Energiaforgalom és anyagcsere

Átírás

1 Energiaforgalom és anyagcsere fototróf és kemotróf élőlények Alapvető anyagcsere-funkciók: metabolizmus (anabolizmus és katabolizmus) A szervezet energiaegyensúlya tápanyagok energiája = hasznos munka + hőtermelés + + energiaraktározás 1

2 energetikai alapfogalmak, energia, munka, hő Az energia egységei: joule (J), kj munkavégző képesség teljesítmény egysége: Watt erő*út/idő (lóerő) 1 joule (Nm) a mindennapi életben kb: egy kis alma egy méter magasra való felemeléséhez szükséges energia az az energia, ami ugyanezen alma visszaesésekor felszabadul. századmásodpercenként ennyi hőt veszítünk. egy csepp sör energiatartalmának 1/100-ad része. az a kinetikus energia, ami ahhoz szükséges, hogy egy átlagos felnőtt másodpercenként egy arasznyit haladjon. 1 cal = 4.2 J az az energiamennyiség, ami 1g víz 19.5 C ról 20.5 C-ra emeléséhez szükséges. A Gossamer Albatross II. 1 Watt = 1 J/s Ha az ember lépcsőn jár, kb. 200W-ot teljesít. Egy átlagos autónak 25kW szükséges 90km/h sebesség tartásához. A rekord: 430W egy óra hosszan Paul B. MacCready, amerikai repülőmérnök alkotása, a csatorna átrepülésére tervezték. Az üres tömege mindössze 32 kg volt. A levegőben csupán 300W teljesítményt igényelt a repüléshez, ez 0.4 LE. 2

3 Az égéshő a (táp)anyag 1 grammjának elégetésekor felszabaduló energiamennyiség. Az élő szervezetben történő elégetéskor felszabaduló energia az élettani haszonérték. Az oxigén energia-egyenérték 1 liter O 2 felhasználása során felszabaduló energiamennyiség. 3

4 Respirációs kvóciens - légzési hányados RQ = CO 2 O2 értéke az egyes tápanyagok minőségétől függ az agy RQ-ja 0.98 szénhidrátok zsírok fehérjék Égéshő RQ O 2 kalória egyenérték 17.2 kj 40.0 kj 22.0 kj(17.2 kj) kj 19.6 kj 18.8 kj 4

5 Flavin adenin dinukleotid Nikotinamid adenin dinukleotid Kalorimetria direkt és indirekt kalorimetria indirekt kalorimetria - zárt és nyitott készülékek Krogh-készülék, diaferometer zárt rendszerű - mérés 5

6 hőmérő 2 hőmérő 1 víz víz vastag szigetelés szelep oxigén térfogat szájdarab idő perc ellensúly NaOH 6

7 Energiafogyasztást fokozó tényezők: 1. izommozgás a mérés alatt 2. excesszív izommozgás a mérés előtt ( hr) 3. étkezés órával a mérés előtt 4. emóció, stressz, kényelmetlenség 5. környezeti hőmérséklet változásai Alapanyagcsere fogalma Alapanyagcserének nevezzük azt a minimális energiafogyasztást, amelyet nyugalomban levő, nem alvó, gyógyszeresen nem befolyásolt emberben mérhetünk. normálértéke: felnőtt 170 kj/m 2 /h, újszülött 100 kj/m 2 /h 7

8 Alapanyagcsere összetevői MÁJ 26% IZOM 26% AGY 18% VESE 7% SZÍV 10% Alapanyagcserét befolyásoló tényezők, 1. életkor 2. táplálkozás (specifikus dinámiás hatás) 3. éhezés, túltáplálás (luxuskonszumpció) 4. testhőmérséklet 5. diurnalis (circadian) ritmusok 6. alvás 7. emóciók 8. hormonális hatások 8

9 Normálérték felnőttben: 170 kj/m 2 /h 9

10 A szervezet energiaigénye 7600 kj alapanyagcsere kj maximális napi energiafogyasztás 1kCal ~ 4.3KJ Aktivitás fajtája Energiaszükséglet (kcal/ h) Nyugodt ülés 100 Lassú séta 200 Szexuális aktus 280 Kocogás 325 Úszás 500 Evezés

11 Táplálkozástan kalóriaszükséglet, fehérjeszükséglet, zsírszükséglet, ásványi anyag szükséglet Alaptápanyagok 1. szénhidrátok, 2. fehérjék 3. zsírok vitaminok 5. ásványi anyagok 6. víz Tápanyagok kalóriatartalma Rubner isodynamia törvény: A tápanyagok kalóriatartalmuk arányában felcserélhetők. A régi táplálék-piramis Gabonaszármazékok Gyümölcsök, főzelékek Tej és tejtermékek Hús és húspótlók (szója, tojás, magvak) Kombinált ételek (levesek, pizzák, húsos tészták stb.) Extrák: vaj, olaj, cola, desszert, szirupok 11

12 A szénhidrát-táplálkozás élettani jelentősége 1. gyors, könnyen felszívódó, könnyen felhasználható tápanyag 2. csökkenti a fehérje-felhasználást 3. lényeges szerepet játszik a zsíranyagcserében 4. rostkomponense (β-glikozida) tömeget képez a vastagbélben. A táplálék szénhidrátkomponensei: Monoszacharidok: glukóz, fruktóz, galaktóz Diszacharidok: szacharóz (szukróz), maltóz, laktóz Polyszacharidok: dextrin, keményítő, (cellulóz, hemicellulóz, pektin) Alkoholok (mannitol és szorbitol) Állati növényi szénhidrátok 12

13 Szénhidrátok és sportteljesítmény Kenyér és származékai 13

14 A magas szénhidráttartalmú étrend kockázata elhízás, cukorbetegség fogszuvasodás 14

15 Fehérjetáplálkozás Fehérjék élettani jelentősége 1. testfelépítés 2. anyagcsere és szabályozási funkció enzimek hormonok immunfehérjék só- és folyadékháztartás ph szabályozása idegrendszer 3. energiaszolgáltató növényi, állati fehérjék fehérjetáplálkozás biológiai jelentősége, esszenciális aminosavak 15

16 Teljes fehérjeszükséglet Fehérjeszükséglet 1. abszolút fehérjeminimum, 20 g/nap 2. fiziológiás fehérjeminimum 40 g/nap 3. FDA és WHO szabványok 1 g/kg /nap (gyerek 2,2 g/kg/nap) komplett és inkomplett fehérjék Marasmus Kwashior-kór 16

17 A lipidek Zsírszükséglet (energiaszükséglet 15%) Zsírok biológiai jelentősége zsírraktárak és testfelépítés termoreguláció zsírban oldódó vitaminok felszívódása F-vitamin (többszörösen telítetlen zsírsavak) sejtalkotók felépítése (foszfolipidek stb). Életkorhoz igazított, főre vetített halálozási arány Naponta bevitt zsírmennyiség 17

18 Az ÚJ étel-piramis 18

19 Vitaminok Vitamin fogalma: nélkülözhetetlen, exogén forrású, kis mennyiségben szükségeltetik. (eredetileg vitális amin, Kazimir Funk) Vitaminkoncepció (Hopkins) Nincs az az állat, mely meg tudna élni tiszta fehérje, zsír és szénhidrát keverékén, még ha gondosan hozzá is tesszük a megfelelő szervetlen anyagokat. Az állati testnek szüksége van növényi szövetekre vagy más állatokéra, mert ezek számtalan egyéb anyagot tartalmaznak, mint a fehérje, zsír vagy szénhidrát. 19

20 Provitamin; antivitamin Szükséglet (NE); előfordulás; hiánybetegség, hipervitaminózis (zsíroldékony vitaminok!) stabilitás (hő, fény) Felosztásuk: 1/ Zsíroldékony vitaminok A-vitamin (axerophthol, retinol, antixerophthalmiás vitamin): Hiánytünetek: xerophthalmia, hemeralopia (szürkületi- farkasvakság), keratomalácia fontos a csont, porc és hámszövet (beleértve a szem és a fül hámját, a gastrointestinalis, a genitalo-urethralis hámot), mucus fenntartásában. Az A vitaminhiányban a test keratint képez a mucus helyett fontos a növekedésben, szabadgyökfogó, rákellenes anyag. rodopszin alkotórésze, látásban játszott szerepe Szükséglet: 1,5 mg/nap, (5000 NE/nap) A-hypervitaminosis lehetősége Előfordulás: emlős- és halmáj, tojássárgája, tej, vaj, tejszín Karotinforrások: répa, sütőtök, zöld- és sárgaborsó, cékla, brokkoli 20

21 Xerophthalmia D-vitamin (antirachitiszes vit.) csoport D2 (ergokalciferol), napfény (ultraibolya sugárzás ( nm) hatására D3 (kolekalciferol)-á alakul, aktív a 1,25 dihydroxy-kolekalciferol Hiánytünet: rachitis, osteomalacia D vitamin hatásmechanizmusa Ca-felvétel és leadás szabályozása, mellékpajzsmiriggyel interferál) csontok kalcificatioja (osteoklaszt és oszteoblaszt aktivitás befolyásolása) D-vitaminhiányban a plazma Ca-szint csökken Napi szükséglet: 12 µg/nap (500 NE/nap) (napfényes klímában felnőtt embernek nincs különösebb szükséglete) D-hypervitaminosis veszélye Előfordulás: halmáj, tej, tejtermékek 21

22 E-vitamin (tokoferol); antisterilitásos vitamin, szabadgyökfogó. E-vitamin Szükséglet: 10 mg/nap (emberben nincs kimutatott hiánytünet) Állatkisérletben intrauterin magzati elhalás, csirahám-degeneráció, spermiumhiány, izomdisztrófia. Előfordulás: zöld növények, (saláta, lucerna), mandula, gabonaneműk magvában K-vitamin (fillokinon; antihemorrhágiás vitamin); Hiánya: vérzékenység (antivitamin: kumarin pl. rágcsálóirtás) Hatásmechanizmus: prothrombin szintézis, K-vitaminra érzékeny faktorok: II. VII. IX. és XI. faktor Előfordulás: zöld növényekben, illetve endogén forrás a bélbaktériumok 22

23 F-vitamin többszörösen telítetlen zsírsavak: linolsav, linolénsav, (arachidonsav) vitatott az idetartozásuk 2/ Vízoldékony vitaminok B-vitamin csoport B 1 Vitamin (thiamin, aneurin), termolabilis; thiamin pyrophosphatase koenzimje Hiánya: beri-beri, polineuritis, cardialis és cerebralis elváltozás) Előfordulás: élesztő, gabonamagvak, máj, hús Napi szükséglet: 1-2mg B 1 vitamin 23

24 B 2 Vitamin (riboflavin, laktoflavin) thermostabilis flavine mononucleotid (FMN) komponense elektron transzfer Complex I FAD l Complex II. Hiánytünetek: stomatitis, glossitis Napi szükséglet: mg/nap Előfordulása: sajt, hús,tojás,élesztő B 2 vitamin Nikotinsav (amid), dehidrogenázok (NADH) koenzimje, redox folyamatokban játszik szerepet; Hiánytünete: pellagra (4D: dermatitis, diarea dementia, death) Magyarul 4H: Hámgyulladás, hasmenés, hülyülés, halál. Előfordulása: pl. magok, gyümölcsök, tejtermékek. Antivitamin: zein Napi szükséglet: mg/nap Nikotinsav 24

25 Vitamin B 6 (pyridoxin) koenzim funkció (emberben nincs igazolt hiánytünet) Pyridoxin Előfordulása: Hús, hústermék, magvak (mogyoró) Napi szükséglet: mg/nap Pantoténsav: CoA alkotórésze Hiánytünetek: (csak állatkísérletekben) növekedészavar, szőrzetzavarok, idegi tünetek Emberi hiánytünetek: korai őszülés. Bőrvédő vitamin, epilepszia kezelése, memória serkentése, hátráltatja az öregedést. Napi szükséglete: mg Előfordulás: máj, hús, tej, földimogyoró Pantoténsav 25

26 B 12 vitamin (cyanocobalamine, antiperniciosa vitamin) vérképzés Hiánytünet: anaemia perniciosa Biokémiai hatásmechanizmus: alkil csoport transzfer, threonin, valin, isoleucin methionin anyagcsere Források: friss hús, máj Napi szükséglet: 1-2 µg Folsav (tetrahydrofolsav FH4) C-1 csoport transzfer Forrás: zöld növények Folsav Biotin (Vitamin H) Koenzim (biotinil-lizil enzim) karboxyláció (pyruvát, acetyl-coa ) Hiánytünetek: dermatitis, neuromusculáris zavarok Előidézheti nyerstojás diéta (avidin) 26

27 C-vitamin (ascorbinsav, antiskorbut vitamin), Hiánytünetek: skorbut, Möller-Barlow kór hipovitaminozis; vérzések (gingiva, izületek) immunhiány, a prolinszintézis zavara Hatásmechanizmus: Hidroxiláció, prolil-hidroxiláció, dopamin béta-hidroxiláció. Antioxidáns. Előállítása: Szent-Györgyi Albert Napi szükséglet: 70 mg/nap Források: friss zöldség, gyümölcsök NÉV B1 (Thiamin aneurin) HYPO-ILL. AVITAMINOSIS beri-beri polyneuritis szívelégtelenség oedema VÍZOLDÉKONY VITAMINOK HATÁS- KOENZIM TERÜLET TPP (dekarboxilázok) szénhidrát anyagcsere (pyruvat anyagcsere) NAPI SZÜKSÉGLET 1-2 mg TARTALMAZZA élesztõ, gabona-magvak, máj, hús B2 (lactoflavin, riboflavin) stomatitis glossitis rhagades dermatitis FAD (dehidrogenázok) sejtlégzés 2 mg tej, sajt, hús, tojás, élesztõ B6 (pyridoxin) Nicotinsav és amidja (PP faktor) B5 Panthoténsav P - Vitaminok C Ascorbinsav polyneuritis seborrhoea pellagra (dermatitis, dementia, diarrhoea) idegrendszeri zavarok, hajhullás, õszülés, bõrtünetek piridoxálfoszfát (transzaminázok, dekarboxilázok) FAD (dehidrogenázok) koenzim-a (zsírsavaktiválás) aminósav anyagcsere szöveti légzés (redox folyamatok) egész intermedier anyagcsere 2-3 mg búzamag, tej, hús, élesztõ mg mg kapillárisok törékennyé válnak, kapilláris fal? skorbut pontszerû bevérzések, (bõr, foghús, izmok, nyálkahártya, belsõ szervek) fáradékonyság, oxidoredukciós folyamatok Szent-Györgyi- Krebs ciklus, Fe2+ stabilizálás mg hús, máj, barnakenyér, Antivitamin: Zein máj, hús, tej, földimogyoró, paprika, citrom csipkebogyó, savanyúkáposzta, citrom, friss gyümölcs 27

28 NÉV A (Axerophthol) D D2 (Ergocalciferol) D3 (Cholecalciferol) E Tocopherol K (antihaemorrhagiás vitamin) F (telítetlen zsírsavak) HYPO- VITAMINOZIS hemeralopia (farkasvakság) xerophtalmia (szemszárazság) keratomalacia rachitis osteomalacia patkányon: izomatrophia resorptiós terhesség azospermia vérzékenység elhúzódó véralvadás bõrelváltozások ZSÍROLDODÉKONY VITAMINOK HYPER- HATÁS- VITAMINOZIS TERÜLET bõrgyulladás subcutan oedema - osteoporosis - hypercalcaemia - Ca2+ lerakódás a zsigerekben rhodopszin hámszövet Ca2+ felszívódás PO4 ürítés Ca2+ beépülés a csontokban vázizomzat? csirasejtek? prothrombin VII.,IX.,X. faktor szintézis a májban bõr NAPI SZÜKSÉGLET 1.0 mg µg táplálékban 10 mg elegendõ a bélflorában termelt elegendõ a felvett 6-8g TARTALMAZZA máj sárgarépa tojás vaj "csukamájolaj" tej, vaj, tojás, máj, gomba gabonamagvak, csírája, borsó, saláta, máj, vaj, zöld növények zsírszerû anyagok vaj, 4% halhús Kalcium 1050 Foszfor 700 Kén 175 Kálium 140 Nátrium 105 Klorid 105 Ásványi anyagok Magnézium 35 Fontos elemek Vas 4 Cink 2.3 Réz 0.1 Jód 0.03 Mangán 0.02 Nyomelemek 28

29 Ásványianyag szükséglet: Na 3 g (5-15 g), ionegyensúly NaCl K 1 g, ionegyensúly, membránpotenciál Cl 3.5 g, ionegyensúly NaCl Ca 1.2 g, csontok, fogak, tej, Ca -karbonát P 1.2 g, ATP, camp, membrán, Fe 16 mg, Hgb, immunitás (Candida, herpes) hús, tészták, hal J 150 µg, pajzsmirigyhormonok só Mg 0.4 g, ioncsatornák, enzimek, hús, hal, zöldség Cr -glukóztolerancia gabona, hús, sajt Mn -antioxidáns teljesörlésű gabonák, dió Cu -antioxidáns, coeruloplazmin máj, osztriga, dió Mo -intracelluláris enzimek, hús, magok, bab & borsó Zn -intracelluláris enzimek, fogamzás, diabetes, hal, hús Li -interferál IP-al, depresszió, mánia gyógyszerek Se -antioxidáns, antikarcinogén (toxikus és mutagén) brokkoli, gomba, káposzta, uborka, hal 29

30 A TESTSÚLY SZABÁLYOZÁSA éhség és étvágy éhség faktorai jóllakottság faktorai Testtömeg-kontroll: pontosság kb. 3%, +/- 15% tolerálható Fogyókúra: protein-gazdag, zsírgazdag, szénhidrát-gazdag Éhezés: 15% kompenzálódik 65%: a metabolizmus 60%-ra csökken, viselkedési válaszok > 65% - testsúly csökkenés>>>>halál Teljes éhezés: 40 napig, 25% testsúlyvesztés (1kg/nap) a határ valahol 8-10 hétnél (?) lehet 30

31 Éhség és jóllakottsági központ hypothalamus ventromedialis mag (jóllakottság) lateralis hypothalamus (éhség centruma) Limbikus rendszer, kéreg Étvágyszabályozás, tanult és öröklött mechanizmusok leptin, ghrelin és kolecisztokinin Túltáplálás és anorexia testsúly-szabályozás tényezői, fogyókúra és hízókúra ÉHSÉG Táplálékfelvétel Preabszorptív jóllakottság Jóllakottság Rágómozgások Orr-, száj-, torok-,nyelőcsőreceptorok Gyomor mechanoreceptorok Postabszorptív jóllakottság Centrális gluco-, thermo- és liporeceptorok Központi információ feldolgozás (hypothalamus) Gyomor bélcsatorna kemoreceptorok 31

32 Táplálékhiány Rövid idejű szabályozás Üres gyomor kontrakció Plazma glukóz csökkenés Hosszú idejű szabályozás Csökkent hőtermelés Zsíranyagcsere változások Mechanoreceptorok Glukoreceptorok Belső thermoreceptorok Lipo - receptorok Éhség 32

33 33

34 34