Метаболизм и биохимия

Метаболизм

В этом посте вообще не будет никаких моих комментариев, суждений, выводов и т.д.
Я просто выложу мой конспект, который у меня образовался в процессе чтения литературы о метаболизме человека.

Не ставлю задачи сделать так, что б вы всё поняли. Потому что мне лень писать камменты и потому что не факт, что я сам всё правильно понял :).
Инфа в основном из этой книжки.
Но еще в тексте подмешаны врезки текста с обычных ненаучных сайтов, которые врядли можно назвать авторитетными... и отделить одно от другого я уже не в состоянии, т.к. скидывал всю инфу в одно и тоже место :(

99%-там читателей я советую пропустить этот пост и не забивать себе голову. Серьезно).

Фаза резорбции

Фаза резорбции (всасывания) начинается непосредственно с приемом пищи и длится примерно 2-4 ч.
За счет переваривания пищи в плазме крови временно увеличивается концентрация глюкозы, аминокислот и жиров (триглицеринов).
Поджелудочная железа отвечает на это изменением выброса гормонов: увеличением секреции инсулина и уменьшением секреции глюкагона. Увеличение соотношения инсулин/гпюкагон в сочетании с богатыми энергией субстратами стимулирует переход тканей (особенно печени, мышечной и жировой тканей) в анаболическую фазу.
В печени из поступающих субстратов синтезируются гликоген и жиры. Гликоген депонируется в печени, жиры в виде липопротеинов очень низкой плотности [ЛОНП (VLDL)] поступают в кровь.
В мышечной ткани также за счет глюкозы пополняется запас гликогена, а из аминокислот синтезируются белки.
В жировую ткань жиры поступают из печени и желудочно-кишечного тракта (в составе липопротеинов), а затем депонируются в виде жировых капель.

Фаза пострезорбции

Поджелудочная железа: А-клетки секретируют больше глюкагона, а В-клетки прекращают секрецию инсулина. В организме начинается расщепление запасных веществ — гликогена, жиров, белков, и запускается производство макроэргических субстратов в печени.
В печени происходит мобилизация гликогена (гликогенолиз). Полученная глюкоза используется для обеспечения других тканей, прежде всего мозга, коры надпочечников и эритроцитов, не располагающих собственными резервами глюкозы. Если спустя несколько часов резервы глюкозы в печени окажутся исчерпанными, усиливается процесс глюконеогенеза. Субстраты поступают из мышц (Аминокислоты, образующиеся за счет медленного расщепления белков, поступают в печень и утилизируются в процессе глюконеогенеза) и жировой ткани (глицерин). Высвободившиеся жирные кислоты используются печенью для синтеза кетоновых тел (кетогенез), которые направляются в кровь и служат важнейшим источником энергии в пострезорбционной фазе.
В жировой ткани гормоны инициируют липолиз с образованием глицерина и жирных кислот. Жирные кислоты служат источником энергии во многих тканях (за исключением мозга и эритроцитов).

Гликоген

служит резервом углеводов, из которого по мере метаболической потребности могут высвобождаться глюкозофосфат или глюкоза.
Хранение в организме собственно глюкозы неприемлемо из-за ее высокой растворимости: высокие концентрации глюкозы создают в клетке высоко гипертоническую среду, что приводит к притоку воды. Напротив, нерастворимый гликоген осмотически почти неактивен.
В организме человека может содержаться до 450-700г гликогена ( 2–3 тыс. ккал, что не покрывает даже суточную энергетическую потребность человека.), треть из которого накапливается в печени, а остальное — главным образом в мышцах.

Гликоген печени служит прежде всего для поддержания уровня глюкозы в крови при отсутствии пищи. При длительном голодании оно падает почти до нуля, после чего начинается снабжение организма глюкозой с помощью глюконеогенеза. Гликоген мышц служит резервом энергии и не участвует в регуляции уровня глюкозы в крови.

Глюконеогенез

Некоторые ткани, такие, как мозг и эритроциты, зависят от постоянного снабжения глюкозой. Если получаемое с пищей количество углеводов недостаточно, необходимая концентрация глюкозы в крови может поддерживаться некоторое время за счет расщепления гликогена печенью(гликогенолиз). Если истощены также и эти запасы, в печени запускается синтез глюкозы de novo, глюконеогенез (до 250 г в сутки). Почки тоже синтезируют, но всего лишь 10%. Исходными соединениями в глюконеогенезе являются аминокислоты мышечной ткани.

Печень обладает свойством синтезировать глюкозу из других сахаров, например фруктозы и галактозы, или из других продуктов промежуточного метаболизма. Превращение лактата(образующийся в эритроцитах и мышечной ткани при недостатке О2) в глюкозу в цикле Кори и аланина в глюкозу в цикле аланина играет особую роль в обеспечении эритроцитов и мышц.
Глюконеогенез контролируется гормонами. Кортизол, глюкагон и адреналин стимулируют этот процесс, а инсулин подавляет. Субстратом является главным образом глутамин. Кроме того, могут использоваться другие аминокислоты и такие метаболиты, как лактат, глицерин и фруктоза, поступающие из крови. А также глицерин, образующийся при расщеплении жиров.

In humans the main gluconeogenic precursors are lactate, glycerol (which is a part of the triacylglycerol molecule), alanine and glutamine.

На глюконеогенез существенное влияние оказывает этанол. В результате его катаболизма увеличивается количество NADH, что смещает равновесие в лактатдегидрогеназной реакции в сторону образования лактата, снижению образования пирувата и замедлению глюконеогенеза.

Липиды

Фосфолипиды входят в состав всех клеточных мембран. Они обеспечивают текучие и пластические свойства мембран клеток, а холестерин обеспечивает жёсткость и стабильность мембран.
Фосфолипиды замедляют синтез коллагена и повышают активность коллагеназы (фермента, разрушающего коллаген).
Содержатся в нервной ткани, участвуют в доставке жиров, жирных кислот и холестерина.
Типичными мембранными липидами являются фосфолипиды, гликолипиды и холестерин. Следует отметить, что мембраны не содержат жиров.

Насыщенные жиры расщепляются в организме на 25—30 %, а ненасыщенные жиры расщепляются полностью. (вики)

Липотро́пные вещества́ (способствующие синтезу фофсолипидов и препятствующие синтезу триглицеридов)

• Структурные компоненты фосфолипидов: полиненасыщенные жирные кислоты, инозитол, серин, холин, этаноламин.
• Метионин — донор метильных групп, полученных в обмене серина и глицина, для синтеза холина и фосфатидилхолина.
• Витамины: пиридоксин (В6), способствующий образованию ФЭА из ФС.
• Цианкобаламин (В12) и фолиевая кислота, участвующие в образовании активной формы метионина, и, следовательно, в синтезе фосфатидилхолина.

В других источниках (не супер авторитетных) к липотропным причисляют еще Липоевую кислоту + белки в рационе.
Липотро́пными вещества́ми богаты говядина, куриное яйцо, нежирные виды рыбы (треска, судак), морские беспозвоночные животные, нежирный творог, соевая мука, возможен прием биологически активных пищевых добавок (БАД) подавляющих липогенез, стимулирующих липолиз и окисление жирных кислот (цитримакс, гуарана, L-карнитин), поливитаминных и полиминеральных препаратов при обязательной физической нагрузке;

При недостатке в организме липотропных факторов начинается жировая инфильтрация печени.
Главной причиной является метаболический блок синтеза ЛОНП. Так как эти липопротеины включают разнородные соединения, то блок может возникнуть на разных уровнях синтеза:

• часто причиной может быть относительная недостаточность апобелков и фосфолипидов при избытке триглицеридов: при избыточном синтезе жирных кислот из глюкозы, при поступлении готовых жирных кислот из крови (немотивированный липолиз в жировой ткани), синтез повышенного количества холестерина;
• недостаток апобелков — нехватка белка или незаменимых аминокислот в пище, воздействие токсинов и ингибиторов синтеза белка;
• снижение синтеза фосфолипидов — отсутствие липотропных факторов (витаминов, метионина, полиненасыщенных жирных кислот), из-за чего не формируется оболочка липопротеинов;
• блок сборки липопротеиновых частиц в ЭПР при воздействии токсинов (наример, хлороформ, мышьяк, свинец);
• нарушение секреции липопротеинов в кровь — патологии мембран гепатоцитов при активации перекисного окисления липидов вследствие недостаточности антиоксидантных систем (в первую очередь гиповитаминозы С, А, Е, нехватка цинка и железа).

Метаболизм липидов

Печень является главным местом синтеза жирных кислот, жиров, кетоновых тел и холестерина. Жиры могут также синтезироваться в жировой ткани, однако ее основной функцией остается депонирование липидов.
После еды в печени глюкоза конвертируется в жирные кислоты. Они используются для биосинтеза триглицеринов и фосфолипидов.

Вещества, которые характеризуются низкой плотностью, содержат более высокое процентное соотношение жира относительно белка – это и есть плохой холестерин.
Липиды окисляются в митохондриях до воды и диоксида углерода с одновременным образованием большого количества АТФ (ATP)

Где-то прочитал, думаю не в самом авторитетном источнике: "Наиболее легко перевариваются липиды молока, которые находятся в виде эмульсии и при расщеплении образуют короткоцепочечные жирные кислоты. С остальными задача посложнее."

Биосинтез кетоновых тел

При высокой концентрации ацетил-КоА начинают появляться кетоновые тела, которые поступают из печени в кровь, наряду с жирными кислотами они являются основными энергоносителями. После 1-2 недели голодания кетоновые тела начинают использоваться в качестве источника энергии нервными тканями. Однако при этом для обеспечения цитратного цикла необходимо минимальное количество глюкозы.

Если биосинтез кетоновых тел превышает потребности организма, они накапливаются в крови (кетонемия) и, наконец, выводятся с мочой (кетонурия). Оба феномена наблюдаются во время длительного голодания (углеводная недостаточность) и при заболеваний диабетом (Diabetes mellitis). Хотя 3-гидроксимасляная кислота является слабой кислотой (рКа примерно 4), возрастание концентрации кетоновых тел вызывает изменение рН в крови (кетоацидоз). Кетонурия и кетоацидоз могут быстро привести к электролитному сдвигу (нарушению ионного гомеостаза) и потери сознания (кетоацидозной коме) и, следовательно, опасны для жизни.

При анаэробном гликолизе в мышцах и эритроцитах глюкоза превращается в молочную кислоту, диссоциация которой приводит к образованию лактата и протонов.
Образование кетоновых тел — ацетоуксусной и 3-гидроксимасляной кислот — в печени также приводит к освобождению протонов, избыток кетоновых тел (при голодании, сахарном диабете) ведет к перегрузке буферной системы плазмы и снижению рН (метаболический ацидоз; молочная кислота → лактацидоз, кетоновые тела → кетоацидоз ). В нормальных условиях эти кислоты обычно метаболизируют до СО2 и Н2О и не влияют на баланс протонов.
Белки плазмы и особенно гемоглобин эритроцитов также способны присоединять протоны, поддерживая постоянство рН.
Почки и легкие играют основную роль в поддержании рН (гомеостаза) межклеточной жидкости в организме, причем почки вносят вклад в регуляцию кислотно-основного равновесия, осуществляя активную экскрецию(выведение) протонов.

Другой лит. источник: "Во время такого кетоза, вызванного диетой, уровень бета-гидроксибутирата может быть между 0.5 и 3.0 мМ/л. Вы можете даже купить тест-полоски для определения уровня кетонов в крови и сами определить его.
В идеале, для того, чтобы улучшить кетогенное состояние и поддержать сухую мышечную массу тела, ваша диета должна состоять примерно из 75% жира, 5% углеводов и 20 % протеина".
Еще один лит. источник: "В кетодиете оптимальным считается соотношение 65%жира, 30% белка и всего 5% углеводов."

Определенный вклад в буферные свойства крови вносит фосфат.
SPORTWIKI: Фосфат — не только непременный участник процессов промежуточного и энергетического обмена, но и важный структурный компонент тканей. Более 80% присутствующего в организме фосфора содержится в костях и примерно 15% — в мягких тканях. Фосфор входит в состав мембранных фосфолипидов. Он влияет на тканевую концентрацию кальция и играет ведущую роль в почечной экскреции Н+. Витамин D стимулирует всасывание фосфата.
Уже отмечалось, что прием фосфата натрия способен увеличить расход энергии организма в состоянии покоя, а значит, способствовать снижению веса. Тем не менее, большая часть исследований по фосфату натрия касалась именно эргогенных свойств этого вещества. Рядом исследований было доказано, что прием фосфата натрия (например, в дозировке 1 г/день в течение 3-6 дней) способен увеличить поглощение кислорода и анаэробный порог на 5-10%. Эти исследования подтверждают, что применение фосфата натрия может быть особенно эффективно для упражнений на выносливость. В 2008 году проводился эксперимент, в ходе которого прием натрий фосфата тренированным велосипедистом помог повысить среднюю мощность его работы и увеличить поглощение кислорода.[6] Отметим, что другие формы фосфатов (кальций фосфат, калий фосфат) не обладают эргогенными свойствами.
+
Аммиак оказывает на клетки сильное токсическое действие. Основным путем обезвреживания аммиака в печени является образование мочевины (цикл мочевины, см. рис. 185). Главным источником аммиака в почках служит глутамин (уровень глутамина в крови составляет 0,5-0,7 мМ). Глутамин — один из конечных продуктов азотистого обмена, поступающий в кровь из мышц, головного мозга, печени и являющийся важнейшей транспортной формой аммиака в крови. В почках аммиак высвобождается из глутамина. В качестве источника аммиака могут использоваться и другие аминокислоты, прежде всего аланин, а также серин, глицин и аспарагиновая кислота.
При определенных изменениях обмена веществ выведение аммиака может быть полностью подавлено или существенно увеличено. Решающим фактором является величина рН крови, которая обычно составляет 7,4 (см. рис. 281). Если рН сдвигается в кислую область (ацидоз), выведение ионов аммония (аммиак + протон) усиливается. Это происходит за счет индукции синтеза глутаминазы, активность которой при ацидозе возрастает. То же происходит, например, при закислении организма за счет образования кетоновых тел при голодании и диабете. При сдвиге рН в щелочную область (алкалоз ) выведение аммиака, напротив, подавляется.

ВИКИ: Скорость образования глюкозы ниже скорости образования кетоновых тел, поэтому они не успевают усваиваться и развивается кетоз.

Деградация аминокислот

За двумя исключениями (лизин и лейцин - они кетогенные) глюкогенными являются все белковые аминокислоты. Некоторые аминокислоты поставляют продукты деградации, являющиеся глюкогенами и кетогенами. К этой группе принадлежат фенилаланин, тирозин, триптофан и изолейцин.

Белки обеспечивают организм аминокислотами, которые необходимы прежде всего для собственного белкового биосинтеза.
Избыточные аминокислоты, разрушаясь, поставляют организму энергию, причем из глюкогенных аминокислот образуются углеводы, а из кетоновых аминокислот (пролин, лейцин)— кетоновые тела.

Вики:
Главная функция ацетил-КоА — доставлять атомы углерода с ацетил-группой в ЦТК, чтобы те были окислены с выделением энергии. Именно он переносит ацетильные группы, которые в крови переносятся кетоновыми телами. Кетоновые тела синтезируются преимущественно из жира.
Некоторые аминокислоты, в том числе цистеин и гистидин, хотя и не относятся к незаменимым, необходимы для нормального роста и развития.
При приёме внутрь Лимонной кислоты в небольших дозах (например, при употреблении цитрусовых) активирует цикл Кребса, что способствует ускорению метаболизма.

Энергетический обмен в мышечной ткани

Процесс сокращения и расслабления мышц связан с потреблением АТФ (АТР).
Однако небольшой запас АТФ, имеющийся в мышцах, расходуется менее чем за 1 с после стимуляции.
Потребности работающей мышцы в АТФ удовлетворяются за счет следующих ферментативных реакций:

Пищеварение: общие сведения

В желудке интенсивный процесс переваривания белков продолжается в течение 1-3 ч.
Кислое содержимое желудка порциями поступает в двенадцатиперстную кишку, где оно смешивается с щелочным секретом поджелудочной железы и желчью.

«Энергетическая ценность» этанола составляет 29,4 кДж/г (7 ккал/г). Например, в одной бутылке пива (0,5 л, 4% EtOH) содержится 20 мл = 16 г этанола, в одной бутылке вина (0,7 л, 12% EtOH) — 84 мл = 66 г этанола.
Из-за высокого уровня НАДН и ацетил-КоА, вызванных приемом этанола, в печени тормозится цитратный цикл и кетогенез, нарушается биосинтез нейтральных жиров и холестерина, наблюдается повышенное отложение жира (жировая дистрофия). Отложение жира (от 5 до 50% по сухой массе) чаще всего процесс обратимый.

Cредний мозг требует около 400 ккал в день и в качестве энергии использует почти только лишь глюкозу. Это означает, что человеку нужно употреблять 100 г глюкозы в день только лишь для поддержания нормального функционирования мозга.

Углеводы должны в основном поступать из овощей и зелени, если это возможно.
Хороший выбор - капуста, цветная капуста и брокколи. Можно есть некоторые фрукты в умеренных количествах.
Черника, клубника и клюква – самые низкоуглеводные варианты.
Миндальную муку можно использовать для приготовления вкусной выпечки, например, низкоуглеводного хлеба.