u jetri (proces se zove glikogeneza) gde služi kao stalna energetska rezerva • povećanim pretvaranjem glukoze u masti i skladištenjem u masnom tkivu • povećanim ulaskom glukoze u ćelije.

18. CLINICAL NUTRITION B. hormoni koji povećavaju koncentraciju glukoze u krvi: • glukagon (stvaraju ga -ćelije endokrinog pankreasa) koji povećava razgradnju glikogena u jetri (proces se zove glikogenoliza) • somatostatin (stvaraju ga -ćelije endokrinog pankreasa i hipotalamus) koji smanjuje efekte insulina i glukagona • steroidni hormoni (stvaraju se u kori nadbubrežnih žlezda) koji dovode do stvaranja glukoze iz masti i proteina u procesu koji se zove glikoneogeneza • adrenalin(stvara se u srži nadbubrežnih žlezda) koji povećava razgradnju glikogena u jetri i dovodi do brzog oslobađanja glukoze • hormon rasta(GH) koji smanjuje efekte insulina,i adrenokortikotropni hormon(ACTH) koji povećava lučenje hormona nadbubrežne žlezde, hormoni štitaste žlezde koji na više načina povećavaju koncentraciju glukoze u krvi.

19. CLINICAL NUTRITION Metabolizam masti Izvori masti: • masti iz hrane • masti iz depoa u ljudskom organizmu (masno tkivo, jetra) • masti koje nastaju kao produkti metabolizma ugljenih hidrata i proteina Dva glavna organa odgovorna za metabolizam masti su jetra i masno tkivo. Njihov značaj se manifestuje i u anaboličkim i u kataboličkim procesima metabolizma masti.

20. CLINICAL NUTRITION Transport lipida (1) Masti se (uglavnom) iz creva apsorbuju limfom u obliku monoglicerida i pojedinačnih masnih kiselina. U crevnom epitelu se formiraju kompleksne strukture za transport masti - hilomikroni (dijametar 0.08-0.5 μm) u čiji sastav ulaze: • novosintetisani trigliceridi • fosfolipidi (9%) • holesterol (3%) • apoprotein B (1%) Hilomikroni se u krvi zadržavaju oko 1 sat (posle obroka). Hilomikroni se eliminišu iz krvi prilikom prolaska kroz kapilare jetre i masnog tkiva. Hidroliza triglicerida se odvija pod dejstvom enzima lipoproteinske lipaze (velika koncentracija u kapilarima jetre i masnog tkiva) do masnih kiselina koje preuzimaju ćelije za sintezu novih triglicerida (glicerol iz metabolizma ugljenih hidrata). Trigliceridi se mogu mobilisati iz tkiva (metabolička i hormonska regulacija). Masne kiseline dobijene razgradnjom triglicerida ulaze u krv i vezuju se za albumine plazme – slobodne masne kiseline (koncentracija u standardnim uslovima - oko 150mg/L krvi)

21. CLINICAL NUTRITION Transport lipida (2) Lipoproteini • sastav: triglceridi, holesterol, fosfolipidi, proteini • 95% lipida plazme je u obliku lipoproteina • koncentracija lipoproteina u krvi je 7g/L • lipoproteini se (uglavnom) sintetišu u jetri (male količine HDL u crevnom epitelu)

22. CLINICAL NUTRITION Transport lipida (3) Klase lipoproteina: • lipoproteini vrlo male gustine(VLDL) - visoka koncentracija triglicerida, umerena koncentracija holesterola i fosfolipida • lipoproteini umerene gustine(IDL) - niska koncentracija triglicerida, povećana koncentracija holesterola i fosfolipida • lipoproteini male gustine(LDL) - izuzetno niska koncentracija triglicerida, visoka koncentracija holesterola, umereno visoka koncentracija fosfolipida • lipoproteini velike gustine(HDL) - visoka koncentracija proteina (oko 50), manja koncentracija holesterola i fosfolipida.

23. CLINICAL NUTRITION Oslobađanje energije iz masti Oslobađanje energije iz masti se odvija u 4 etape: • hidroliza triglicerida • ulazak masnih kiselina u mitohondrije • beta-oksidacija (razgradnja masnih kiselina do acetil-koenzima A) • oksidacija acetil-koenzima A 1. hidroliza triglicerida • hidrolizom triglicerida nastaju glicerol i masne kiseline • glicerol se fosforiliše u glicerol-3-fosfat i ulazi u glikolitički put 2. ulazak masnih kiselina u mitohondrije • masne kiseline iz citoplazme transportuju seu mitohondrije uz pomoć karnitina (nosač)

24. CLINICAL NUTRITION 3. beta-oksidacija (razgradnja masnih kiselina do acetil-koenzima A) • C atom u beta položaju se oksidiše i otpušta 2 H atoma • molekul se cepa između alfa i beta C atoma oslobađajući 1 acetil-koenzim A (-2 C atoma) • proces odvajanja acetil-koenzima A se nastavlja do kraja lanca masne kiseline (po 2 C atoma) • uz svaki molekul acetil-koenzima A se oslobodi po 4 H atoma (2C x2H) 4. oksidacija acetil-koenzima A • acetil-koenzim A se vezuje za oksalsirćetnu kiselinu i ulazi u Krebsov ciklus • H atomi ulaze u sistem oksidativne fosforilacije

25. CLINICAL NUTRITION

26. CLINICAL NUTRITION Metabolički put acetosirćetne kiseline • višak acetil-koenzima A nastalog u jetri (koji nije ušao u Krebsov ciklus) se pretvara u acetosirćetnu kiselinu • acetosirćetna kiselina se putem krvi prenosi do ćelija kojima je potrebna energija (ponovo se razgradi do acetil-koenzima A) • stepen korišćenja acetosirćetne kiseline u ćelijama zavisi od intenziteta metabolizma glukoze (količina oksalsirćetne kiseline koja se vezuje za acetli-koenzim A) • neiskorišćena acetosirćetna kiselina se transformiše u beta-hidroksibuternu kiselinu i aceton (ketonska tela)

27. CLINICAL NUTRITION Nastajanje triglicerida iz glukoze 1. Pretvaranje acetil-koenzima A u masne kiseline • glukoza se razgradi do acetil-koenzima A • acetil-koenzim A se polimerizuje preko malonil-koenzima A (i NADPH) formirajući masnu kiselinu 2. Vezivanje masnih kiselina sa alfa-glicerofosfatom • specifični (i individualno različiti) enzimi katalizuju vezivanje masnih kiselina (14-18C) za glicerolfosfat

28. CLINICAL NUTRITION Regulacija metabolizma masti: a. metabolička b. hormonska a. Metabolička kontrola metabolizma masti se vrši preko metabolizma ugljenih hidrata: • uticaj ugljenih hidrata na anabolizam masti (višak UH stimuliše skladištenje masti) • uticaj ugljenih hidrata na katabolizam masti (manjak UH stimuliše razgradnju masti) b. Najvažniji hormoni koji učestvuju u regulaciji metabolizma masti: • hormon rasta(GH), adrenokortikotropni hormon(ACTH) i tireostimulišući hormon(TSH), uzrokujući povećanje energetskih potreba dovode do povećanog oslobađanja slobodnih masnih kiselina iz unutrašnjih rezervi masti • kortizoni hidrokortizon (hormoni kore nadbubrežne žlezde), takođe, dovode do povećanog oslobađanja slobodnih masnih kiselina iz unutrašnjih rezervi masti • adrenalini noradrenalin izazivaju povećanu razgradnju masti • tiroksinpovećava oslobađanje slobodnih masnih kiselina i snižava koncentraciju holesterola u krvi • insulinpovećava sintezu lipida, dok glukagonpovećava razgradnju masti i oslobađanje slobodnih masnih kiselina.

29. CLINICAL NUTRITION Fosfolipidi • 90% fosfolipida nastaje u jetri • metabolizam fosfolipida ima sličnu kontrolu kao i ostale masti • za pravilnu sintezu fosfolipida su potrebni holin (sinteza lecitina) i inozitol (sinteza nekih cefalina) Uloge fosfolipida: • učestvuju u strukturi membrana u ćeliji • sastavni deo lipoproteina (neophodni za njihovu funkciju) • tromboplastin (započinjanje procesa koagulacije) • sfingomijelin (izolator mijelinskih struktura u nervima) • fosfolipidi su donori fosfatnih radikala

30. CLINICAL NUTRITION Holesterol • stvara se u svim ćelijama iz acetil-koenzima A • 70% holesterola u lipoproteinima je u obliku estara • egzogeni (iz hrane) i endogeni holesterol (uglavnom iz jetre) Uloge holesterola: • 80% holesterola se koristi za sintezu holne kiseline (žučne soli) • sinteza steroidnih hormona • poboljšanje kvaliteta kožnog omotača organizma Kontrola koncentracije holesterola: • povećan unos holesterola smanjuje aktivnost enzima za sintezu endogenog holesterola • povećan unos masti (triglicerida) povećava koncentraciju holesterola • smanjeni unos polinezasićenih masnih kiselinapovećava koncentraciju holesterola • nedostatak insulina i tiroksina povećava koncentraciju holesterola

31. CLINICAL NUTRITION Metabolizam belančevina Metabolizam belančevina u ljudskom organizmu obuhvata hemijske reakcije u kojima učestvuju belančevine (i aminokiseline) poreklom iz hrane, kao i proteinski sastav (i aminokiseline) koji već postoji u ljudskom organizmu. Metabolizam proteina je u fiziološkim uslovima podešen prema osnovnoj ravnoteži između anabolizma (formiranje, gradnja strukturnih i funkcionalnih proteina) i katabolizma (razgradnja tkivnih i funkcionalnih proteina). Ovaj dinamički odnos, pored ostalih spoljnih i unutrašnjih faktora, je i pod direktnom kontrolom faktora pohranjenih u genomu ćelija. Obavezni dnevni gubitak proteina iznosi 20-30g pa je to minimalna količina proteina koju dnevno treba unositi. Preporučije seda dnevni unos proteina bude najmanje 60-75g.

32. CLINICAL NUTRITION Metabolizam aminokiselina: • koncentracija aminokiselina u krvi iznosi 350-650g/L • višak aminokiselina u krvi posle obroka se apsorbuje u ćelije za 5-10min • aminokiseline se transportuju u ćeliju aktivnim transportom (mehanizam je specifičan za pojedine aminokiseline) • transport aminokiselina kroz ćelijsku membranu je pod uticajem hormona – insulina i hormona rasta • aminokiseline se u ćeliji deponuju u obliku proteina i po potrebi se vraćaju u krv zbog brojnih metaboličkih uloga • sinteza proteina je genski kontrolisana

33. CLINICAL NUTRITION Upotreba aminokiselina za dobijanje energije: • pod dejstvom enzima aminotransferaze u jetri se odvija proces deaminacije (eliminacija amino grupe) • najčešći oblik deaminacije je transaminacija (prenošenje amino grupe na neku ketokiselinu) • eliminisanjem amino grupe nastaje odgovarajuća ketokiselina • ketokiselina se uključuje u metabolizam ugljenih hidrata (najčešće Krebsov ciklus) • amonijak koji nastaje procesom deaminacije u jetri se pretvara u ureju koja izlazi u krv i eliminiše se mokraćom

34. CLINICAL NUTRITION Regulacija metabolizma proteina: a. genska b. metabolička c. hormonska regulacija Na metabolizam proteina u organizmu utiče veliki broj hormona koji pojedinačno i zajednički kontrolišu intenzitet i posebne oblike metabolizma proteina. Svi hormoni koji regulišu metabolizam ugljenih hidrata i masti značajno učestvuju i u regulaciji metabolizma proteina. Ipak, treba posebno istaći opšte anaboličke efekte hormona rasta (GH) i insulina, kao i specifične anaboličke efekte pojedinih steroidnih hormona (polni hormoni polnih žlezda i kore nadbubrega).