25.Trawienie, metabolizm i rola podstawowych składników odżywczych
Odżywianie to jeden z podstawowych procesów życiowych, polegających na dostarczaniu organizmowi składników pokarmowych.
Człowiek jest organizmem heterotroficznym (cudzożywnym). Pobiera pokarm, trawi go a następnie wchłania. Właściwe odżywianie jest niezbędne do budowy i wzrostu organizmu a także do odbudowy tkanek, płynów ustrojowych oraz związków biologicznie czynnych np. enzymów czy hormonów.
Do podstawowych składników pokarmowych zaliczamy cukry, białka i tłuszcze. Związki te dostarczają energii, pełnią funkcję budulcową i regulacyjną. Właściwa dieta powinna zawierać odpowiednie ilości cukrów, białe, tłuszczy, witamin, składników mineralnych.
BIAŁKA
Białka - to wielkocząsteczkowe biopolimery, a właściwie biologiczne polikondensaty, zbudowane z reszt aminokwasów połączonych ze sobą wiązaniami peptydowymi -CONH-. Wyróżniamy aminokwasy endo- i egzogenne. Endogenne to takie, które organizm ludzki jest w stanie sam syntetyzować samodzielnie. Aminokwasy egzogenne to takie, których nie potrafi syntetyzować i muszą być dostarczone wraz z pokarmem (właśnie dostarczenie aminokwasów egzogennych w odpowiednich ilościach i proporcjach jest głównym powodem dostarczania białka organizmowi). Warto wspomnieć również o aminokwasie ograniczającym. Jest to aminokwas egzogenny, którego dane źródło białka posiada najmniej (bądź pozbawione jest całkiem)w porównaniu do białka wzorcowego (białko jaja kurzego). Ten aminokwas będzie ograniczał możliwości wykorzystania pozostałych aminokwasów w celu budowy białek ustrojowych. Czyli organizm nie będzie w stanie wykorzystać w pełni takiego białka. Jeżeli określony produkt będący źródłem białka, zawiera tylko 60% jakiegoś aminokwasu niezbędnego to oznacza, że organizm wykorzysta dane białko w 60% (owszem Białka mają bardzo złożoną strukturę. Zbudowane są z aminokwasów, a te z kolei z atomów tlenu, węgla, azotu, wodoru i siarki.
Podział białek ze względu na budowę
a) Białka proste - są to związki składające się z wielu aminokwasów (związek dwóch aminokwasów - dipeptyd, trzech aminokwasów - tripeptyd, itd..) zaliczamy do nich: albuminy, globuliny, gluteliny, histony, prolaminy, protaminy, skleroproteiny
b) Białka złożone - to takie związki aminokwasów, które dodatkowo zawierają np. cukry, lipidy, metale, barwniki itd. Zaliczamy do nich: chromoproteiny, fosfoproteidy, glikoproteiny, lipidoproteiny, metaloproteidy, nukleoproteiny.
Rola białek w organizmie:
regulują procesy przemiany materii oraz wiele funkcji ustroju zapewniając jego prawidłowy stan (regulacyjna);
stanowią barierę odpornościową organizmu; jako przeciwciała chronią przed działaniem drobnoustrojów, wirusów i innych czynników patogennych, będących zagrożeniami z zewnątrz dla ludzkiego organizmu (ochronna);
biorą udział w utrzymaniu bilansu wodnego;
pomagają w utrzymaniu równowagi kwasowo-zasadowej;
białka znajdujące się w komórkach przenoszą przez błony komórkowe różne substancje (transportowa);
spełniają funkcje naprawcze uszkodzonych tkanek, np. gojenie ran, tworzenie blizn;
biorą udział przy tworzeniu włosów, paznokci, regeneracji złuszczonych nabłonków skóry;
białka uczestniczą w procesie widzenia - opsyna przenosi bodźce świetlne do zakończeń układu nerwowego;regulują stężenie metabolitów w komórkach.
Trawienie
Trawienie białek zaczyna się dopiero w żołądku, gdzie komórki główne komórek gruczołowych żołądka wydzielają nieczynny enzym pepsynogen. Komórki okładzinowe wydzielają kwas solny, w obecności którego pepsynogen przekształca się w postać czynną - pepsynę. W jelicie cienkim działają trypsyna i chymotrypsyna, które rozkładają cząsteczki polipeptydów do tripeptydów i dipeptydów. Te z kolei rozkładane są przez peptydazy ściany jelita cienkiego do aminokwasów, które zostają wchłaniane do krwi za pomocą odpowiednich przenośników znajdujących się w rąbku szczoteczkowym i żyłą wrotną wędrują do wątroby. Stamtąd większość aminokwasów dalej dostaje się z krwią do komórek ciała. Nadwyżka pozbawiana jest reszt aminowych, przez co powstaje amoniak i ketokwasy. Amoniak przekształcany jest w mniej toksyczny mocznik, który z krwią odtransportowywany jest do nerek. Natomiast ketokwasy mogą zostać wykorzystane do syntezy cukrów i niektórych aminokwasów, zużyte na cele energetyczne bądź przekształcone w tłuszcze zapasowe.
WĘGLOWODANY (cukry, cukrowce, sacharydy)
- organiczne związki chemiczne składające się z atomów węgla, wodoru i tlenu. Są to związki zawierające jednocześnie liczne grupy hydroksylowe, karbonylowe oraz czasami mostki półacetalowe.
Stanowią najpoważniejsze źródło energii w żywieniu człowieka, zarówno tej natychmiastowej, jak i przechowywanej.
Podział węglowodanów:
1. cukry proste (monosacharydy).
a) pentozy:
Arabinoza - składnik żywic i gum roślinnych,
Ksyloza - składnik ksylanu - gumy drzewnej,
Ryboza - nie występuje w naturze w stanie wolnym,
Ksyluloza
Rybuloza
b) heksozy:
Glukoza - cukier gronowy, szeroko rozpowszechniony w naturze. Znajduje się w sokach roślinnych, zwłaszcza owocowych. Ilość glukozy w owocach zależy od ich gatunku i stanu dojrzałości. Glukoza jest cukrem fizjologicznym - znajduje się w płynach ustrojowych. Z udziałem drożdży ulega fermentacji,
Galaktoza - rzadko występuje w stanie wolnym. U roślin występuje przede wszystkim w postaci galaktanów (agar), a u zwierząt min. jako składnik cukru mlecznego i cerebrozydów.
Mannoza - w świecie zwierzęcym składnik wielocukrów złożonych, wchodzących w skład sympleksów białkowych. W świecie roślinnym występuje jako trudno strawny węglowodan (niektóre gatunki orzechów i fasoli). W odżywianiu nie odgrywa większej roli,
2. Cukry złożone małocząsteczkowe (oligosacharydy).
a) dwucukrowce
Sacharoza - składa się z glukozy i fruktozy. Sacharoza jest doskonałym konserwantem dla mleka i dżemów, ponieważ obniża aktywność wodną w tych produktach, przez co hamuje wzrost pleśni,
Laktoza - składa się z glukozy i galaktozy. Występuje w mleku i produktach mlecznych. U ludzi z upośledzonym wytwarzaniem laktazy - enzymu, który bierze udział w trawieniu laktozy, organizm nie toleruje tego cukru. Dlatego zaleca się im spożywanie fermentowanych napojów mlecznych takich jak np. jogurt, kefir w których bakterie kwasu mlekowego podczas procesu fermentacji rozkładają laktozę, przez co obniżają jej ilość w tych produktach,
Maltoza - składa się z z dwóch cząsteczek glukozy. Występuje w piwie i produktach piekarniczych.
b) trójcukrowce
Rafinoza - składa się z galaktozy, glukozy i fruktozy.Jest nietrawiony przez przewód pokarmowy człowieka. Występuje w nasionach roślin strączkowych.
c) czterocukrowce
Stachioza - składa się z dwóch cząsteczek galaktozy, glukozy i fruktozy.
3. Cukry złożone wielkocząsteczkowe (polisacharydy).
a) grupa skrobi
Skrobia - główny materiał zapasowy roślin. Dostarcza prawie 25% całkowitej dziennej energii. Żywność zawierająca skrobię daje uczucie sytości i na długo redukuje uczucie głodu. Budowa ziarn skrobiowych jest różnorodna i charakterystyczna dla poszczególnych roślin, Inulina (skrobia georginiowa) - występuje w bulwach georginii, karczochach, cykorii. Składa się z fruktozy. Jest wielocukrem, który w drodze trawienia, wchłaniania, wydalania nie podlega żadnym przemianom (cukier testowy),
Glikogen - materiał zapasowy organizmów zwierzęcych i drożdży. Glikogen mięśniowy jest wykorzystywany głównie do dostarczania energii wykorzystywanej na ich pracę. Glikogen zawarty w wątrobie jest używany bezpośrednio jako źródło glukozy dla mózgu i czerwonych ciałek krwi. Wątroba nie może go syntetyzować. Glikogen jest rozkładany do glukozy,
Chityna - wielocukier zbudowany wyłącznie z N-acetyloglukozoaminy. Nie poddaje się działaniu enzymów roślinnych i zwierzęcych. Stanowi główny materiał podporowy i budulcowy niektórych bakterii, grzybów, owadów, skorupiaków,
Dekstryny.
b) grupa celulozy - potocznie nazywana błonnikiem pokarmowym
Włókno pokarmowe nierozpuszczalne w wodzie (Celuloza, hemiceluloza, ligniny) - jest to część pożywienia, której nasz organizm nie trawi, lecz jest ona niezbędna
Funkcje węglowodanów.
zapasowe - podczas wieloetapowego spalania 1g glukozy w komórkach wyzwala się 17,2 kJ energii. U roślin magazynem energii jest głównie skrobia i inulina, a u zwierząt oraz ludzi glikogen
transportowa - u roślin transportową formą cukru jest sacharoza, a u zwierząt oraz ludzi glukoza
budulcowa (celuloza, hemiceluloza)
wchodzą w skład DNA i RNA, stanowią modyfikację niektórych białek.
hamują krzepnięcie krwi - heparyna
są materiałem energetycznym (fruktoza) i odżywczym (maltoza, laktoza, rafinoza).
Trawienie węglowodanów.
Trawienie węglowodanów rozpoczyna się w jamie ustnej. Pokarm znajdujący się w jamie ustnej zostaje rozdrobniony na mniejsze kawałki i przeżuty.
Podczas żucia, w którym biorą udział zęby, mięśnie policzków i warg kurczą się, aby wspomóc działanie języka przesuwającego pokarm wewnątrz jamy ustnej. W jamie ustnej pokarm jest wymieszany ze śliną zawierającą enzym- amylazę, która rozkłada skrobię (wielocukier) na mniejsze fragmenty z odłączeniem maltozy (dwucukru).
Gdy pokarm jest przeżuty i nadtrawiony przez amylazę ślinową, język kształtuje z niego kęsy otoczone śluzem, gotowe do dalszej podróży przez przewód pokarmowy. Pokarm dostaje się do gardła (wspólny odcinek dla układu pokarmowego i oddechowego), dalej przez przełyk do żołądka, a z niego porcjami do jelita cienkiego. Tutaj następuje dalszy etap trawienia węglowodanów. W dwunastnicy pod wpływem zespołu amylaz trzustkowych i jelitowych dochodzi do rozkładu krótszych fragmentów skrobi na cząsteczki maltozy.
Wszystkie dwucukry (maltoza, laktoza, sacharoza) znajdujące się w dwunastnicy zostają rozłożone przez odpowiednie enzymy jelita cienkiego na cukry proste (glukoza, fruktoza, galaktoza).
I tak enzym maltaza rozszczepia maltozę na dwie cząsteczki glukozy, enzym sacharaza- rozkłada sacharozę na glukozę i fruktozę, a enzym laktaza- rozkłada laktozę na glukozę i galaktozę.
TŁUSZCZE - nazwa tłuszcze odnosi się do grupy lipidów, estrów glicerolu i kwasów tłuszczowych. Z chemicznego punktu widzenia tłuszcze są naturalnymi związkami organicznymi zbudowanymi z atomów węgla, tlenu i wodoru o bardzo zróżnicowanej budowie. Większość tłuszczów nie ma zapachu, jest nierozpuszczalna w wodzie i rozpuszczalnikach polarnych oraz dobrze rozpuszczalna w rozpuszczalnikach niepolarnych. Wszystkie są lżejsze od wody a ich pH jest obojętne. Tłuszcze są związkami dostarczającymi największych ilości energii, w trakcie reakcji ich utleniania powstaje dwa razy więcej energii, niż w przypadku utleniania białek. Tłuszcze stanowią rozpuszczalniki dla wielu istotnych związków, w tym witamin A, D, E, K.
Podział tłuszczów.
a) Ze względu na pochodzenie:
roślinne
zwierzęce
sztuczne i modyfikowane.
b) Ze względu na obecność wiązań podwójnych:
nasycone, w których występują reszty kwasów tłuszczowych posiadających w łańcuchu węglowodorowym wyłącznie wiązania pojedyncze; tłuszcze te są produkowane przede wszystkim przez organizmy zwierząt.
nienasycone, w których występują reszty kwasów tłuszczowych posiadających w łańcuchu węglowodorowym wiązania podwójne; tłuszcze te występują w dużych ilościach w roślinach i zwykle w temperaturze pokojowej są ciekłe;
Funkcje
są najbardziej skoncentrowanym źródłem energii, z 1 g tłuszczów wyzwalają się 9 kcal,
są wygodnym i głównym źródłem materiału zapasowego (umożliwiają robienie przerw między posiłkami, podczas pracy, umożliwiają funkcjonowanie organizmu poza strefą neutralności cieplnej - utrzymywanie temperatury ciała),
nagromadzony w tkance tłuszcz chroni przed nadmiernym wydzieleniem ciepła, pozwala na adoptowanie się w niskiej temperaturze, wewnątrz organizmu utrzymuje narządy w stałym położeniu, zapobiega ich przemieszczaniu się,
odłożone w organizmie lipidy są magazynem wody, 30-50% tkanki tłuszczowej stanowi woda, spalenie 100 g tkanki tłuszczowej wyzwala 107 g wody,
mieszane tłuszcze pożywienia są źródłem witamin rozpuszczalnych w tłuszczach: A, D, E, K i Niezbędnych Nienasyconych Kwasów Tłuszczowych (witamina F
tłuszcze w pożywieniu oszczędzają gospodarkę białkami i witaminami z grupy B,
mają dużą wartość sytną - hamują wydzielanie soku żołądkowego, podnoszą smak potraw,
pełnią funkcję budulcową, są składnikiem błon komórkowych oraz stanowią ważny element wchodzący w skład wielu hormonów, cholesterolu oraz ważnych substancji wewnątrzkomórkowych.
TRAWIENIE TŁUSZCZY
Trawienie tłuszczy odbywa się w dwunastnicy i jelicie cienkim pod wpływem enzymów lipolitycznych (lipazy, fosfolipazy). Enzymy te działają jedynie na powierzchni tłuszczy (gdyż nie rozpuszczają się w nich). W celu zwiększenia powierzchni tłuszczu dostępnej dla enzymów, woreczek żółciowy wydziela do dwunastnicy żółć (w miarę zapotrzebowania). Żółć powoduje emulgację tłuszczu, co oznacza, że ulegają one rozbiciu na emulsję. Zostają one następnie poddane działaniu enzymów trzustki, czyli lipaz (enzymy aktywne w zasadowym środowisku). Enzymy te powodują rozbicie cząsteczek tłuszczu na kwasy tłuszczowe i glicerol. Strawione tłuszcze przenikają z jelita cienkiego do żyły wrotnej i dalej do komórek wątroby. Zemuglowane tłuszcze trafiają także z dwunastnicy do limfy (w małych ilościach do naczyń krwionośnych).
Witaminy
Witaminy to substancje egzogenne, które są niezbędne do funkcjonowania organizmu a jednocześnie muszą być podawane z zewnątrz, gdyż organizm nie jest w stanie ich sam wyprodukować. Należy zaznaczyć, że witaminy przyjmowane w naturalnej postaci (np. z owoców czy warzyw) są dużo bardziej wartościowe niż te podawane z pomocą suplementów. Witaminy wpływają na wiele procesów zachodzących w organizmie, regulują i współuczestniczą w:
Przemianie tłuszczów i węglowodanów (energia),
Działaniu enzymów (regulacja metabolizmu),
Odnowie uszkodzonych tkanek (funkcja budulcowa),
Tworzeniu hormonów, przeciwciał, krwinek (układ odpornościowy).
Podział witamin
Witamy możemy podzielić na te rozpuszczane w wodzie oraz w tłuszczach. Podział ten jest o tyle istotny, ponieważ:
witaminy rozpuszczane w tłuszczach (A - Retinol, D - Cholekalcyferol, E - Tokoferol, K - Fitochinon) można dość łatwo przedawkować, ponieważ są one magazynowane przez organizm.
witaminy rozpuszczane w wodzie (Witaminy z grupy B, C - Kwas askrobiowy, ) są na bieżąco wydalanie z organizmu i ich poziom musi być stale uzupełniany.
zespół nienasyconych kwasów tłuszczowych - Witamiana F.
SKŁADNIKI MINERALNE
Składniki mineralne spełniają w żywych organizmach rolę substancji regulujących przemianę materii oraz są materiałem budulcowym. Organizm ludzki zawiera w swym składzie około 40 pierwiastków chemicznych. Podobnie do witamin, zalecane ilości składników mineralnych niezbędne do zapewnienia zdrowia są określane w miligramach lub nawet mikrogramach. Niektóre z nich występują w większych ilościach i noszą nazwę makroelementy np. Wapń, Chlor, Magnez, Fosfor, Potas, Sód, inne zaś - w ilościach śladowych i noszą nazwę mikroelementów np. Żelazo, Cynk, Miedź, Mangan, Molibden, Jod, Fluor, Chrom, Selen.