Samantekt kaflans
Samantekt kaflans
24.1 Yfirlit yfir efnaskiptahvörf
Efnaskipti eru heild allra niðurbrots- og uppbyggingarhvarfa í líkamanum. Efnaskiptahraði lýsir orkunotkun eða orkuveltu á tímaeiningu, en grunnhraði efnaskipta afmarkar lágmarksorkunotkun við stöðluð grunnskilyrði. Til lengri tíma þarf orkuinntaka að geta staðið undir orkunotkun og nauðsynlegri starfsemi líkamans.
Niðurbrotshvörf brjóta stærri sameindir, svo sem kolvetni, lípíð og prótín, niður í smærri afurðir. Frjáls orka úr sumum slíkum hvörfum er nýtt til að mynda ATP og aðrar orkubærandi eða afoxandi sameindir. Vatnsrof ATP er síðan tengt fjölmörgum orkukrefjandi frumuferlum, en er ekki sjálft samheiti yfir niðurbrot næringarefna.
Uppbyggingarhvörf, einnig kölluð lífefnasmíðarhvörf, mynda stærri sameindir úr smærri forverum og nýta oft ATP og afoxunarkraft. Þau byggja meðal annars upp bein, vöðvavef, prótín, lípíð og kjarnsýrur. Í oxunar-afoxunarhvörfum flytjast rafeindir eða afoxunarígildi milli sameinda. Hluti frjálsrar orku frá niðurbroti eldsneytis knýr myndun ATP úr Pi og ADP, en oxunar-afoxunarhvörf gegna einnig öðrum hlutverkum, svo sem í lífefnasmíð. Truflanir á efnaskiptum geta breytt vinnslu kolvetna, lípíða, prótína og kjarnsýra og valdið sjúkdómum.
24.2 Kolvetnaefnaskipti
Melting kolvetna hefst í munni, þar sem munnvatnsamýlasi klýfur sterkju í styttri fjöl- og tvísykrur. Ensím pensilbrúnar ljúka vatnsrofinu í einsykrur sem frásogast um þarmaþekju og berast til vefja. Efnaskipti glúkósa inni í frumum hefjast með sykurrofi, sem myndar pýrúvat, NADH og nettó tvæ ATP. Pýrúvat getur afoxast í laktat til að endurmynda NAD+ og viðhalda sykurrofi. Við loftháðar aðstæður oxast pýrúvat fyrst í asetýl-CoA, sem fer síðan inn í sítrónusýruhringinn. Hringurinn myndar NADH, FADH2, GTP eða ATP og CO2. NADH og FADH2 flytja rafeindir til rafeindaflutningskeðjunnar og oxunarfosfórunar. Heildarafrakstur fullrar loftháðrar oxunar einnar glúkósasameindar í mannfrumum er yfirleitt um 30–32 ATP, eftir rafeindaferju og tengingu ferlanna.
Án oxunarfosfórunar er ATP-myndun úr glúkósa bundin við hvarfefnisfosfórun í sykurrofi. Fjórar ATP-sameindir myndast, en tvæ ATP eru notuð á orkunotkunarstiginu og nettóafraksturinn er því tvæ ATP á hverja glúkósasameind.
Við föstu, svelti eða litla kolvetnaneyslu mynda lifur og, eftir því sem fastan lengist, nýrnabörkur glúkósa úr meðal annars laktati, pýrúvati, glýseróli og sykurmyndandi amínósýrum. Ferlið kallast glúkósanýmyndun. Það notar margar leiðir sykurrofs í gagnstæða átt, en sérstök hjáhvörf fara fram hjá óafturkræfum þrepum þess. Glúkósanýmyndun viðheldur blóðsykri fyrir vefi með glúkósaþörf; við langvarandi föstu eykur heilinn jafnframt notkun ketónkorna.
24.3 Fituefnaskipti
Lípíð koma úr fæðu, geymslum fituvefs og nýmyndun, einkum í lifur og fituvef. Í smáþörmum eru þríglýseríð aðallega vatnsrofin í 2-mónóasýlglýseról og frjálsar fitusýrur. Langkeðjulípíð eru tekin upp í iðraþekjufrumur, sett aftur saman og pakkað í iðrakirni sem berast um sogæðar til blóðs; stuttar og meðallangar fitusýrur geta farið beint í lifrarportblóð. Við beta-oxun styttist asýl-CoA um tvö kolefni í senn og myndar asetýl-CoA, NADH og FADH2. Asetýl-CoA getur farið inn í sítrónusýruhring. Við lágt insúlín, mikla fitusýruoxun og takmarkað flæði um hringinn myndar lifrin ketónkorn úr asetýl-CoA; hún flytur þau út en getur ekki sjálf nýtt þau. Framboð asetýl-CoA tengist jafnframt fitumyndun í orkuafgangi. Asetýl-CoA er forveri fitusýru- og kólesterólmyndunar, en þríglýseríð, sterahormón og gallsýrur myndast eftir aðgreindum ferlum. Fiturof er vatnsrof geymdra þríglýseríða í glýseról og frjálsar fitusýrur.
24.4 Prótínefnaskipti
Prótínmelting hefst í maga, þar sem HCl afmyndar prótín og styður virkni pepsíns, sem klýfur þau í peptíð. Í smáþörmum hlutleysir bíkarbónat sýru úr HCl í iðramauki og ensím briss og pensilbrúnar kljúfa peptíð frekar. Sekretín og kólestókínín (CCK) stýra brisseytingu. Brisið seytir meðal annars trypsínógeni og kýmótrypsínógeni; enterópeptíðasi virkjar trypsínógen í trypsín og trypsín virkjar fleiri forensím. Frjálsar amínósýrur nota mörg sértæk flutningsprótín en dí- og trípeptíð fara inn í iðraþekjufrumur með H+-tengda PepT1-flutningsprótíninu. Amínósýrur eru fluttar í blóð og nýttar til próteinmyndunar og annarra ferla; sérstök amínósýrugeymsla er ekki til. Við niðurbrot er köfnunarefni fjarlægt og kolefnisgrindur oxast eða geta nýst, eftir efnaskiptaástandi, til glúkósanýmyndunar, ketónamyndunar eða fitumyndunar. Lifrin bindur köfnunarefni í þvagefni með þvagefnishringnum og þvagefnið skilst út um nýru. Við föstu getur oxun amínósýra aukist, en hún minnkar oft þegar ketónaðlögun sparar prótín.
24.5 Efnaskiptaástand líkamans
Líkaminn skiptist daglega milli upptökufasa eftir máltíð og föstuástands milli máltíða; langvarandi fasta og svelti eru sérstök efnaskiptaástand. Á upptökufasa berast einsykrur, amínósýrur og flest vatnsleysanleg næringarefni í blóð, en langkeðjulípíð að mestu um sogæðar. Insúlín eykur GLUT4-miðlaða glúkósupptöku í vöðva- og fitufrumum og stuðlar að glýkógen- og fitumyndun; glúkósaflutningur um GLUT2 í lifrarfrumum er ekki insúlínháður, þótt insúlín stýri efnaskiptum lifrar. Í föstuástandi lækkar insúlín, glúkagon styður glýkógenrof og glúkósanýmyndun í lifur og líkaminn eykur nýtingu fitusýra. Vöðvaglýkógen er nýtt staðbundið og losar ekki frjálsan glúkósa í blóð. Þegar fasta lengist eykur heilinn notkun ketónkorna og minnkar þannig glúkósaþörf og niðurbrot prótína til glúkósanýmyndunar. Prótínrof hefst engu að síður snemma í föstu, minnkar með ketónaðlögun og eykst aftur ef fitubirgðir ganga til þurrðar.
24.6 Orku- og varmajafnvægi
Hluti frjálsrar orku fæðuefna nýtist til frumuferla en mikill hluti losnar sem varmi. Kjarnhiti er að jafnaði nálægt 36,5–37,5 °C (97,7–99,5 °F), en eðlilegt gildi ræðst meðal annars af mælingarstað, tíma dags og einstaklingi. Hitanemar í útvefjum og miðtaugakerfi senda boð til aðgreindra hitastjórnunarbrauta sem tengjast einkum forsjónarsvæði undirstúku. Þær stýra meðal annars blóðflæði um húð, svitamyndun, skjálfta og annarri varmamyndun. Líkaminn getur tekið við eða tapað varma eftir hitastigli með varmaleiðni, varmaburði og varmageislun. Uppgufun flytur varma frá líkamanum þegar vatn breytist í gufu.
24.7 Næring og mataræði
Næring og mataræði hafa áhrif á efnaskipti og heilsu. Varmamyndandi áhrif fæðu eru að jafnaði mest fyrir prótín, minni fyrir kolvetni og minnst fyrir fitu. Viðvarandi orkuafgangur eykur aðallega fitubirgðir, en skammtímabreytingar snerta einnig glýkógen, vökva og prótínveltu. Dagleg orkuþörf er einstaklingsbundin og ræðst af kyni, aldri, líkamsstærð og -samsetningu, hreyfingu og lífeðlisástandi. Langvarandi orkuinntaka umfram eða undir orkunotkun getur breytt orkubirgðum, en líkamssvörunin er kvik og ekki einföld línuleg reikniregla. Bæði magn og samsetning fæðu skipta máli fyrir heilsu; vannæring og langvarandi orkuójafnvægi geta aukið sjúkdómsáhættu.
Vítamín og steinefni eru örnæringarefni með fjölbreytt hlutverk í efnaskiptum, byggingu vefja, andoxunarvörn og stjórn frumuferla. Geymsla og þörf eru efnissértæk: fituleysanleg vítamín og B12 geta til dæmis myndað verulegar birgðir, en takmarkaðri birgðir eru af mörgum öðrum vatnsleysanlegum vítamínum. Steinefni fást með fæðu og geymast eða dreifast eftir eðli hvers efnis; kalk og fosfór eru að miklu leyti í beinagrind en önnur steinefni hafa aðrar megingeymslur og starfssvæði.