Energetika i intenzitet metabolizma

interaktivna fiziologija energetika
ENERGETIKA I
INTENZITET
METABOLIZMA
prof. dr. Milan Taradi
KATEDRA ZA FIZIOLOGIJU I
IMUNOLOGIJU
MEDICINSKI FAKULTET ZAGREB

interaktivna fiziologija energetika Taradi 2
METABOLIZAM JE
SVEUKUPNOST KEMIJSKIH
REAKCIJA.
PROMET MATERIJE
PROMET ENERGIJE (bioenergetika,
biokalorika)

OSNOVNE ZNAČAJKE
ENERGETSKOG METABOLIZAMA
 IZMJENA TVARI I ENERGIJE U
ORGANIZMU
 OTVORENI TERMODINAMIČKI SUSTAV
 STALAN GRADIJENT
 DINAMIČKA RAVNOTEŽA
 NEPRESTANI PROTOK ODRŽAVA
STRUKTURU (MORFU)

PROTOK ENERGIJE I MATERIJE
VANJSKI RAD
ATP
50% ENERGIJE
10 000 kJ / DAN
ULAZ
ENERGIJOM
BOGATIH
TVARI
STANIČNI
RAD
IZLAZ
ENERGIJOM
SIROMA[NIH
TVARI

VRSTE BIOENERGIJE
KEMIJSKA
TOPLINSKA
MEHANIČKA
ELEKTRIČNA
SVJETLOSNA

POVIJEST
Santorio Santorio - Istarski liječnik živi na vagi
Schwann T. - daje ime “metabolizam”
Lavoisier A. L. - ledeni kalorimetar
Pettenkofer H.J.- respiracijska kalorimetrija
Rubner M. - pravilo proporcionalnosti s površinom
Atwater O.W. - 1. zakon termodinamike

BIOKALORIMETRIJA
MJERI PROMET ENERGIJE
IZRAVNA
– mjeri oslobađanje topline iz tijela
NEIZRAVNA
– mjeri potrošak O2 ili oslobađanje CO2
– otvorena ili zatvorena

RESPIRACIJSKI KVOCIJENT
 Omjer nastalog CO2 i potrošenog O2
 Za ugljikohidrate iznosi 1,00
– C6H12O6 + 6 O2 = 6 CO2 + 6 H2O; RQ = 6/6 = 1
 Za masti iznosi 0,70
– C15H31COOH + 23 O2 = 16 CO2 + 16 H2O; RQ = 16/23 = 0,70
 Za bjelančevine iznosi oko 0,80
– 2 C3H7O2N + 6 O2 = (NH2) 2CO + 5 CO2 + 5H2O ; RQ = 5/6 = 0,83
 Neproteinski RQ se izračunava nakon odbitka
bjelančevina
 U + 0,7 M = NRQ; U + M = 1
 Prosječni RQ = 0,85

0
5
10
15
20
25
30
35
40
kJ/g O2 L/g kJ/L O2 RQ
UGLJIKOHIDRATI
MASTI
BJEANČEVINE
PROSJEK
ENERGIJSKI EKVIVALENTI HRANJIVIH TVARI
Energijski ekvivalent 1 L O2 = 20,2 kJ

ZAKONI TERMODINAMIKE
1. ZAKON O NEUNIŠTIVOSTI ENERGIJE
– Ukupna količina energije je u zatvorenom
sustavu stalna. DU = DQ
2. PRETVORBA JEDNE VRSTE ENERGIJE U
DRUGU
– Energija se može pretvarati iz jednog oblika u
drugi. DU = DA + DQ
– Toplinska se energija ne može u potpunosti
pretvoriti u mehaničku. n = (T1 - T2) / T1

STALNOST TJELESNE TEMPERATURE
37 C
36,9
Bazalni metabolizam
(10 000 kJ / dan)
Mišićni rad
HORMONI:
Tiroksin
Adrenalin
Simpatikus
37,1
STVARANJE TOPLINE
Izdavanje iz jezgre u kožu
- prokrvljenost kože
- potkožna mast
Izdavanje iz kože u okoliš
- radijacija
- kondukcija
- evaporacija
Kemijska termogeneza Fizikalna termoregulacija

ENERGIJA JE POHRANJENA U
POSREDNIKE TJ. "ENERGIJSKI NOVAC".
adenozin-trifosfat (ATP)
fosfokreatin (najobilnija zaliha)
gvanozin-trifosfat (GTP)
drugi purinski i pirimidinski nukleotidi
(CTP, UTP, ITP)

UNIVERZALNI ENERGIJSKI NOVAC STANICE
 ATP se stvara i troši i energetski je posrednik među reakcijama.
 Dnevno se stvori i potroši masa ATP koja je jednaka tjelesnoj masi !
 Oslobođena energija po jednom P je 50 kJ/mol.
 Korisnost u nastanku ATP je oko 60%.

STRUKTURA ATP

REAKCIJE DEFOSFORILACIJE
1. ATP + H2O ---> ADP + Pa
2. ADP + H2O ---> AMP + Pa
DGo = 50 kJ/molu -- jako egzergonična
 Ne teče u organizmu izravno zbog
nedostatka enzima.

SPREGA ATP I DRUGIH REAKCIJA
 Rad za prijenos
kroz membranu
(minerali, organski
ioni, aminokiseline
i sl.)
 Mehanički rad
(kontrakcija mišića,
gibanje stanica,
organela i sl.)
 Kemijski rad
(sinteza, rast,
razgradnja,
detoksikacija)
 Stvaranje topline
(regulacija
temperature, jalove
reakcije)

STVARANJE ATP TIJEKOM
EVOLUCIJE
FOSFORILACIJA NA RAZINI
SUPSTRATA (FERMENTACIJA)
KEMOOSMOTSKA FOSFORILACIJA
(OKSIDACIJA ORGANSKIH
SPOJEVA)
FOTOFOSFORILACIJA
(FOTOSINTEZA U BILJAKA)

BIOLOŠKA OKSIDACIJA
 REDOKS REAKCIJE (povezane s prijenosom
energije, kisik rijetko uključen)
 OKSIDACIJA JE UVIJEK POVEZANA S
REDUKCIJOM
 GUBITAK ELEKTRONA = OKSIDACIJA
 DOBITAK ELEKTRONA = REDUKCIJA
 NAD+ redoks prenosioc (čunak za elektrone)
(FAD, ubikinon, citokromi)

GLIKOLIZA
 TEMELJIN PROCES U SVIH ŽIVIH BIĆA
 TEČE UZ POMOĆ 11 ENZIMA U CITOPLAZMI
 TRI FAZE
– pripremna (dodavanje 2 ~P i cijepanje u dvije 3-
karbonske molekule)
– oksidacija (GA-3P --> DGA)
– oslobađanje energije (4 ADP --> 4 ATP, nastanak
piruvata)
 glukoza + 2 ADP + 2 Pa + 2 NAD+ --> 2 piruvata +
2 ATP + 2 (NADH + H+)
 ISKORIŠTENJE SAMO 3%

 U citoplazmi
od svake
djelimice
oksidirane
molekule
glukoze u
anaerobnim
uvjetima
nastaju dva
piruvata.
GLIKOLIZA

 NADH (NADPH) se vrlo brzo potroši
 Treba pronaći neki završni akceptor elektrona,
koji se izbacuje iz stanice !
 RJEŠENJE 1: FERMENTACIJA (upotrebiti kao
akceptore elektrona organske spojeve)
– stvara se piruvat
– stvara se mliječna kiselina (piruvat + NADH --->
mliječna kiselina + NAD+ )
– stvara se etilni alkohol
1. piruvat ------> acetaldehid + CO2
2. acetaldehid + NADH -----> etanol + NAD+
PROBLEM: Što s elektronima ?

PROBLEM: Što s elektronima ?
 RJEŠENJE 2: RESPIRACIJA (upotrebiti vanjski
akceptor elektona, kao što je kisik)
– NADH + O2 -------> NAD + H2O
– mitohondriji kao transportni sustav za elektrone
• elektroni ulaze od nosača do nosača unutar membrane
• protoni se nose iznutra prema van (protonski gradijent)
• NADH ---> flavoprotein ---> ubikinon ---> citokrom b --->
citokrom c ---> citokrom a ---> citokrom a3 ---> kisik
– protonski gradijent (oksidativna fosforilacija)
• kemoosmotska hipoteza
– KREBSOV CIKLUS (daljnja razgradnja piruvata)

 anaerobni
nastanak
alkohola
 anaerobni
nastanak
mliječne
kiseline
 aerobna
razgradnja
ŠTO S ELEKTRONIMA ?

JEDNOSTAVAN
PREGLED
ENERGIJSKOG
METABOLIZMA

PREGLED STVARANJA ENERGIJE
 Glikolizom u citoplazmi nastaju samo 2 ATP i ona služi kao kratkotrajni izvor energije.
 Mitohondrijska, aerobna faza uključuje razgradnju piruvata u kružnom, citratnom
(Krebsovom) ciklusu i prijenos elektrona.
 Oksidacija vodikovih iona daje mnoštvo ATP.

OKSIDATIVNA FOSFORILACIJA
 Prijenos
elektrona
 Protonski
gradijent
 Oksidacija
vodikovih
iona
 Konačni
produkti
CO2 i H2O
uz
nastanak
ATP

 Visoko shematski prikaz nastanka ATP u mitohondrijima
SHEMA OKSIDATIVNE FOSFORILACIJE

KREBSOV
CIKLUS
 Ciklus
limunske
kiseline
 Ciklus
trikarbonskih
kiselina

 Pregled
ukupnih
reakcija
povezanih
s
Krebsovim
ciklusom
BIOSINTETIČKE FUNKCIJE KREBSOVOG CIKLUSA

OSLOBAĐANJE ENERGIJE
 BAZALNI METABOLIZAM (BM) (60%)
 TERMOGENEZA UZROKOVANA HRANOM (8%)
 SPONTANA MIŠIĆNA AKTIVNOST (7%)
 SVRHOVITA AKTIVNOST (25%)
 MIŠIĆNI RAD (1 000 DO 5 000%)
 FAKULTATIVNA TERMOGENEZA (KEMIJSKA
TERMOGENEZA) (DO 100%)

BAZALNI METABOLIZAM (BM)
 METABOLIZAM U BAZALNIM UVJETIMA
 BM U ODRASLIH IZNOSI OKO 7 000 kJ
 POTROŠAK O2 IZNOSI OKO 250 mL/min
 BM JE PROPORCIONALAN TJELESNOJ
POVRŠINI
 TIJEKOM SPAVANJA BM PADA ZA 10 DO 15%
 40% BM TROŠI ŽIVČANI SUSTAV
 25% BM TROŠE MIŠIĆI
 20% BM TROŠI JETRA

65
0
1
1
14
23
20
76
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
TJELESNI SASTAV PROSJEČNOG ČOVJEKA
MASENI UDIO
ENERGIJSKI UDIO
MASTI
BJELANČEVINE
VODA
MINERALI
%
70 kg
800 000 kJ

POHRANJIVANJE I PRIJENOS TVARI
TRIGLICERIDI
SMK
TG
GLUKOZA-6P
KETOKISELINE
GLUKOZA
SMK
GLIKOGEN
CO2
CO2
UREJA
GLIKOGEN
AMINOKISELINE
CO2
MASTI IZ
HRANE
UGLJIKOHIDRATI
IZ HRANE
BJELANČEVINE
IZ HRANE
LAKTAT
KOLESTEROL
BJELANČEVINE

GLIKEMIJA
 PROCESI KOJI REGULIRAJU GLIKEMIJU

NOĆNO GLADOVANJE
 PROMET GLUKOZE TIJEKOM NOĆNOG GLADOVANJA

METABOLIZAM MASTI
 Masti podmiruju 1/2 energijskih potreba (100 g/dan).
 Esencijalne i neesencijalne MK
 SMK imaju nisku koncentraciju u plazmi i kratki poluživot (2 min).

KOLESTEROL
 Steroidna molekula je sastojak masti
 Specifična funkcija u membranama
 Preteča žučnih kiselina i steroidnih hormona
 Uzima se hranom i sintetizira u jetri
MICELE

LIPOPROTEINI
 kolesterol - 1/3 hranom, a 2/3 sintetizira jetra
 VLDL - sintetizira ih i izlučuje jetra u postapsorpcijskom stanju (15 g/dan)
 IDL - lipoliza VLDL i spajanje s HDL, ulaze u jetru
 LDL - glavni kolesterolski sastojak plazme
 HDL - prijenos lipida između drugih lipoproteinskih čestica i organa

PROMET BJELANČEVINA
 RAVNOTEŽA IZMEĐU ANABOLIZMA I KATABOLIZMA
BJELANČEVINA

CIKLUS GLUKOZA - ALANIN
 ALANIN JE
PRENOSILAC
AMINOSKUPINE
 AMINOSKUPINA SE
U JETRI UGRAĐUJE
U UREJU I IZLUČUJE
BUBREZIMA
 NASTALI SE
PIRUVAT MOŽE
UPOTREBITI ZA
GLUKONEOGENEZU

CIKLUS UREJE
 KREBS - HENSELEITOV CIKLUS UREJE KOJIM SE
UKLANJA AMONIJAK IZ AMINOKISELINA

PROTOK TVARI U GLADOVANJU
 glukozu toši živčani sustav, a
SMK ostala tkiva, bjelančevine
se štede
 za 12 sati rezerve glukoze su
istrošene, a teče
glukoneogeneza u jetri (100 g
bjelačevina iz mišića/dan i 20 g
glicerola iz masti)
 SNK se dopremaju u jetru,
lipemija
 ketogenaza, acidoza, pad RQ
 pad MB za 15%
 živčani sustav počinje koristiti
i ketokiseline za 2/3 potreba
 tjelesna masa pada za 0,3
kg/dan (200 g mast, a 100g
nemasno tkivo)
 90% energije iz SMK
 nakon iscrpljenja masti brza
razgradnja bjelančevina
 smrt nakon 60 dana

 Mirovanje (7 kJ/min)
 ATP i kreatinfosfat za prvih 15 sekunda (210 kJ/min)
 Glikoliza do 2 minute (130 kJ/min) ograničena nakupljanjem laktata, uzima se dug kisika
 Aerobna oksidacija (50 kJ/min)
ENERGIJA ZA MIŠIĆNI RAD

Energetika i intenzitet metabolizma

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

More from Milan Taradi

More from Milan Taradi (20)

Energetika i intenzitet metabolizma

Editor's Notes