Podstawy

Podstawy

Żywienia

Żywienia

Węglowodany

Węglowodany

Dr hab. Stanisław Poprzęcki, prof.

nadzw

AWF Katowice

Węglowodany

Węglowodany

Żywienie i Metabolizm

Żywienie i Metabolizm

•

Wprowadzenie

Wprowadzenie

&

&

Źródła węglowodanów w

Źródła węglowodanów w

diecie

diecie

•

Budowa

Budowa

•

Główne funkcje CHO

Główne funkcje CHO

&

&

Zapotrzebowanie

Zapotrzebowanie

•

Glukoza z diety CHO

Glukoza z diety CHO

:

:

Pobierani

Pobierani

, a

, a

b

b

sorp

sorp

cja

cja

, transport

, transport

do komórki

do komórki

•

M

M

etaboli

etaboli

z

z

m

m

g

g

lu

lu

kozy

kozy

:

:

usuwanie glukozy

usuwanie glukozy

&

&

synteza

synteza

:

:

•

Usuwanie glukozy

Usuwanie glukozy

:

:

Glikoliza

Glikoliza

,

,

Cykl Krebsa

Cykl Krebsa

,

,

synteza

synteza

FFA ,

FFA ,

synteza

synteza

NEAA;

NEAA;

synteza glikogenu

synteza glikogenu

•

Synteza glukozy

Synteza glukozy

:

:

cel

cel

,

,

rozpad glikogenu oraz

rozpad glikogenu oraz

glukoneogeneza

glukoneogeneza

•

Wstęp

Wstęp

Ludzie

Ludzie

:

:

~ 50% of kalorii pobierają ludzie z
CHO (10 - 85%)
160 g skrobia, 120 g sacharoza, 30
g laktoza, 5 g glukoza, 5 g
fruktoza, śladowe ilości maltozy

•

Introduction

Introduction

Źródła CHO

Źródła CHO

:

:

sacharoza

sacharoza

:

:

“cukier”

la

la

ktoza

ktoza

:

:

mleko

malto

malto

za

za

:

:

piwo

piwo

fru

fru

ktoza

ktoza

:

:

owoce, syrop kukurydziany

“przetwarzana żywność”

skrobia

skrobia

(

(

amyloza

amyloza

& amylope

& amylope

ktyna)

ktyna)

:

:

pszenica, ryż, kukurydza, jęczmień,
owies, warzywa strączkowe....

gl

gl

ikogen

ikogen

:

:

mięśnie i wątroba

•

Wstęp

Wstęp

Glu

Glu

koza

koza

:

:

Synteza ATP: wszystkie tkanki

RBC,

RBC,

tkanki oka

tkanki oka

,

,

rdzeń nerki

rdzeń nerki

,

,

mózg

mózg

,

,

jelita

jelita

,

,

krwinki białe

krwinki białe

,

,

skóra

skóra

:

:

glukoza najlepszym źródłem

energii

W pożywieniu, glukoza jest

W pożywieniu, glukoza jest

najlepszym źródłem CHO

najlepszym źródłem CHO

Cukry proste:

Glu

Glu

koza

koza

, fru

, fru

ktoza

ktoza

, gala

, gala

ktoza

ktoza

Disacharydy:

malto

malto

za

za

:

:

glu

glu

koza

koza

+ glu

+ glu

koza

koza

lacto

lacto

za

za

:

:

glu

glu

k

k

o

o

z

z

e + gala

e + gala

k

k

to

to

za

za

sacharoza

sacharoza

:

:

glu

glu

k

k

o

o

za

za

+ fru

+ fru

k

k

to

to

za

za

Polisacharydy:

amylo

amylo

sa

sa

:

:

glucose + glucose +....

glucose + glucose +....

(układ

liniowy)

amylopect

amylopect

yna

yna

:

:

glucose + glucose +....

glucose + glucose +....

(rozgałęziony)

gl

gl

ikogen

ikogen

:

:

glucose + glucose +...

glucose + glucose +...

(bardzo

rozgałęziony)

STRUKTURA

•

Ogólne funkcje węglowodanów

Ogólne funkcje węglowodanów

Energ

Energ

ia

ia

:

:

synteza

synteza

ATP (~ 4 kcal/g)

S

S

ynte

ynte

za

za

NEAA :

NEAA :

szkielet węglowy

S

S

ynte

ynte

za

za

tłuszczu

tłuszczu

:

:

przez acetylo-

CoA

S

S

ynte

ynte

za

za

Gl

Gl

ikogenu

ikogenu

Intermediaty C

Intermediaty C

y

y

ku Krebsa

ku Krebsa

Nu

Nu

k

k

leot

leot

ydy

ydy

:

:

składniki cukrowe

Gl

Gl

ikoproteiny

ikoproteiny

Gl

Gl

ikolipidy

ikolipidy

Metabolizm

acetyl-CoA

pyruvate

ATP

ADP + P

i

polisacharydy

heksozy

pentozy

ADP + P

i

ATP

ADP + P

i

ATP

ADP + P

i

ATP

ATP

ADP + P

i

ADP + P

i

ATP

tłuszcze

Kw tłuszczowe

ATP

ADP + P

i

białka

aminokwasy

Cykl Krebsa

Cykl

mocznikowy

ATP

ADP + P

i

urea

CO

2

Łańcuch

oddechowy

Fosforylacja

oksydacyjna

O

2

ATP

e

-

Katabolizm

Węglowodany

Węglowodany

Tłuszcze

Tłuszcze

Białka

Białka

Cukry proste

Cukry proste

Kwasy tłuszczowe

Kwasy tłuszczowe

aminokwasy

aminokwasy

Pirogronian

Pirogronian

Acetylo- CoA

Acetylo- CoA

Fosforylacja oksydacyjna

Fosforylacja oksydacyjna

ATP

ATP

Cykl Krebsa

Cykl Krebsa

Etap 1

Etap 2

Etap 3

Glikoliza

Glikoliza

Aminokwasy

i Kwasy Tłuszczowe

Tłuszcze i białka
mogą być używane,
jako źródła energii.

Nie są tak łatwo
dostępne jak CHO.

Wątroba

Glikogen

gluckozo-6-P

pirogronian

Wątroba

Glikogen

gluckozo-6-P

pirogronian

Aminokwasy

lub

Kw tłuszczowe

Aminokwasy

lub

Kw tłuszczowe

•

Węglowodany niezbędne

Węglowodany niezbędne

Metaboliczne zapotrzebowanie na

glukozę: ~300 g/d u ludzi

- glukoza może być otrzymywana z

AAs (nie Leu)

- glukoza może być otrzymywana z

propionianu (SCFA)

- glukoza może być otrzymywana z

glicerolu

-

Glukoza nie może być otrzymywana

z kwasów tłuszczowych!

CHO

CHO

nie są niezbędne w diecie

nie są niezbędne w diecie

•

Glu

Glu

koza z węglowodanów diety

koza z węglowodanów diety

:

:

Pobieranie i trawienie

Pobieranie i trawienie

,

,

Absorpcja

Absorpcja

&

&

Transport do komórek

Transport do komórek

Jama ustna

Jama ustna

Amylaza ślinowa

Amylaza ślinowa

:

:

- hydrolizuje  1-4 wiązanie skrobi
- uwalnianie:
- psychiczna (mózgowe) stymulacja
-mechaniczna stymulacja: jedzeniem w

ustach -chemiczna stymulacja:
smak żywności

- Małe dawki

Żołądek

Żołądek

: mało znaczący

Etap I

• Hydroliza pokarmu na mniejsze podjednostki.

Przemieszczanie
się pokarmu
przez układ
trawienny

Przemieszczanie
się pokarmu
przez układ
trawienny

Etap I

•

Gruczoły ślinowe

Gruczoły ślinowe

:

:

•

Wydzielanie amylazy.

•

- jedzenie skrobi.

•

Żołądek

Żołądek

:

:

•

Wydzielanie HCl.

•

- denaturacja białek i pepsyny

•

Trzustka

Trzustka

:

:

•

Wydzielanie enzymów proteolitycznych i lipaz.

•

- rozkład białek i tłuszczów.

Etap I

•

Wątroba i pęcherzy żółciowy

Wątroba i pęcherzy żółciowy

:

:

•

dostarcza soli żółciowych.

•

- emulguje cząsteczki tłuszczu – wcześniej

rozdrobnionych

•

Jelito cienkie

Jelito cienkie

:

:

•

Dalszy rozkład.

•

Powstawanie aminokwasów, heksoz, kwasów

tłuszczowych i glicerolu

•

Transport do krwi a następnie do tkanek i

komórek.

•

CHO:

CHO:

Pobieranie

Pobieranie

,

,

Absorpcja

Absorpcja

&

&

Transport

Transport

Jelito cienkie

Jelito cienkie

Światło

Światło

przewodu

przewodu

Rąbek szczoteczkowy

Rąbek szczoteczkowy

Pobieranie (trawienie)

Pobieranie (trawienie)

CHO :

CHO :

jelito

jelito

cienkie

cienkie

Światło

Światło

światło

światło

Produkt
do trawienia

CCK

CCK

trzustka

trzustka

enzym

enzym

y

y

CCK = cholecystokinina

Trawienie węglowodanów

Trawienie węglowodanów

:

:

JELITO

JELITO

CIENKIE

CIENKIE

Światło

Światło

światło

światło

trzustka

trzustka

enzym

enzym

y

y

enzym

enzym

y

y

- -amylaza

Rozpad wiązań 1-4 w skrobi:

maltoza,
Wydajność i szybkość zależy od
aktywności enzymów

światło dwunastnicy

światło dwunastnicy

Trawienie weglowodanów

Trawienie weglowodanów

:

:

JELITO

JELITO

CIENKIE

CIENKIE

RĄBEK SZCZOTECZKOWY

RĄBEK SZCZOTECZKOWY

enzymy występujące w

rąbku
szczoteczkowym

malta

malta

za

za

:

:

rozkłada maltozę





-limit de

-limit de

kstrynaza

kstrynaza

:

:

tnie

wiązania 1-6

la

la

k

k

ta

ta

za

za

:

:

rozkłada laktozę

sacharoza:

sacharoza:

rozkłada sacharozę

wynik

wynik

:

:

mono

mono

cukry

cukry

glukoza, galaktoza, fruktoza

•

CHO

CHO

: ABSORP

: ABSORP

CJA

CJA

Miejsce absorpcji

Miejsce absorpcji

Jelito czcze & Jelito kręte

GLU

GLU

KOZA

KOZA

/GALA

/GALA

KTOZA

KTOZA

Wchłaniane przez transport aktywny

-

-

Cukry transportowane zgodnie z

Cukry transportowane zgodnie z

gradientem stężeń

gradientem stężeń

-

-

Potrzebujących (transport czynny

Potrzebujących (transport czynny

wbrew gradientowi)

wbrew gradientowi)

ATP

ATP

Ułatwiona dyfuzja glukozy

-

-

Stężenie glukozy w enterocytach musi

Stężenie glukozy w enterocytach musi

być mniejsze

być mniejsze

•

CHO

CHO

: ABSORP

: ABSORP

CJA

CJA

FRU

FRU

KTOZA

KTOZA

Poprzez nośnik - ułatwiona dyfuzja

-

-

Stężenie

Stężenie

fru

fru

ktozy musi być niższe

ktozy musi być niższe

w enterocycie

w enterocycie

Transport CHO

Transport CHO

- enterocyt, do żyły wrotnej 

wątroba

•

Pobór glukozy przez komórkę:

Pobór glukozy przez komórkę:

- przenośnik- ułatwiona dyfuzja
- Stymulowanie przez insulinę

(mięśnie, wątroba, adipocyty)

•

Metabolizm węglowodanów

Metabolizm węglowodanów

:

:

FRU

FRU

KTOZA

KTOZA

Wątroba

Wątroba

:

:

fruktoza

F-6-P DHAP

glikoliza

GALA

GALA

KTOZA

KTOZA

WĄTROBA

WĄTROBA

:

:

galaktoza

gal-1-P G-1-P

G-6-P

glukoza

•

Metabolizm glukozy

Metabolizm glukozy

:

:

rozłożenie glukozy

rozłożenie glukozy

& synt

& synt

eza

eza

ISTOTNE

ISTOTNE

-

-

Kontrola stężenia glukozy we krwi

Kontrola stężenia glukozy we krwi

podczas głodzenie, wysiłku, stress,
po jedzeniu...
4 - 6 mmol/L (ludzie): 10 mM po
zjedzeniu dużej ilości cukru:
uszkodzenie soczewki, nerek i inne.

problemy z cukrzycą

niski poziom glukozy we krewi:
uszkodzenie mózgu & śmierć

- Control rate of glucose utilization in

- Control rate of glucose utilization in

tissues

tissues

•

Tempo rozkładu glukozy w tkankach

Tempo rozkładu glukozy w tkankach

np. Jak wątroba kontroluje ile
potrzeba jest dla pracujących mięśni
lub mózgu?

np. Kiedy jeść pokarm wysoko
węglowodanowy, tempo absorpcji
glukozy jest wysokie; utrzymanie
fizjologicznego poziomu glukozy, the
tempo zużywania glukozy w
tkankach np. w mięśniach musi
wzrastać

Kontrola

Kontrola

&

&

integracja metabolizmu

integracja metabolizmu

glukozy

glukozy

(

(

usuwanie

usuwanie

&

&

synteza

synteza

)

)

cały czas

cały czas

zachodzi w tkankach

zachodzi w tkankach

Główne znaczenie ma wątroba

Główne znaczenie ma wątroba

Diet

a

jelit

a

Wątroba

Glukoza

we krwi

4.5-5.5

mmol/L

Tłuszc

z

Glicer

ol

Nerki

Mocz BG

>10mmol/L

Mózg

Gruczoły

& inne

tkanki

Mięśni

e

Aminokw

asy

Kw

mlekowy

Wątroba jako
magazyn
glukozy

Czynniki wpływające na stężenie

glukozy

• Głód
• Transport glukozy z jelit
• Wątrobowa

glukogenoliza

– Adrenalina
– Glukagon

• Glukoneogeneza w

wątrobie

• Antagoniści insuliny

– Hormon wzrostu
– Kortysol

• Insulina unieczynnia

enzymy

• Zaspokojenie
• Dyfuzja glukozy w

ECF

• Praca mięśni (wysiłek)
• Insulina

  Utlenianie glukozy
  Odkładanie glikogenu
  Lipogeneza
  Glukoneogeneza

{ glukozuria – w

cukrzycy}

Tendencja wzrostu Tendencja
do obniżenia

•

Wykorzystanie glukozy

Wykorzystanie glukozy

GLU

GLU

K

K

O

O

ZA

ZA

synte

synte

za

za

ATP

ATP

Synteza glikogenu

Synteza glikogenu

synte

synte

za

za

FFA

FFA

synte

synte

za

za

NEAA

NEAA

•

Wykorzystanie glukozy

Wykorzystanie glukozy

:

:

glikoliza

glikoliza

,

,

cykl Krebsa

cykl Krebsa

&

&

synteza

synteza

FFA

FFA

glu

glu

koza

koza

mleczan

mleczan

p

p

irogronian

irogronian

synte

synte

za

za

FFA

FFA

acetyl-CoA

acetyl-CoA

Cykl Krebsa

Cykl Krebsa

ATP

ATP

ATP

ATP

ATP

ATP

ATP

ATP

synteza ATP

•

Wykorzystanie glukozy

Wykorzystanie glukozy

:

:

glikoliza

glikoliza

&

&

cykl

cykl

Krebsa

Krebsa

narządy & tkanki

glu

glu

koza

koza

mleczan

mleczan

p

p

irogronian

irogronian

FFA

acetylo-CoA

Cykl Krebsa

ATP

ATP

ATP

ATP

Glikoliza beztlenowa

Glikoliza beztlenowa

- RBCs, WBCs
- Rdzeń nerek
- enterocyty
- soczewka, rogówka
- skóra
- (mięśnie szkieletowe)

-

-

powstaje

powstaje

ATP (2 ATP/

ATP (2 ATP/

cz.

cz.

glu

glu

kozy

kozy

)

)

-

-

Utrzymywanie stężenia glukozy

Utrzymywanie stężenia glukozy

•

Wykorzystanie glukozy

Wykorzystanie glukozy

:

:

glikoliza

glikoliza

s

s

&

&

Cykl Krebsa

Cykl Krebsa

narządy & tkanki

glu

glu

k

k

o

o

za

za

pirogronian

pirogronian

acetyl

acetyl

o

o

-CoA

-CoA

Cykl

Cykl

TCA

TCA

ATP

ATP

ATP

ATP

ATP

ATP

ATP

ATP

Tlenowa glikoliza

Tlenowa glikoliza

- mózg
- wątroba
- Mięśnie szkieletowe
- Kora nerek
- I inne

-

-

powstaje

powstaje

ATP (3

ATP (3

6

6

ATP/

ATP/

cz.

cz.

glu

glu

kozy

kozy

)

)

-

-

Utrzymanie glukozy we krwi

Utrzymanie glukozy we krwi

•

Wykorzystanie glukozy

Wykorzystanie glukozy

: gl

: gl

ikoliza

ikoliza

&

&

cykl

cykl

Krebsa

Krebsa

stmulowanie i hamowanie

glu

glu

koza

koza

mleczan

pirogronian

pirogronian

acetyl

acetyl

o

o

-CoA

-CoA

Cykl Krebsa

Cykl Krebsa

ATP

ATP

ATP

ATP

ATP

ATP

ATP

ATP

st

st

ymulacja

ymulacja

- Wysokie st. glukozy
- niskie ATP
- insulina

hamowanie

hamowanie

- Wysokie stęż. ATP
- FFAs

FFA

•

Wykorzystanie glukozy

Wykorzystanie glukozy

:

:

synteza

synteza

FFA

FFA

tkanki, stymulacja
(ogólnie występuje tylko przy nadmiarze
dostarczanych kalorii)

glu

glu

koz

koz

a

a

p

p

irogroni

irogroni

an

an

acetyl

acetyl

o

o

-

-

CoA

CoA

Cykl Krebsa

Cykl Krebsa

TG

TG

ATP

ATP

ATP

ATP

głównie:

wątroba

wątroba

adipocyt

adipocyt

y

y

stymulacja

stymulacja

-

Wysokie stęż

glukozy

-

Wysokie stęż

ATP

*

*

- insulina

FFA

FFA

diet

diet

a

a

•

Wykorzystanie glukozy

Wykorzystanie glukozy

:

:

synteza

synteza

NEAA

NEAA

tkanki, stymulacja

glu

glu

k

k

o

o

z

z

a

a

p

p

irogronian

irogronian

acetyl

acetyl

o

o

-

-

CoA

CoA

Cykl Krebsa

Cykl Krebsa

Białka

Białka

ATP

ATP

ATP

ATP

głównie:

wątroba

wątroba

m

m

ięśnie

ięśnie

st

st

ymulacja

ymulacja

-

Wysokie st

glukozy

- Wysokie ATP

*

*

- insulina

NEAA

NEAA

diet

diet

a

a

•

Wykorzystanie glukozy

Wykorzystanie glukozy

GLU

GLU

KOZA

KOZA

Synteza

Synteza

ATP

ATP

glikoliza
cykl Krebsa

Synteza glikogenu

Synteza glikogenu

Synteza

Synteza

FFA

FFA

Synteza

Synteza

NEAA

NEAA

•

Wykorzystanie glukozy

Wykorzystanie glukozy

:

:

synteza

synteza

glikogenu

glikogenu

Wątroba

Wątroba

&

&

Mięśnie

Mięśnie

glukoza

glikogen

Wątroba

Wątroba

Mięśnie

Mięśnie

szkieletowe

szkieletowe

glu

glu

koza

koza

glu

glu

k

k

gl

gl

ik

ik

ogen

ogen

SI

SI

glu

glu

koza

koza

glu

glu

koza

koza

gl

gl

ikogen

ikogen

•

Wykorzystanie glukozy

Wykorzystanie glukozy

:

:

synteza

synteza

glikogenu

glikogenu

Wątroba

Wątroba

& M

& M

ięśnie

ięśnie

glukoza

glikogen

st

st

ymulacja

ymulacja

:

:

wysokie st glu

wysokie st glu

(

(

wątroba

wątroba

)

)

insulin

insulin

a

a

niskie st glu

niskie st glu

(m

(m

ięśnie

ięśnie

)

)

Wątroba

Wątroba

mięśnie

mięśnie

szkieletowe

szkieletowe

glu

glu

k

k

o

o

za

za

glu

glu

k

k

+ ins

+ ins

gl

gl

ikogen

ikogen

SI

SI

glu

glu

koza

koza

glu

glu

kza

kza

glikogen

glikogen

trzustka

trzustka

insulin

insulin

a

a

(ins)

(ins)

+ ins

+ ins

•

Wykorzystanie glukozy

Wykorzystanie glukozy

GLU

GLU

KOZA

KOZA

Synteza ATP

Synteza glikogenu

Synteza FFA

Synteza NEAA

Rozkład glukozy

Rozkład glukozy

wynik:

obniżenie poziomu cukru we krwi
regulacja poziomu glukozy w tkankach

•

Synteza glukozy

Synteza glukozy

:

:

GLU

GLU

KOZA

KOZA

glukoneogeneza

Rozkład glikogenu

Synteza glukozy

Synteza glukozy

cele:

- utrzymanie poziomu glu we krwi:
post, potrzymanie wysiłku, stres,
hypoglikemia
- regulacja zużycia tkankowej glukozy

tkanki: wątroba, mięśnie, nerki

•

Synteza glukozy

Synteza glukozy

:

:

rozpad glikogenu

rozpad glikogenu

(

(

WĄTROBA

WĄTROBA

)

)

glikogen

glukoza

natychmiastowe

natychmiastowe

źródło glukozy

źródło glukozy

stymulacja

stymulacja

:

:

niski poziom glukozy

niski poziom glukozy

adrenalin

adrenalin

a

a

/glu

/glu

k

k

agon

agon

hamowanie

hamowanie

:

:

insulin

insulin

a

a

Wątroba

Wątroba

tkanki

tkanki

glu

glu

koza

koza

glu

glu

koza

koza

gl

gl

ikogen

ikogen

SI

SI

trzustka

trzustka

glu

glu

k

k

agon

agon

+ glu

+ glu

k

k

agon

agon

glu

glu

koza

koza

CO

CO

2

2

•

Synteza glukozy

Synteza glukozy

:

:

rozpad glikogenu

rozpad glikogenu

(m

(m

ięśnie

ięśnie

)

)

gl

gl

ikogen

ikogen

G-6-P (m

G-6-P (m

ięśnie

ięśnie

)

)

jedynie

lokalnie

stymulacja

stymulacja

:

:

adrenalin

adrenalin

a

a

(

(

wysiłek

wysiłek

/stres)

/stres)

Mięśnie szkieletowe

Mięśnie szkieletowe

G-6-P

G-6-P

gl

gl

ikogen

ikogen

CO

CO

2

2

LA

LA

+ adr

+ adr

G-6-P

note:
glikogen

glukoza

•

Metabolizm glukozy

Metabolizm glukozy

:

:

usuwanie

usuwanie

&

&

synte

synte

za

za

Wątroba

Wątroba

:

:

głównym regulatorem poziomu glukozy

głównym regulatorem poziomu glukozy

we krwi

we krwi

Wysoki poziom glu we krwi: wychwyt

gluko

Wątroba

Wątroba

glu

glu

koza

koza

glu

glu

koza

koza

gl

gl

ikogen

ikogen

SI

SI

glu

glu

koza

koza

CO

CO

2

2

+ i

+ i

+ i

+ i

+ i =

+ i =

stymulowane

stymulowane

przez insulinę

przez insulinę

+ i

+ i

FFA

FFA

+ i

+ i

•

Metabolizm glukozy

Metabolizm glukozy

:

:

usuwanie

usuwanie

&

&

synte

synte

za

za

Wątroba

Wątroba

:

:

reguluje poziom cukru we krwi

reguluje poziom cukru we krwi

Niski poziom glu: uwalnianie glukozy

z wątro

Wątroba

Wątroba

glu

glu

koza

koza

glu

glu

koza

koza

gl

gl

ikogen

ikogen

SI

SI

ala

ala

mleczan

mleczan

alanin

alanin

a

a

LA

LA

+g

+g

+ g =

+ g =

stymulacja

stymulacja

przez glikogen

przez glikogen

•

Fizjologiczne znaczeni

Fizjologiczne znaczeni

glukoneogenezy

glukoneogenezy

Niskie CHO w diecie

Niskie CHO w diecie

,

,

wczesne

wczesne

głodzenie

głodzenie

(

(

nie podawać

nie podawać

CHO ),

CHO ),

Infe

Infe

kcje

kcje

&

&

urazy (potrzeba dużo

urazy (potrzeba dużo

glukozy

glukozy

)

)

Wątroba

Wątroba

glu

glu

k

k

o

o

za

za

glu

glu

k

k

o

o

za

za

gl

gl

ikogen

ikogen

SI

SI

mózg

mózg

&

&

Tkanki

Tkanki

beztlenowe

beztlenowe

glu

glu

k

k

oneo-

oneo-

gene

gene

za

za

Wątroba

Wątroba

SI

SI

•

Regulacja zużycia glukozy w

Regulacja zużycia glukozy w

tkankach i rola w tym procesie

tkankach i rola w tym procesie

kwasów tłuszczowych

kwasów tłuszczowych

np. stan żywnienia/wysoka

zawartość CHO w diecie

wychwyt glukozy i jej użycie

wychwyt glukozy i jej użycie

glu

glu

koza

koza

glu

glu

k

k

o

o

za

za

trzustka

trzustka

insulin

insulin

a

a

(ins)

(ins)

gluc

gluc

+ ins

+ ins

gl

gl

ik

ik

ogen

ogen

ATP

ATP

+ ins

+ ins

Wątroba

Wątroba

Mięśnie

Mięśnie

szkieletowe

szkieletowe

SI

SI

•

Regula

Regula

cja wykorzystania glukozy

cja wykorzystania glukozy

glu

glu

koza

koza

glu

glu

koza

koza

trzustka

trzustka

insulin

insulin

a

a

(ins)

(ins)

gluc

gluc

+ins

+ins

gluc

gluc

CO

CO

2

2

/ATP

/ATP

glyc

glyc

ATP

ATP

+ins

+ins

?

?

Ogół żywienia/dieta wysoko CHO t

Pobór i zużycie glukozy

Pobór i zużycie glukozy

Liver

Liver

skeletal

skeletal

muscle

muscle

SI

SI

adipocyte

adipocyte

•

Regula

Regula

cja zużycia glukozy

cja zużycia glukozy

fed state/high CHO diet

role of fatty acids

role of fatty acids

glucose

glucose

glucose

glucose

pancreas

pancreas

insulin

insulin

(ins)

(ins)

TG

TG

FFA

FFA

- ins

- ins

gluc

gluc

+ ins

+ ins

gluc

gluc

FFA

FFA

CO

CO

2

2

/ATP

/ATP

-

-

glyc

glyc

ATP

ATP

•

CHO metabolism:Vitamin & Mineral

CHO metabolism:Vitamin & Mineral

Co-factors

Co-factors

glucose

glucose

lactate

lactate

pyruvate

pyruvate

acetyl-CoA

acetyl-CoA

TCA cycle

TCA cycle

biotin

biotin

(carboxylation)

Thiamine: Vit B

Thiamine: Vit B

1

1

Riboflavin: Vit B

Riboflavin: Vit B

2

2

(FAD)

Niacin: Vit B

Niacin: Vit B

3

3

(NAD)

pantothenic acid

pantothenic acid

(Acetly-CoA)

B

B

3

3

B

B

1,

1,

B

B

2,

2,

B

B

3,

3,

Mg

Mg

2+

2+

pantothenic acid

pantothenic acid

B

B

3

3

B

B

1

1

, B

, B

3

3

biotin

biotin

B

B

3

3

•

Introduction

Introduction

•

Symptoms and clinical features

Symptoms and clinical features

•

Metabolic effects of insulin on CHO

Metabolic effects of insulin on CHO

metabolism

metabolism

•

Metabolic effects on protein & fat

Metabolic effects on protein & fat

metabolism

metabolism

•

Lack of insulin (diabetes mellitus)

Lack of insulin (diabetes mellitus)

- effect on glucose uptake, utilization

& production
- effect glucose production
- effect on protein synthesis & protein
breakdown
- effect on TG breakdown (fat cells)
- effect on ketone body synthesis
(liver)

Diabetes Mellitus:

Diabetes Mellitus:

Metabolism out of

Metabolism out of

control

control

•

Introduction

Introduction

Diabetes Mellitus

Diabetes Mellitus

or

Type 1 (previously juvenile onset)

Type 1 (previously juvenile onset)

or

insulin-dependent diabetes mellitus

insulin-dependent diabetes mellitus

(IDDM)

(IDDM)

recognized as a disease for 2000
years

-cells of Islets of Langerhans

(pancreas) damage: inadequate
insulin production

Diabetes illustrates problems that

arise when integration of
metabolism is impaired:

carbohydrate, protein & lipid

carbohydrate, protein & lipid

metabolism

metabolism

•

Symptoms and clinical features

Symptoms and clinical features

polyuria
polydipsia
polyphagia
weight loss
dehydration
glycosuria
ketosis/ketoacidosis
unconsciousness/coma

•

Metabolic effects of insulin on CHO metabolism

Metabolic effects of insulin on CHO metabolism

glucose uptake and use
decrease blood glucose

Liver

Liver

skeletal

skeletal

muscle

muscle

SI

SI

glucose

glucose

glucose

glucose

insulin = ins

insulin = ins

glucose

glucose

+ins

+ins

gluc

gluc

CO

CO

2

2

/ATP

/ATP

glyco

glyco

+ins

+ins

+ins

+ins

AAs, lactate

AAs, lactate

-ins

-ins

•

Metabolic effects of insulin on protein metabolism

Metabolic effects of insulin on protein metabolism

- stimulate amino acid uptake
- stimulate protein synthesis
- inhibit protein degradation

Liver

Liver

skeletal

skeletal

muscle

muscle

SI

SI

Amino

Amino

Acids

Acids

AAs

AAs

insulin = ins

insulin = ins

AAs

AAs

+ins

+ins

amino

amino

acids

acids

protein

protein

protein

protein

+ins

+ins

+ins

+ins

+ins

+ins

-ins

-ins

•

Metabolic effects of insulin on lipid metabolism

Metabolic effects of insulin on lipid metabolism

-

stimulate triglyceride (TG) synthesis

- inhibit triglyceride breakdown
- inhibit ketone body synthesis

Liver

Liver

SI

SI

free

free

fatty

fatty

acids

acids

AAs

AAs

insulin = ins

insulin = ins

FFAs

FFAs

ketone bodies

ketone bodies

-ins

-ins

adipocyte

adipocyte

TG

TG

FFA

FFA

-ins

-ins

+ins

+ins

•

Lack of insulin (diabetes mellitus)

Lack of insulin (diabetes mellitus)

- effect on glucose uptake, utilization &

- effect on glucose uptake, utilization &

production

production

- effect on protein synthesis & protein

- effect on protein synthesis & protein

breakdown

breakdown

- effect on TG breakdown (fat cells)

- effect on TG breakdown (fat cells)

- effect on ketone body synthesis (liver)

- effect on ketone body synthesis (liver)

•

Lack of insulin (diabetes mellitus):

Lack of insulin (diabetes mellitus):

effect on glucose uptake, utilization &

effect on glucose uptake, utilization &

production

production

decreased glucose uptake and use
increased glucose production

increased blood glucose

increased blood glucose

Liver

Liver

skeletal

skeletal

muscle

muscle

SI

SI

AAs, lactate

AAs, lactate

glucose

glucose

glucose

glucose

AAs

AAs

gluc

gluc

fat

fat

>10 mM glucose
- glucosuria
- polyuria
- polydipsia
- dehydration
- coma

•

Lack of insulin (diabetes mellitus):

Lack of insulin (diabetes mellitus):

effect on protein synthesis & protein

effect on protein synthesis & protein

breakdown

breakdown

decreased protein synthesis
increased protein breakdown

protein wasting

protein wasting

Liver

Liver

skeletal

skeletal

muscle

muscle

SI

SI

Amino

Amino

Acids

Acids

AAs

AAs

amino

amino

acids

acids

protein

protein

glucose

glucose

AAs

AAs

gluc

gluc

fat

fat

protein

protein

•

Lack of insulin (diabetes mellitus):

Lack of insulin (diabetes mellitus):

effect on TG breakdown &

effect on TG breakdown &

synteza ciał

synteza ciał

ketonowych

ketonowych

increased TG breakdown

weight loss

weight loss

increased ketone body synthesis

metabolic acidosis

metabolic acidosis

Liver

Liver

SI

SI

adipocyte

adipocyte

TG

TG

FFA

FFA

FFA

FFA

FFA

FFA

ketones

ketones

Ketones

Ketones

AAs

AAs

gluc

gluc

fat

fat

•

Lack of insulin (diabetes mellitus):

Lack of insulin (diabetes mellitus):

SUMMARY

SUMMARY

Liver

Liver

skeletal

skeletal

muscle

muscle

SI

SI

Amino

Amino

Acids

Acids

AAs

AAs

amino

amino

acids

acids

protein

protein

adipocyte

adipocyte

TG

TG

FFA

FFA

FFA

FFA

FFA

FFA

KBs

KBs

Ketones

Ketones

glucose

glucose

glucose

glucose

AAs

AAs

gluc

gluc

fat

fat

•

Lack of insulin (diabetes mellitus):

Lack of insulin (diabetes mellitus):

Summary

Summary

The normal flow of substrates
following food intake is largely
dependent on the secretion of insulin.
Insulin exerts a potent, positive effect
on anabolism, while inhibiting
catabolic pathways. Diabetes is a vivid
negative example that emphasizes the
integration of metabolism and the
importance of metabolic regulation to
continuance of life.

from

Advanced Nutrition & Human

Metabolism

Groff & Gropper 2000

. Fibre

. Fibre

•

Introduction, Definition & Sources

Introduction, Definition & Sources

•

Type of fibre and properties

Type of fibre and properties

- cellulose, hemicelluloses,

- cellulose, hemicelluloses,





-

-

glucans, pectins, lignin

glucans, pectins, lignin

- soluble vs. insoluble fibre

- soluble vs. insoluble fibre

•

Physiological & Metabolic effects

Physiological & Metabolic effects

- water holding capacity, binding of

- water holding capacity, binding of

nutrients, fermentability

nutrients, fermentability

•

Significance

Significance

•

Recommended intakes

Recommended intakes

•

Introduction

Introduction

In humans, pre-1970’s fibre believed

to have no nutritional value &
antinutrient

Since 1970’s, fibre:

-

-

energy value

energy value

-

-

gastrointestinal function

gastrointestinal function

-

-

nutrient availability

nutrient availability

- prevention & treatment of many

- prevention & treatment of many

diseases

diseases

•

Definition

Definition

-

-

fibre is not a single entity

fibre is not a single entity

- difficult to define

- difficult to define

“Endogenous components of plant

material in the diet that are
resistant to digestion by enzymes
produced by man.

They are predominantly non-

starch polysaccharides and lignin
and may include, in addition,
associated substances.”

(Health and Welfare Canada)

•

Sources

Sources

Plant material

plant cell wall : 95% of fibre
cementing material in plants

legumes:

legumes:

beans, peas

beans, peas

forages:

forages:

alphalpha, timothy hay....

alphalpha, timothy hay....

bran of cereals

bran of cereals

: wheat, oats, corn,

: wheat, oats, corn,

rice....

rice....

skin of fruits & vegetables

skin of fruits & vegetables

•

Type of fibre & properties

Type of fibre & properties

Cellulose

Cellulose

- structural component of cell walls
- linear polymer of -D-glucose
- forages, bran of grains
- high degree of crystallinity

fibrous & water insoluble

- monogastric animals lack cellulase

in SI
cannot hydrolyze -1,4 linkage so

indigestible

colon: bacteria thus

partly fermented

•

Type of fibre & properties

Type of fibre & properties

Hemicelluloses

Hemicelluloses

- polymers of: mannose, galactose,

glucuronic acid, xylose, arabinose
(5 & 6 carbon sugars)
with some branching

- forages, bran of cereals, legumes
- not very water soluble (depends

on type)

- monogastric animals:

hemicelluloses are not digested in
SI
partly digested in colon by
bacteria

•

Type of fibre & properties

Type of fibre & properties





-glucans

-glucans

(gum)

- cell walls of grasses
- bran coat of barley, oats
- glucose polymer: -1,4 and -1,3

(branched)

- water soluble
- monogastric animals:

not digested in SI
gummy and viscous
large intestine: rapidly fermented

•

Type of fibre & properties

Type of fibre & properties

Pectins

Pectins

- structural component of plant cell

walls
cementing material

- polymers of polygalacturonic acid,

which may or may not have a
methylester group

- fruit (skin), forages (alfalfa), rye,
- soluble in H

2

O & form gels

(branched)

- monogastric animals:

pectins are not digested in SI
digested rapidly colon by bacteria

•

Type of fibre & properties

Type of fibre & properties

Lignin

Lignin

- NOT a carbohydrate
- structural component of plant cell

walls

- aromatic polymer; polyphenolic

(hydrophobic)

- insoluble in water
- not digestible in SI or by bacteria

Mucilages & algal polysaccharides

Mucilages & algal polysaccharides

- carragenan, agar
- water soluble
- highly fermentable

•

Type of fibre & properties

Type of fibre & properties

Dietary Fibre

Soluble

Soluble

some hemicelluloses
-glucans

pectins
gums, mucilages

Insoluble

Insoluble

some hemicelluloses
cellulose
lignin

- solubility affects water-holding

- solubility affects water-holding

capacity, fermentability, nutrient

capacity, fermentability, nutrient

adsorption

adsorption

- these exert physiological &

- these exert physiological &

metabolic effects

metabolic effects

•

Physiological & Metabolic effects

Physiological & Metabolic effects

water-holding capacity

water-holding capacity

ability to hold

water

faecal bulk

faecal bulk

colonic transit time

colonic transit time

(faster)

(faster)

reduce constipation

viscous & gel-forming

viscous & gel-forming

mixing of digestive enzymes with

food

nutrient diffusion rate

slower rate of absorption

SI transit time (slow passage)

SI transit time (slow passage)

soluble fibre

soluble fibre

increase satiety

•

Physiological & Metabolic effects

Physiological & Metabolic effects

Adsorption or binding of nutrients by

Adsorption or binding of nutrients by

fibre

fibre

- lignin, pectin, -glucan can bind

some nutrients

bind and reduce absorption of bile

bind and reduce absorption of bile

acids

acids

cholesterol used for more bile acid
synthesis
lower serum cholesterol

reduce Ca

reduce Ca

2+

2+

, Fe

, Fe

2+

2+

, Zn

, Zn

2+

2+

absorption

absorption

COO

-

bind divalent cations

pectins, hemicellulose

•

Physiological & Metabolic effects

Physiological & Metabolic effects

Fermentability

Fermentability

- depends on fibre (esp. solubility)
- residence time
- bacteria population

Short chain fatty acids (SCFAs) are

Short chain fatty acids (SCFAs) are

made

made

acetate
propionate
butyrate

Gases: H

Gases: H

2

2

, CO

, CO

2

2

, methane

, methane

•

Physiological & Metabolic effects

Physiological & Metabolic effects

Short chain fatty acids

Short chain fatty acids

- absorbed

acetate (2 C)

acetate (2 C)

acetyl-CoA

acetyl-CoA

ATP or

ATP or

FFAs

FFAs

propionate (3 C)

propionate (3 C)

liver

liver

glucose

glucose

butyrate (4 C)

butyrate (4 C)

used as fuel for

used as fuel for

intestinal cells

intestinal cells

Fibre that is fermented in can be a

source of energy and glucose

•

Significance

Significance

Fibre is not inert

Fibre is not inert

Energy

Energy

(< 4 kcal/g but > 0 kcal/g)

Disease prevention & treatment

Disease prevention & treatment

constipation/haemorroids/appendi
citis
heart disease/plasma cholesterol
adult-onset diabetes/glucose
absorption
obesity/satiety

Mineral deficiency

Mineral deficiency

rare: intake low and fibre/phytate
high

References

• Groff and Gropper, 2000. Advanced

Nutrition and Human Metabolism