34.2 Næring og orkuframleiðsla
Námsmarkmið
Að loknum þessum kafla munt þú geta gert eftirfarandi:
- Útskýrt hvers vegna fæði dýra ætti að vera í jafnvægi og mæta þörfum líkamans
- Skilgreint helstu þætti fæðu
- Lýst lífsnauðsynlegum næringarefnum sem þarf fyrir frumustarfsemi og dýralíkaminn getur ekki myndað sjálfur
- Útskýrt hvernig orka er framleidd með mataræði og meltingu
- Lýst hvernig umfram kolvetni og orka eru geymd í líkamanum
Í ljósi fjölbreytileika dýralífs á jörðinni kemur ekki á óvart að fæði dýra sé einnig verulega breytilegt. Fæði dýra er uppspretta efna sem þarf til að byggja upp DNA og aðrar flóknar sameindir sem þarf til vaxtar, viðhalds og æxlunar; sameiginlega kallast þessi ferli lífsmíð. Fæðið er einnig uppspretta efna fyrir ATP-framleiðslu í frumunum. Fæðið verður að vera í jafnvægi til að veita þau steinefni og vítamín sem nauðsynleg eru fyrir frumustarfsemi.
Fæðuþarfir
Hverjar eru grundvallarþarfir fæðis dýra? Fæði dýra ætti að vera vel samsett og veita næringarefni sem nauðsynleg eru fyrir líkamsstarfsemi og þau steinefni og vítamín sem þarf til að viðhalda þeirri byggingu og stjórnun sem nauðsynleg er fyrir góða heilsu og æxlunargetu. Þessar þarfir mannsins eru sýndar myndrænt á mynd 34.14.
Lífræn forstigsefni
Lífrænu sameindirnar sem þarf til að byggja upp frumuefni og vefi verða að koma úr fæðu. Kolvetni eða sykrur eru aðaluppspretta lífræns kolefnis í líkama dýra. Við meltingu eru meltanleg kolvetni að lokum brotin niður í glúkósa og notuð til að veita orku eftir efnaskiptaferlum. Flókin kolvetni, þar á meðal fjölsykrur, má brjóta niður í glúkósa með lífefnafræðilegum breytingum; hins vegar framleiða menn ekki ensímið sellulasa og skortir getu til að vinna glúkósa úr fjölsykrunni sellulósa. Hjá mönnum veita þessar sameindir þær trefjar sem þarf til að flytja úrgang í gegnum digurgirnið og viðhalda heilbrigðum ristli. Þarmaflóran í þörmum manna getur unnið einhverja næringu úr þessum plöntutrefjum. Umframsykrum í líkamanum er breytt í glýkógen og geymdar í lifur og vöðvum til síðari notkunar. Glýkógenbirgðir eru notaðar til að knýja langvarandi áreynslu, svo sem langhlaup, og til að veita orku við fæðuskort. Umframglýkógeni er hægt að breyta í fitu, sem er geymd í neðra lagi húðar spendýra til einangrunar og orkugeymslu. Umfram meltanleg kolvetni eru geymd af spendýrum til að lifa af hungursneyð og auðvelda hreyfanleika.
Önnur mikilvæg þörf er köfnunarefni. Niðurbrot próteina veitir uppsprettu lífræns köfnunarefnis. Amínósýrur eru byggingareiningar próteina og niðurbrot próteina veitir amínósýrur sem eru notaðar fyrir frumustarfsemi. Kolefnið og köfnunarefnið sem fæst úr þessu verða byggingareiningar kirna, kjarnsýra, próteina, frumna og vefja. Umfram köfnunarefni verður að skilja út þar sem það er eitrað. Fita gefur mat bragð og stuðlar að seddu eða mettunartilfinningu. Fiturík fæða er einnig mikilvæg orkugjafi því eitt gramm af fitu inniheldur níu hitaeiningar. Fita er nauðsynleg í mataræðinu til að aðstoða við frásog fituleysanlegra vítamína og framleiðslu fituleysanlegra hormóna.
Lífsnauðsynleg næringarefni
Þó að líkami dýra geti myndað margar af þeim sameindum sem þarf til starfsemi sinnar úr lífrænum forstigsefnum, þarf samt að fá sum næringarefni úr fæðu. Þessi næringarefni eru kölluð lífsnauðsynleg næringarefni, sem þýðir að þau verður að fá með fæðunni vegna þess að líkaminn getur ekki myndað þau.
Ómega-3-fitusýran alfa-línólensýra og ómega-6-fitusýran línólsýra eru lífsnauðsynlegar fitusýrur sem þarf til að mynda sum himnufosfólípíð. Vítamín eru annar flokkur lífsnauðsynlegra lífrænna sameinda sem þarf í litlu magni til að mörg ensím virki og eru af þeirri ástæðu talin hjálparensím. Skortur eða lágt magn vítamína getur haft veruleg áhrif á heilsu, eins og lýst er í töflu 34.1 og töflu 34.2. Bæði fituleysanleg og vatnsleysanleg vítamín verður að fá úr fæðu. Steinefni, skráð í töflu 34.3, eru ólífræn lífsnauðsynleg næringarefni sem verður að fá úr fæðu. Meðal margra hlutverka þeirra hjálpa steinefni við uppbyggingu og stjórnun og eru talin vera hjálparþættir. Ákveðnar amínósýrur verður einnig að fá úr fæðu og líkaminn getur ekki myndað þær. Þessar amínósýrur eru lífsnauðsynlegu amínósýrurnar. Mannslíkaminn getur aðeins myndað 11 af þeim 20 amínósýrum sem hann þarf; afganginn verður að fá úr fæðu. Lífsnauðsynlegu amínósýrurnar eru skráðar í töflu 34.4.
| Vítamín | Hlutverk | Skortur getur leitt til | Uppsprettur |
|---|---|---|---|
| B₁-vítamín (þíamín) | Nauðsynlegt fyrir líkamann til að vinna úr lípíðum, próteinum og kolvetnum; hjálparensím fjarlægir CO₂ úr lífrænum efnasamböndum | Vöðvaslappleiki; beriberi: skert hjartastarfsemi og vandamál í miðtaugakerfi | Mjólk, kjöt, þurrkaðar baunir, heilkorn |
| B₂-vítamín (ríbóflavín) | Tekur virkan þátt í efnaskiptum, aðstoðar við umbreytingu fæðu í orku (FAD og FMN) | Sprungur eða sár á vörum; bólga og roði í tungu; rök, hreistruð húðbólga (flösuexem) | Kjöt, egg, auðgað korn, grænmeti |
| B₃-vítamín (níasín) | Notað af líkamanum til að losa orku úr kolvetnum og vinna úr áfengi; nauðsynlegt fyrir myndun kynhormóna; hluti af hjálparensími NAD⁺ og NADP⁺ | pellagra, sem getur leitt til húðbólgu, niðurgangs, vitglapa og dauða | Kjöt, egg, korn, hnetur, kartöflur |
| B₅-vítamín (pantótensýra) | Aðstoðar við að framleiða orku úr fæðu (sérstaklega lípíðum); hluti af hjálparensími A | Þreyta, dofi eða sviðatilfinning í höndum og fótum | Kjöt, heilkorn, mjólk, ávextir, grænmeti |
| B₆-vítamín (pýridoxín) | Aðalvítamínið fyrir vinnslu amínósýra og lípíða; hjálpar einnig við að breyta næringarefnum í orku | Pirringur, þunglyndi, rugl, sár í munni, blóðleysi, vöðvakippir | Kjöt, mjólkurvörur, heilkorn, appelsínusafi |
| B₇-vítamín (bíótín) | Notað í orku- og amínósýruefnaskiptum, fitumyndun og fituniðurbroti; hjálpar líkamanum að nýta blóðsykur | Hárlos, húðbólga, þunglyndi, dofi og náladofi í útlimum; taugavöðvasjúkdómar | Kjöt, egg, belgjurtir og annað grænmeti |
| B₉-vítamín (fólínsýra) | Aðstoðar við eðlilegan þroska frumna, sérstaklega á fósturstigi; hjálpar við efnaskipti kjarnsýra og amínósýra | Skortur á meðgöngu tengist fæðingargöllum, svo sem taugapípugöllum og blóðleysi | Laufgrænt grænmeti, heilhveiti, ávextir, hnetur, belgjurtir |
| B₁₂-vítamín (kóbalamín) | Viðheldur heilbrigðu taugakerfi og aðstoðar við myndun blóðfrumna; hjálparensím í kjarnsýruefnaskiptum | Blóðleysi, taugasjúkdómar, dofi, jafnvægisleysi | Kjöt, egg, dýraafurðir |
| C-vítamín (askorbínsýra) | Hjálpar við að viðhalda bandvef: beinum, brjóski og tannbeini; styrkir ónæmiskerfið | Skyrbjúgur, sem veldur blæðingum, hár- og tannmissi, liðverkjum og bólgu og seinkaðri sáragræðslu | Sítrusávextir, spergilkál, tómatar, rauð paprika |
| Vítamín | Hlutverk | Skortur getur leitt til | Uppsprettur |
|---|---|---|---|
| A-vítamín (retínól) | Mikilvægt fyrir þroska beina, tanna og húðar; hjálpar við að viðhalda sjón, eflir ónæmiskerfið, fósturþroska og tjáningu gena | Náttblinda, húðsjúkdómar, skert ónæmi | Dökkgrænt laufgrænmeti, gult og appelsínugult grænmeti, ávextir, mjólk, smjör |
| D-vítamín | Mikilvægt fyrir frásog kalsíums, þroska og styrk beina; viðheldur stöðugu taugakerfi; viðheldur eðlilegum og sterkum hjartslætti; hjálpar við blóðstorknun | Beinkröm, beinmeyra og skert ónæmi | Þorskalýsi, mjólk, eggjarauða |
| E-vítamín (tókóferól) | Dregur úr oxunarskemmdum á frumum og kemur í veg fyrir lungnaskemmdir af völdum mengunarefna; lífsnauðsynlegt fyrir ónæmiskerfið | Skortur er sjaldgæfur; blóðleysi, hrörnun taugakerfis | Hveitikímsolía, óhreinsaðar jurtaolíur, hnetur, fræ, korn |
| K-vítamín (fyllókínón) | Nauðsynlegt fyrir blóðstorknun | Blæðingar og marblettir myndast auðveldlega | Laufgrænt grænmeti, te |
| Steinefni | Hlutverk | Skortur getur leitt til | Uppsprettur |
|---|---|---|---|
| *Kalsíum | Nauðsynlegt fyrir starfsemi vöðva og taugafrumna; heilbrigði hjarta; byggir upp bein og styður við myndun og starfsemi blóðfrumna; taugastarfsemi | Beinþynning, beinkröm, vöðvakrampar og skertur vöxtur | Mjólk, jógúrt, fiskur, grænt laufgrænmeti, belgjurtir |
| *Klór | Nauðsynlegt fyrir framleiðslu saltsýru (HCl) í maga og taugastarfsemi; osmótískt jafnvægi | Vöðvakrampar, skapsveiflur og minnkuð matarlyst | Borðsalt |
| Kopar (snefilmagn) | Nauðsynlegur hluti margra oxunar-afoxunarensíma, þar á meðal cýtókróm c-oxídasa; hjálparþáttur fyrir myndun blóðrauða | Koparskortur er sjaldgæfur | Lifur, ostrur, kakó, súkkulaði, sesamfræ, hnetur |
| Joð | Nauðsynlegt fyrir myndun skjaldkirtilshormóna | Skjaldkirtilsstækkun (struma) | Sjávarfang, joðbætt salt, mjólkurvörur |
| Járn | Nauðsynlegt fyrir mörg prótein og ensím, einkum blóðrauða, til að koma í veg fyrir blóðleysi | Blóðleysi, sem veldur einbeitingarskorti, þreytu og skertri ónæmisstarfsemi | Rautt kjöt, grænt laufgrænmeti, fiskur (túnfiskur, lax), egg, þurrkaðir ávextir, baunir, heilkorn |
| *Magnesíum | Nauðsynlegur hjálparþáttur fyrir myndun ATP; beinmyndun; eðlileg himnustarfsemi; vöðvastarfsemi | Skapsveiflur og vöðvakrampar | Heilkorn, grænt laufgrænmeti |
| Mangan (snefilmagn) | Hjálparþáttur í starfsemi ensíma; þörf er á snefilmagni | Manganskortur er sjaldgæfur | Algengt í flestum matvælum |
| Mólýbden (snefilmagn) | Virkar sem hjálparþáttur fyrir þrjú nauðsynleg ensím í mönnum: súlfítoxídasa, xantínoxídasa og aldehýðoxídasa | Mólýbdenskortur er sjaldgæfur | |
| *Fosfór | Hluti af beinum og tönnum; hjálpar við stjórnun sýru-basa jafnvægis; nýmyndun kirna | Máttleysi, beinafrávik og kalsíumtap | Mjólk, harðir ostar, heilkorn, kjöt |
| *Kalíum | Lífsnauðsynlegt fyrir vöðva, hjarta og taugastarfsemi | Hjartsláttartruflanir og vöðvaslappleiki | Belgjurtir, kartöfluhýði, tómatar, bananar |
| Selen (snefilmagn) | Hjálparþáttur sem er nauðsynlegur fyrir virkni andoxunarensíma eins og glútaþíonperoxídasa; þörf er á snefilmagni | Selenskortur er sjaldgæfur | Algengt í flestum matvælum |
| *Natríum | Kerfislægur rafvaki sem er nauðsynlegur fyrir margvíslega starfsemi; sýru-basa jafnvægi; vatnsjafnvægi; taugastarfsemi | Vöðvakrampar, þreyta og minnkuð matarlyst | Borðsalt |
| Sink (snefilmagn) | Nauðsynlegt fyrir ýmis ensím eins og karboxýpeptíðasa, alkóhól dehýdrógenasa í lifur og kolsýruanhýdrasa | Blóðleysi og léleg sáragræðsla; getur leitt til lágvaxtar | Algengt í flestum matvælum |
| *Þörf er á meira en 200 mg/dag |
| Lífsnauðsynlegar amínósýrur sem þarf að fá úr fæðu | Amínósýrur sem líkaminn getur myndað |
|---|---|
| ísólefsín | alanín |
| lefsín | selenósysteín |
| lýsín | asparssýra |
| metíónín | systeín |
| fenýlalanín | glútamínsýra |
| trýptófan | glýsín |
| valín | prólín |
| histidín* | serín |
| þreónín | týrósín |
| arginín* | asparagín |
| *Mannslíkaminn getur myndað histidín og arginín, en ekki í því magni sem þarf, sérstaklega hjá börnum í vexti. |
Fæðuorka og ATP
Dýr þurfa fæðu til að afla orku og viðhalda samvægi. Samvægi er hæfileiki kerfis til að viðhalda stöðugu innra umhverfi jafnvel þótt ytri breytingar verði á umhverfinu. Til dæmis er eðlilegur líkamshiti manna 37 °C (98,6 °F). Menn viðhalda þessum hita jafnvel þegar ytri hiti er hár eða lágur. Það krefst orku að viðhalda þessum líkamshita og dýr fá þessa orku úr fæðu.
Aðalorkugjafi dýra eru kolvetni, aðallega glúkósi. Glúkósi er kallaður eldsneyti líkamans. Meltanlegum kolvetnum í fæðu dýra er breytt í glúkósasameindir í gegnum röð niðurbrotsferla.
Adenósínþrífosfat, eða ATP, er helsti orkugjaldmiðill frumna; ATP geymir orku í fosfatestertengjum. ATP losar orku þegar fosfatestertengin eru rofin og ATP breytist í ADP og fosfathóp. ATP er framleitt með oxunarhvörfum í umfrymi og hvatberum frumunnar, þar sem kolvetni, prótein og fita ganga í gegnum röð efnaskiptahvarfa sem kallast sameiginlega frumuöndun. Til dæmis er glýkólýsa röð hvarfa þar sem glúkósa er breytt í pýrúvatsýru og hluti efnafræðilegrar stöðuorku glúkósans er fluttur yfir í NADH og ATP.
ATP er nauðsynlegt fyrir alla frumustarfsemi. Það er notað til að byggja upp lífrænar sameindir sem frumur og vefir þarfnast; það veitir orku fyrir vöðvasamdrátt og fyrir flutning rafboða í taugakerfinu. Þegar ATP-magn er umfram þarfir líkamans notar lifrin umfram ATP og umfram glúkósa til að framleiða sameindir sem kallast glýkógen. Glýkógen er fjölliðaform glúkósa og er geymt í lifur og beinagrindarvöðvafrumum. Þegar blóðsykur fellur losar lifrin glúkósa úr glýkógenbirgðum. Beinagrindarvöðvar breyta glýkógeni í glúkósa við mikla áreynslu. Ferlið við að breyta glúkósa og umfram ATP í glýkógen og geymslan á umframorku er þróunarfræðilega mikilvægt skref til að hjálpa dýrum að takast á við hreyfanleika, matarskort og hungursneyð.