BESLENME, METABOLİZMA VE ENERJİ Yrd.Doç.Dr. Mustafa ALTINIŞIK ADÜ TIP FAKÜLTESİ Biyokimya AD

Beslenme Büyüme, gelişme ve yaşamın sürdürülmesi için ekzojen maddelerin sağlanması

besinler Beslenme için gerekli yiyecek ve içecekler

besin maddeleri Besinlerde bulunan maddeler (substratlar) Sindirilmeyenler Sindirilenler

Sindirilebilen besin maddeleri enerji substratları yapı substratları etki substratları

Enerji substratları 1) Nişasta ve glikojen gibi polimer karbonhidratlar, 2) Sakkaroz ve laktoz gibi dimer karbonhidratlar, 3) Trigliseridler şeklindeki yağlar, 4) Proteinler, 5) Glukoz, fruktoz, galaktoz, yağ asidi, gliserol ve amino asitler gibi monomerler

Yapı substratları 1) Heksozlar ve aminoheksozlar, glikoprotein yapısı, membran glikolipidleri, mukopolisakkaritler için gereklidirler. 2) Gliserol, sfingozin, kolin, kolesterol, doymuş ve doymamış yağ asitleri, membran lipidleri için gereklidirler. 3) Amino asitler, membran proteinleri ve tüm enzimler için gereklidirler. 4) Pürin ve pirimidin bazlarıyla pentozlar, nükleik asitler ve nükleotid yapısındaki koenzimler için gereklidirler. 5) Kalsiyum ve inorganik fosfor gibi mineraller, kemik yapısı için gereklidirler

Etki substratları 1) Vitaminler, 2) Makroelementler, 3) İz elementler,

Besinlerin değeri ile ilgili kriterler kalori değeri sentez değeri katalitik değeri Yararlanma değeri

Besinlerin kalori değeri Enerji çoğu zaman bir ısı enerjisi birimi olan kilokalori (kcal) ile ölçülmektedir. Karbonhidrat, protein ve yağların kalori içerikleri farklıdır: Karbonhidrat ve proteinlerin 1 gramı 4 kcal verir Yağların 1 gramı 9 kcal verir.

Besinlerin kalori içeriğine göre diyet türleri Günlük iş metabolizması ve ısı ihtiyaçlarını karşılayabilecek miktarda enerji içeren diyet izokalorik diyet olarak tanımlanır Günlük iş metabolizması ve ısı ihtiyaçlarını karşılayabilecek miktardan daha az enerji içeren diyet hipokalorik diyet olarak tanımlanır Günlük iş metabolizması ve ısı ihtiyaçlarını karşılayabilecek miktardan daha fazla enerji içeren diyet hiperkalorik diyet olarak tanımlanır

Besinlerin sentez değeri Vücut için gerekli olan besin maddelerinin bir kısmı metabolizma sırasında sentez edildiği halde bir kısmı sentez edilmez ki bunların mutlaka dışarıdan alınması gerekir. Organizmada sentezlenemeyen, dışarıdan alınması zorunlu olan maddeler esansiyel maddeler olarak tanımlanırlar. Besinlerin esansiyel madde içeriği, sentez değerini ifade eder.

Linoleik asit, linolenik asit ve araşidonik asit, esansiyel yağ asitleridirler. Valin, lösin, izolösin, treonin, metiyonin, lizin, fenilalanin, triptofan ve küçük çocuklar için histidin ile arjinin esansiyel amino asitlerdir. Mineraller de organizmada sentezlenemezler; dışarıdan alınmaları zorunlu yani esansiyel maddelerdir.

Besinlerin katalitik değeri Besinlerin etki substratı içeriği, katalitik değeri ifade eder. Normal beslenmede diyet, etki substratlarını yeterli miktarda içermelidir

Besinlerin yararlanma değeri Besinlerin vücuda alınabilen besin maddesi içeriği yararlanma değerini ifade eder. Yararlanma değeri hayvansal besinlerde %95 ve bitkisel besinlerde %70-85 arasındadır. Besinlerin yararlanma değeri, hazırlanma şekline göre değişmektedir

Son yıllarda sağlıklı beslenmede gıdalarda çeşitliliğin gerekliliği ön plana çıkmış ve dengeli beslenme için bir gıda piramidi önerilmiştir.

Sindirim ve emilim Beslenme ile alınan besinlerin mekanik olarak ve içerdikleri besin maddelerinin enzimatik olarak parçalanmaları ve oluşan monomerlerin kana alınması

Karbonhidratların sindirim ve emilimi Nişasta ve glikojen tükürükteki -amilaz etkisiyle ağızda enzimatik olarak parçalanmaya başlar. Pankreas -amilazı ve ince bağırsak 1,6-glikozidazı etkisiyle karbonhidrat sindirimi devam eder. Disakkaritler, ince bağırsak epitel hücresi zarında yerleşik uygun disakkaridazlar tarafından tutulurlar.

Lipidlerin sindirim ve emilimi Nötralize kimus içindeki lipidlerin ince bağırsakta sindiriminde ilk basamak emülsiyon oluşumudur. Lipid sindiriminin ikinci basamağında emülsiyon partiküllerine safra tuzlarının katılmasıyla 16-20 Ao çapında miseller oluşur. Misellerdeki lipidlere enzimlerin etkisi sonucu lipidler hidrolitik olarak parçalanırlar. Trigliseridlerin hidrolizini katalize eden enzim, pankreas tarafından salgılanan ve optimal etkisini pH 7-9’da gösteren pankreatik lipazdır.

Proteinlerin sindirim ve emilimi Hayvansal gıdalar ve baklagiller gibi bitkisel gıdalarla alınan proteinler, midede ısı ve HCl etkisiyle denatüre olurlar, midede ve ince bağırsaklarda proteinaz (pepsin, tripsin, kimotripsin, elastaz) ve peptidazlar (karboksipeptidaz, aminopeptidaz) yardımıyla parçalanırlar. Proteinazlar ve peptidazlar mide ve bağırsak mukoza hücrelerinde, pankreas hücrelerinde, aktif olmayan proenzim (zimojen) şeklinde oluşurlar ve salgılandıktan sonra parçalanma suretiyle aktif hale gelirler

Su ve elektrolit emilimi Organizmada hücre içinde veya vücut sıvılarında iyon şeklinde bulunan elementler, elektrolitler olarak adlandırılırlar. Organizmada bulunan elektrolitler, Na+, K+, Ca2+, Mg2+ gibi katyon şeklinde veya Cl, HCO3, HPO42, SO4 gibi anyon şeklindedirler Su ve elektrolitler villuslardaki epitel hücrelerinden absorbe edilirken kriptlerden de sekrete edilmektedir. Demir gibi bazı mineraller, özel emilim mekanizmalarıyla emilirler

Vitaminlerin emilimi Vitamin B12 dışındaki suda çözünen vitaminler ince bağırsağın üst kısmından emilirler. B12 vitamini özel bir emilim mekanizmasıyla emilir, emilimi için mideden salgılanan intrinsik faktöre gereksinim vardır. Yağda çözünen vitaminler lipidlerle birlikte emilirler

Metabolizma Canlıda oluşan ve devam eden fiziksel ve kimyasal olayların tümüne birden metabolizma adı verilmektedir Ara metabolizma, katabolizma ve anabolizma olmak üzere iki faz içerir; bu iki faz arasındaki bağlantıyı amfibolik yollar sağlar

Enerjinin transformasyonu Her canlı hücre bir enerji transformatörüdür. Canlı hücre, dışarıdan aldığı kimyasal veya fiziksel enerjiyi, geliştirdiği bir sistemle, (~) şeklinde sembolize edilen ve ATP ile taşınan biyolojik enerjiye çevirir; daha sonra da ATP’yi kullanarak kimyasal iş, ozmotik iş ve mekanik iş üretir. Biyolojik enerji dönüşümleri termodinamik yasalara uygun olarak gerçekleşmektedir.

Termodinamikte kavramlar Termodinamikte bir organizma, bir hücre veya birbiri ile reaksiyona giren iki madde, sistem olarak tanımlanır. Bir sistem, bir çevre içinde yer almaktadır. Sistem ve çevrenin ikisi birlikte de evreni oluştururlar enerji (E) entalpi (H) entropi (S) serbest enerji (G) de önemli termodinamik kavramlardır

Enerji (E) İş yapma kabiliyetidir. Birimi joule (4,187 J = 1 cal) Her molekülün bir enerjisi vardır. aA + bB  cC +dD Kimyasal reaksiyonlar sırasında substratlar ve ürünlerde enerji değişimi (E) olur.

Entalpi (H) enerji ile ilişkili bir durum fonksiyonudur; kimyasal reaksiyonlarda reaksiyon sisteminin ısı içeriğini tanımlar. Bir kimyasal reaksiyon sırasında çevreye ısı yayılıyor veya çevreden ısı alınıyorsa reaksiyon sisteminde entalpi değişimi (H) olmaktadır. H negatif () ise yani sistem çevreye ısı yayıyorsa, reaksiyon ekzotermik reaksiyondur H pozitif (+) ise yani sistem çevreden ısı alıyorsa, reaksiyon endotermik reaksiyondur

Entropi (S) Bir sistemdeki rasgelelik veya düzensizliğin kantitatif ifadesidir. Bir kimyasal reaksiyonun ürünlerinin substratlardan daha kompleks ve daha düzensiz olmaları durumunda sistemin entropisinin arttığı [entropi değişimi (S) pozitif (+) ] kabul edilmektedir. Bir kimyasal reaksiyonun ürünlerinin substratlardan daha az kompleks ve daha az düzensiz olmaları durumunda sistemin entropisinin azaldığı [entropi değişimi (S) negatif ()] kabul edilmektedir.

Serbest enerji (G) (Gibbs serbest enerjisi) iş yapmak için kullanılabilir enerjidir. Kimyasal reaksiyonlarda reaksiyon sisteminin serbest enerjisi değişir (serbest enerji değişimi G sembolü ile ifade edilir). Bu değişiklik iş yapılmasıyla birlikte olur

[G negatif (G<0)] ise reaksiyon ekzergoniktir ve yazıldığı şekilde soldan sağa doğru kendiliğinden ilerler. [G pozitif (G>0)] ise reaksiyon endergoniktir ve yazıldığı şekilde kendiliğinden ilerlemez.

Aktivasyon enerjisi Termodinamik olarak elverişli bazı reaksiyonlar, ölçülebilecek hızda gerçekleşmez. Reaksiyonunun başlaması için aktivasyon enerjisi diye tanımlanan bir miktar enerji gereklidir

Termodinamiğin birinci yasası Bir sistemin enerjisinde herhangi bir değişiklik çevrede eşit ve zıt bir değişikliği gerektirir Herhangi fiziksel veya kimyasal değişimde enerjinin biçimi değişebilir, fakat Evrendeki total enerji miktarı sabit kalır

Termodinamiğin ikinci yasası Kendiliğinden gerçekleşen herhangi bir süreçte sistem ve çevrenin total entropisi artar. “Evren kaçınılmaz olarak düzenli durumdan daha düzensiz duruma gider.”

Standart serbest enerji değişikliği Kimyasal reaksiyonlar için 298oK (25oC) sıcaklık, 1 atmosfer basınç, pH=0 (H+=1M) ve her komponent için 1 M konsantrasyon şartları, standart şartlar olarak belirlenmiştir.

Biyolojik sistemlerde enerji taşıyıcısı Bütün canlılarda ekzergonik ve endergonik olaylar arasında biyolojik enerjinin taşınmasında, yüksek enerjili fosfat bileşiği olan adenozin trifosfat (ATP) molekülü rol oynamaktadır

Hücre enerji metabolizması ve ATP oluşumu Hücre enerji metabolizması, anaerop hücreler ve aerop hücrelerde farklılık gösterir.

Anaerop hücrelerde ATP oluşumu

Aerop hücrelerde ATP oluşumu

Mitokondriyal solunum zincirinin protein komponentleri, kendilerine özel bileşime sahip dört multienzim kompleksidir.