معلومة

هل يستطيع جسم الإنسان إنتاج الجلوكوز من الدهون؟


قرأت آراء متضاربة حول ما إذا كان الجسم البشري يمكنه إنتاج الجلوكوز من الدهون أم لا. وسعها؟


فقط حوالي 5-6٪ من الدهون الثلاثية (الدهون) يمكن تحويلها إلى جلوكوز في البشر.

هذا لأن الدهون الثلاثية تتكون من جزيء واحد من 3 كربون جلسرين وثلاثة أحماض دهنية 16 أو 18 كربون. الجلسرين (3/51-to-57 = 5.2-5.9٪) علبة يتم تحويلها إلى جلوكوز في الكبد عن طريق استحداث السكر (بعد التحويل إلى فوسفات ثنائي هيدروكسي أسيتون).

ومع ذلك ، تتأكسد سلاسل الأحماض الدهنية إلى acetyl-CoA ، والتي لا تستطيع تتحول إلى جلوكوز في البشر. يعد Acetyl-CoA مصدرًا لـ ATP عندما يتأكسد في دورة حمض الكربوكسيل ، لكن الكربون ينتقل إلى ثاني أكسيد الكربون. (يوازن جزيء oxaloacetate المنتج في الدورة فقط تكثيف acetyl-CoA لدخول الدورة ، وبالتالي لا يمكن استغلاله في تكوين الجلوكوز.)

لذا فإن الدهون الثلاثية هي مصدر فقير للجلوكوز في الجوع ، وهذه ليست وظيفتها الأساسية. يتم تحويل بعض Acetyl-CoA إلى أجسام كيتونية (acetoacetate و β-hydroxybutyrate) في حالة الجوع ، والتي يمكن أن تحل محل جزء - ولكن ليس كل - متطلبات الدماغ من الجلوكوز.

النباتات وبعض البكتيريا علبة تحويل الأحماض الدهنية إلى جلوكوز لأنها تمتلك إنزيمات تحويلة الجليوكسيلات التي تسمح لجزيئين من Acetyl-CoA بالتحول إلى مالات ثم أوكسالو أسيتات. هذا غير موجود بشكل عام في الثدييات ، على الرغم من أنه تم الإبلاغ عنه في الحيوانات السباتية (بفضلRoland للحصول على آخر جزء من المعلومات).


لتكون أكثر تفصيلا هو لا رجعة فيه من رد الفعل الذي يحمله بيروفات ديهيدروجينيز مما يجعل من المستحيل تحويل سلاسل الأحماض الدهنية إلى جلوكوز. ال سلاسل الأحماض الدهنية يتم تحويلها إلى أسيتيل CoA.

أسيتيل كو أ ليتم تحويلها إلى البيروفات بحاجة إلى إنزيم يمكنه القيام بالتفاعل العكسي لبيروفات ديهيدروجينيز (في البشر لا يوجد مثل هذا الإنزيم). من البيروفيت داخل الميتوكوندريا يتم تحويله إلى جلوكوز (استحداث السكر).


روابط ذات علاقة

مراجع: هدم BCAA في الدهون البنية يتحكم في توازن الطاقة من خلال SLC25A44. Yoneshiro T و Wang Q و Tajima K و Matsushita M و Maki H و Igarashi K و Dai Z و White PJ و McGarrah RW و Ilkayeva OR و Deleye Y و Oguri Y و Kuroda M و Ikeda K و Li H و Ueno A و Ohishi M ، Ishikawa T، Kim K، Chen Y، Sponton CH، Pradhan RN، Majd H، Greiner VJ، Yoneshiro M، Brown Z، Chondronikola M، Takahashi H، Goto T، Kawada T، Sidossis L، Szoka FC، McManus MT، Saito م ، سوجا تي ، كاجيمورا س. طبيعة سجية. 2019 21 أغسطس. دوى: 10.1038 / s41586-019-1503-x. [النشر الإلكتروني قبل الطباعة]. بميد: 31435015.

التمويل: المعهد الوطني للسكري وأمراض الجهاز الهضمي والكلى التابع للمعاهد الوطنية للصحة (NIDDK) والمعهد الوطني للسرطان (NCI) مؤسسة إدوارد مالينكروت جونيور ، الرابطة الأمريكية لمرض السكري ، الوكالة اليابانية للأبحاث الطبية والتنمية ، الجمعية اليابانية لتعزيز العلوم.


الجلوكوز هو جزيء سكر من ستة كربون. يقوم جسمك أولاً بتحويل هذا الجزيء إلى جزيئين من ثلاثة كربون من البيروفات من خلال عملية تحلل السكر ثم إلى أسيتيل CoA. عندما يحتاج جسمك إلى طاقة فورية ، يدخل acetyl CoA دورة حمض الستريك مكونًا جزيئات طاقة على شكل ATP. عندما يتجاوز تناول الجلوكوز احتياجات الجسم من الطاقة - على سبيل المثال ، تأكل مثلجات الآيس كريم ثم تسترخي على الأريكة لمدة خمس ساعات - لا يحتاج جسمك إلى تكوين المزيد من جزيئات الطاقة. لذلك ، يبدأ acetyl CoA عملية تخليق الأحماض الدهنية لتصبح دهون ثلاثية مخزنة في الأنسجة الدهنية بجسمك. هذه الدهون الثلاثية عبارة عن جزيئات طاقة مخزنة يمكن تفكيكها لاحقًا لمنحك الطاقة التي تحتاجها ، على سبيل المثال ، للنهوض من الأريكة والذهاب في جولة بالدراجة.

يتأثر تكوين الأحماض الدهنية بالأطعمة التي تتناولها والهرمونات التي تفرزها. عندما تكون مستويات الجلوكوز في الدم مرتفعة ، بعد تناول وجبة سكرية مثلاً ، يفرز جسمك الأنسولين. يحفز الأنسولين تكوين الأحماض الدهنية Synthase ، وهو إنزيم يزيد تخزين الدهون. من ناحية أخرى ، تقلل الأحماض الدهنية المتعددة غير المشبعة من تكوين إنزيم الأحماض الدهنية Synthase ، مما يعني أن تناول الأطعمة التي تحتوي على الدهون المتعددة غير المشبعة قد لا يؤدي إلى زيادة تخزين الدهون مثل تناول الأطعمة السكرية. بالإضافة إلى ذلك ، عندما تزيد الخلايا الدهنية لديك من تخزين الدهون ، يتم إنتاج جزيء يسمى اللبتين. يؤدي اللبتين إلى تقليل تناول الطعام وزيادة إنفاق الطاقة وكذلك تثبيط تخليق الأحماض الدهنية.


تحويل البروتين إلى جلوكوز

بعد تناول الأطعمة التي تحتوي على البروتين ، يتم هضمها وتقسيمها إلى أحماض أمينية فردية ، والتي تستخدمها الخلايا بعد ذلك لإعادة بناء بروتينات جديدة. للأحماض الأمينية أيضًا مجموعة متنوعة من الوظائف الأخرى ، مثل المساعدة في إنتاج الناقلات العصبية ومضادات الأكسدة. يمكن لجسمك استخدام جميع الأحماض الأمينية باستثناء الليسين والليوسين لصنع الجلوكوز. بعض الأحماض الأمينية لديها القدرة على أن تصبح جلوكوز وأحماض دهنية ، بينما لا يمكن استخدام ليسين وليوسين إلا في تصنيع الأحماض الدهنية.


دورة حمض اللاكتيك

إذا احتاج جسمك إلى الطاقة على الفور ، فإنه يحول البيروفات إلى حمض اللاكتيك. عندما تقوم بتمرين مكثف مثل رفع الأوزان الثقيلة أو الركض السريع ، فإن جسمك يستخدم حمض اللاكتيك لتوليد الطاقة.

يسمى التمرين المكثف بالتمرين اللاهوائي لأنك أنت لا تحتاج إلى أكسجين لتوليد الطاقة. هذا هو السبب في أنه من الأسرع تحويل البيروفات إلى حمض اللاكتيك ، لأنه لا يلزم وجود أكسجين.

هناك عيبان رئيسيان للطاقة اللاهوائية. الأول هو أنه عندما يتراكم حمض اللاكتيك فإنه يبطئ ويوقف العملية الكيميائية التي تنتج الطاقة. لهذا السبب يمكنك الحفاظ على العدو السريع وتفشل عضلاتك أثناء رفع الأثقال الثقيلة.

العيب الآخر هو أنه يمكنك تحقيق الكثير من ATP من هذه العملية. إنه سريع ولكنه غير فعال. لكل جزيء تستخدمه من الجلوكوز ، يمكنك إنشاء أربعة ATPs. هذا أقل بكثير مما لو كان جسمك يستخدم الأكسجين.


دائما جائع؟ قد تكون خلايا الدهون الخاصة بك هي السبب

بالمقارنة مع الأنواع الأخرى بحجمنا ، يمتلك البشر دماغًا كبيرًا بشكل استثنائي يتطلب كمية هائلة من السعرات الحرارية. المتطلبات الأيضية للدماغ كبيرة جدًا لدرجة أنه ، في ظل ظروف الراحة ، يستخدم حوالي واحد من كل ثلاثة سعرات حرارية نستهلكها. وهذا الشرط من السعرات الحرارية مطلق. أي انقطاع من شأنه أن يسبب فقدانًا فوريًا للوعي ، يتبعه سريعًا نوبة صرع وغيبوبة وموت. هذه مشكلة ، لأنه حتى وقت قريب جدًا في تاريخ البشرية ، كان الوصول إلى السعرات الحرارية دائمًا غير متوقع. واجه أسلافنا فترات طويلة من الحرمان عندما فشلت عملية صيد أو محصول غذائي أساسي ، خلال فصول الشتاء القاسية ، أو عند الخروج عبر المحيط. كان مفتاح بقائهم على قيد الحياة هو دهون الجسم.

إذا ذهبنا لأكثر من بضع ساعات دون تناول الطعام ، يجب أن يعتمد الجسم على الوقود المخزن للحصول على الطاقة ، وهذه تأتي في ثلاثة أنواع أساسية ، مألوفة لأي شخص يقرأ ملصق التغذية: الكربوهيدرات والبروتين والدهون. يخزن الجسم الكربوهيدرات التي يمكن الوصول إليها في الكبد والبروتين في العضلات ، ولكن هذه في أشكال مخففة ومحاطة بالكثير من الماء. في المقابل ، تتركز الدهون المخزنة بدرجة عالية ، لأن الأنسجة الدهنية تحتوي على القليل جدًا من الماء. بالإضافة إلى ذلك ، تحتوي الكربوهيدرات النقية والبروتينات على أقل من نصف السعرات الحرارية للدهون النقية ، مما يجعلها مصادر طاقة ضعيفة نسبيًا. لهذه الأسباب ، يحتوي الكبد والعضلات على جزء صغير فقط من السعرات الحرارية في الأنسجة الدهنية (أقل من 600 مقابل حوالي 3500 لكل رطل). في حالة عدم وجود دهون في الجسم ، حتى الرجل العضلي سوف يهدر في أيام دون تناول الطعام ، في حين أن جميع البالغين باستثناء الأصغر سناً لديهم دهون كافية للبقاء على قيد الحياة لعدة أسابيع.

وهذه الخلايا الدهنية ليست مجرد مستودعات تخزين خاملة. تمتص الخلايا الدهنية بنشاط السعرات الحرارية الزائدة بعد الوجبات مباشرة وتطلقها بطريقة مضبوطة في أوقات أخرى ، وفقًا لاحتياجات الجسم.

تستجيب الأنسجة الدهنية أيضًا وتصدر العديد من الإشارات الكيميائية والرسائل العصبية ، مما يساعد على ضبط التمثيل الغذائي والجهاز المناعي لدينا. ولكن عندما تتعطل الخلايا الدهنية ، تنشأ مشاكل كبيرة.

نعتقد عمومًا أن زيادة الوزن هي النتيجة الحتمية لاستهلاك الكثير من السعرات الحرارية ، حيث تكون الخلايا الدهنية هي المتلقي السلبي لهذا الفائض. لكن الخلايا الدهنية لا تفعل شيئًا بدون تعليمات محددة - وبالتأكيد ليس تخزين السعرات الحرارية وإطلاقها ، وهما أهم وظائفها.

الأنسولين: سماد الخلايا الدهنية

تؤثر العديد من المواد التي ينتجها الجسم أو التي يحتويها نظامنا الغذائي بشكل مباشر على سلوك الخلايا الدهنية ، وعلى رأسها هرمون الأنسولين.

يُعرف الأنسولين ، المصنوع في البنكرياس ، على نطاق واسع بقدرته على خفض نسبة السكر في الدم. تؤدي مشاكل إنتاج أو عمل الأنسولين إلى الأشكال الشائعة لمرض السكري ، وتحديدًا النوع الأول (الذي كان يُسمى سابقًا سكري الأحداث) والنوع الثاني (المضاعفات المتكررة للسمنة).

لكن إجراءات الأنسولين تمتد إلى ما هو أبعد من السيطرة على نسبة السكر في الدم ، إلى كيفية تدفق جميع السعرات الحرارية في جميع أنحاء الجسم.

بعد وقت قصير من بدء الوجبة ، يرتفع مستوى الأنسولين ، ويوجه السعرات الحرارية الواردة - الجلوكوز من الكربوهيدرات ، والأحماض الأمينية من البروتين ، والأحماض الدهنية الحرة من الدهون في نظامنا الغذائي - إلى أنسجة الجسم للاستخدام أو التخزين. بعد بضع ساعات ، يسمح انخفاض مستوى الأنسولين بدخول الوقود المخزن إلى الدم ، لاستخدامه من قبل الدماغ وبقية الجسم. على الرغم من أن الهرمونات والمدخلات البيولوجية الأخرى تلعب أدوارًا داعمة في تصميم الرقصات هذا ، فإن الأنسولين هو النجم بلا منازع.

تعتبر تأثيرات الأنسولين على تخزين السعرات الحرارية قوية للغاية بحيث يمكننا اعتباره سماد الخلايا الدهنية النهائي. على سبيل المثال ، أصيبت الفئران التي أُعطيت حقن الأنسولين بانخفاض نسبة الجلوكوز في الدم (نقص السكر في الدم) وأكلت أكثر واكتسبت وزنًا. حتى عندما كان طعامهم يقتصر على طعام الحيوانات الضابطة ، فقد أصبحوا أكثر بدانة. وعلى العكس من ذلك ، فإن الفئران المعدلة وراثيًا لإنتاج كمية أقل من الأنسولين لديها خلايا دهنية صحية ، وتحرق المزيد من السعرات الحرارية ، وتقاوم زيادة الوزن ، حتى عند اتباع نظام غذائي يجعل الفئران طبيعية.

في البشر ، يؤدي ارتفاع معدلات إفراز الأنسولين من البنكرياس بسبب المتغيرات الجينية أو لأسباب أخرى إلى زيادة الوزن. الأشخاص المصابون بداء السكري من النوع الأول والذين يتلقون أنسولين زائدًا يزيد وزنهم بشكل متوقع ، في حين أن أولئك الذين عولجوا بشكل غير كافٍ مع القليل جدًا من الأنسولين يفقدون الوزن ، بغض النظر عن مقدار تناولهم. علاوة على ذلك ، ترتبط الأدوية التي تحفز إفراز الأنسولين من البنكرياس أيضًا بزيادة الوزن ، وتلك التي تمنع إطلاقه بفقدان الوزن.

إذا كان الكثير من الأنسولين يدفع الخلايا الدهنية إلى الزيادة في الحجم والعدد ، فما الذي يدفع البنكرياس إلى إنتاج الكثير من الأنسولين؟ الكربوهيدرات ، وخاصة السكر والنشويات المعالجة التي تهضم بسرعة وتحولها إلى سكر. بشكل أساسي ، أي من تلك الأطعمة المعبأة "قليلة الدسم" المصنوعة أساسًا من الحبوب المكررة أو منتجات البطاطس أو السكر المركز الذي تسلل إلى نظامنا الغذائي حيث ركزنا بعقلية واحدة على تناول كميات أقل من الدهون.

تجعلنا خلايا الدهون لدينا دسمة

كل هذا مجرد علم الغدد الصماء 101 ، معلومات راسخة يجب أن يعرفها كل طالب طب في السنة الأولى. لكنه يؤدي إلى احتمال مذهل. الطريقة المعتادة في التفكير في وباء السمنة تجعلها متخلفة. إن الإفراط في تناول الطعام لم يجعل الخلايا الدهنية لدينا تنمو وقد تمت برمجة خلايانا الدهنية لتنمو ، وهذا جعلنا نفرط في تناول الطعام.


البروتينات

البروتينات عبارة عن بوليمرات من الأحماض الأمينية. على الرغم من وجود مئات الآلاف من البروتينات المختلفة الموجودة في الطبيعة ، إلا أنها تتكون جميعها من مجموعات مختلفة من الأحماض الأمينية. البروتينات هي جزيئات كبيرة قد تتكون من مئات أو حتى آلاف الأحماض الأمينية. جميع الأحماض الأمينية لها الهيكل العام (انظر الشكل 2).

الشكل 2: الهيكل العام للحمض الأميني.

يمثل R في الرسم التخطيطي مجموعة وظيفية تختلف اعتمادًا على الحمض الأميني المحدد المعني. على سبيل المثال ، يمكن أن تكون R مجرد ذرة H ، كما في الحمض الأميني جلايسين ، أو مجموعة عضوية أكثر تعقيدًا. عندما يترابط اثنان من الأحماض الأمينية معًا ، يتم تحرير طرفي الأحماض الأمينية القريبة (كما هو موضح باللون الأحمر) وينطلق الكربون (يسمى الكربوكسيل) من أحد روابط الأحماض الأمينية إلى نهاية النيتروجين في الطرف المجاور مكونًا رابطة ببتيدية ، كما هو موضح في الشكل 3.

الشكل 3: رابطة الببتيد.

الغرض من البروتينات

عندما تترابط العديد من الأحماض الأمينية معًا لإنشاء سلاسل طويلة ، يُطلق على الهيكل اسم بروتين (يُطلق عليه أيضًا عديد ببتيد لأنه يحتوي على العديد من روابط الببتيد). تخدم البروتينات غرضين رئيسيين في جسم الإنسان:

البروتينات الهيكلية تشكل معظم المواد الصلبة في جسم الإنسان. على سبيل المثال ، البروتينات الهيكلية الكيراتين والكولاجين هي المكون الرئيسي لشعرك وعضلاتك وأوتارك وجلدك.

بروتينات وظيفية تساعد في القيام بالأنشطة والوظائف في جسم الإنسان. على سبيل المثال ، الهيموجلوبين هو بروتين وظيفي يحدث في خلايا الدم الحمراء ويساعد على نقل الأكسجين في الجسم. الميوسين هو بروتين يحدث في الأنسجة العضلية وهو مسؤول عن قدرة العضلات على الانقباض. الأنسولين هو بروتين وظيفي يساعد على تنظيم تخزين السكر والجلوكوز في جسم الإنسان. فئة فرعية من البروتينات الوظيفية هي مجموعة البولي ببتيدات المشار إليها باسم الإنزيمات. تساعد الإنزيمات على إجراء تفاعلات كيميائية محددة في الجسم. على سبيل المثال ، الأميليز هو إنزيم يحدث في كل من لعاب الإنسان والأمعاء يساعد على تفكيك روابط الجلوكوز والجلوكوز في نشا الكربوهيدرات ، مما يسمح لجسمك بامتصاص الجلوكوز واستخدامه للطاقة.

يوجد ما يقدر بنحو 100000 بروتين مختلف في جسم الإنسان وحده ، ويتكون كل منها من توليفات مختلفة من 20 حمضًا أمينيًا فقط. كل بروتين له بنية مختلفة ويؤدي وظيفة مختلفة في الجسم. عندما نأكل الأطعمة المحتوية على البروتين (مثل اللحوم والأسماك والفاصوليا والبيض والجبن وما إلى ذلك) ، يتم تكسير سلاسل البولي ببتيد بشكل عام في الجهاز الهضمي ويتم امتصاص الأحماض الأمينية الفردية في أجسامنا. ثم يتم إعادة تجميع هذه الأحماض الأمينية في بروتينات خاصة بكل فرد في عملية تسمى تخليق البروتين.

هناك مئات الآلاف من البروتينات الموجودة في الطبيعة. هذا ممكن

الجوانب الوظيفية لبنية البروتين

من أجل القيام بهذه الوظائف الدقيقة جدًا في الجسم ، يجب أن يكون كل بروتين فرديًا فريدًا ومخصصًا للوظيفة المعنية. أربعة جوانب من بنية البروتين خاصة بالوظيفة التي يقوم بها البروتين في الجسم.

الهيكل الأساسي (1 درجة): يُطلق على الجانب الأول من بنية البروتين اسم الهيكل الأساسي (1 درجة). الهيكل الأساسي للبروتين هو تسلسل الأحماض الأمينية في البروتين. يمكن أن يختلف عدد الأحماض الأمينية في البروتين من المئات إلى الآلاف ، والتسلسل الذي تحدث فيه تلك الأحماض الأمينية العشرون المختلفة المذكورة للتو (من الواضح أن حمض أميني واحد يمكن أن يحدث في البروتين عدة مرات) خاص بالبروتين الفردي ، تمامًا كما أن تسلسل الأرقام في رقم هاتفك خاص بهاتفك.

الهيكل الثانوي (2 درجة): ال الهيكل الثانوي (2 درجة) يتم تعريف البروتين بالطريقة التي تلتف بها خيوط الأحماض الأمينية الطويلة حول نفسها. مثلما يلتف سلك الهاتف حول نفسه ليشكل ملفًا ، يلتف البروتين أيضًا حول نفسه ، وتكون درجة وضيق الملف خاصة بالبروتين المعني.

الهيكل الثالث (3 درجات): بمجرد أن يتم لف البروتين ، سيبدأ البروتين في الانطواء على نفسه (على غرار الطريقة التي يتشابك بها سلك الهاتف حول نفسه) هذا الطي خاص بوظيفة البروتين ويسمى البروتين. الهيكل الثالث (3 درجات).

الهيكل الرباعي (4 درجات): تحتوي بعض البروتينات على طبقة إضافية من البنية حيث تتجمع البولي ببتيدات المتعددة ، كل منها مطوية بطريقتها الخاصة ، لتشكيل وحدة وظيفية أكبر. هذا يسمى الهيكل الرباعي (4 درجات). تُظهر هذه البروتينات الكبيرة متعددة الوحدات تعقيدًا كبيرًا بسبب المساهمات الفريدة لكل عديد ببتيد. بعض الأمثلة على البروتينات ذات البنية الرباعية هي الهيموجلوبين والأجسام المضادة ، وكلاهما مصنوع من أربعة ببتيدات منفصلة.

الهيكل الأساسي الهيكل الثانوي
الهيكل الثالث هيكل رباعي

ملخص

تعتبر الدهون والبروتينات من المجموعات الغذائية الرئيسية التي تحتاجها أجسامنا. توفر هذه الوحدة مقدمة لهاتين المغذيات الكبيرة. يتم تقديم التركيب الكيميائي الأساسي للدهون مثل الدهون الثلاثية جنبًا إلى جنب مع أغراض وأنواع الدهون. تقدم الوحدة أيضًا التركيب المذهل لجزيئات البروتين ، بما في ذلك رابطة الببتيد ، وتشرح الغرض من البروتينات.

المفاهيم الرئيسية

بالإضافة إلى الكربوهيدرات ، فإن الدهون والبروتينات هما المغذيان الآخران اللذان يحتاجهما جسم الإنسان.

تُعرف الدهون ، وهي مجموعة فرعية من الدهون ، أيضًا باسم الدهون الثلاثية ، مما يعني أن جزيئاتها تتكون من جزيء واحد من الجلسرين وثلاثة أحماض دهنية.

تعمل الدهون في الجسم بشكل أساسي كنظام لتخزين الطاقة. كما أنها تستخدم كعزل للحفاظ على حرارة الجسم وحماية الأعضاء الداخلية ، وتشكيل المادة الهيكلية الرئيسية في أغشية الخلايا ، وتصنيع المنشطات والهرمونات للمساعدة في تنظيم نمو الأنسجة والحفاظ عليها.

تصنف الدهون على أنها مشبعة أو غير مشبعة. لا تحتوي الدهون المشبعة على روابط كربون-كربون مزدوجة في سلاسل الأحماض الدهنية الخاصة بها وتميل إلى أن تكون صلبة في درجة حرارة الغرفة. تحتوي الدهون غير المشبعة على روابط كربون-كربون مزدوجة وتكون سائلة بشكل عام في درجة حرارة الغرفة. يمكن أن تكون الدهون غير المشبعة إما متعددة غير مشبعة (العديد من الروابط المزدوجة) أو أحادية غير مشبعة (رابطة واحدة أو عدة روابط مزدوجة).

البروتينات عبارة عن بوليمرات من مئات أو حتى آلاف الأحماض الأمينية. كل بروتين له بنية مختلفة ويؤدي وظيفة مختلفة في الجسم. يوجد حوالي 100000 بروتين مختلف في جسم الإنسان ، كل منها يتكون من 20 نوعًا من الأحماض الأمينية فقط.

الإنزيمات عبارة عن بروتينات تساعد في إجراء تفاعلات كيميائية محددة في الجسم.


السمنة والقانون الأول للديناميكا الحرارية

السمنة هي المشكلة الصحية الأكثر تكلفة التي يمكن الوقاية منها في الولايات المتحدة. سيساعد فهم وتطبيق القانون الأول للديناميكا الحرارية الطلاب على منع هذه المشكلة الشائعة جدًا ومعالجتها.

إن عدم فهم القانون الأول للديناميكا الحرارية يضعف صحة أمتنا. يحتاج الطلاب إلى معرفة أن السمنة ناتجة ببساطة عن استهلاك سعرات حرارية أكثر مما ينفقه الجسم. يقدم الناس العديد من الأعذار للسمنة: اختلال التوازن الهرموني ، والتمثيل الغذائي البطيء ، وعلم الوراثة ، والعظام الكبيرة ، ونقص قوة الإرادة ، ومحدودية الوصول إلى الأطعمة الصحية ، والفقر ، والخوف من أن تبدو نحيفًا للغاية. يساهم علماء الأحياء أيضًا في تعقيد السمنة من خلال اكتشاف هرمونات جديدة وإشارات مسارات تشارك في تنظيم وزن الجسم. ومع ذلك ، فإن السمنة تتعلق أساسًا بالسعرات الحرارية في مقابل السعرات الحرارية الخارجة. تأتي السمنة مع مخاطر صحية كبيرة ، بما في ذلك أمراض القلب وارتفاع ضغط الدم وتوقف التنفس أثناء النوم والتهاب المفاصل. يعاني ثلثا البالغين في الولايات المتحدة من زيادة الوزن (مؤشر كتلة الجسم [BMI] & gt 25) ، وما يقرب من نصف هؤلاء البالغين يعانون من السمنة (مؤشر كتلة الجسم و GT 30). على الرغم من الأعذار المذكورة أعلاه ، فإن معظم الأشخاص الذين يعانون من زيادة الوزن يدركون وزنهم ويريدون التخلص من أرطالهم. يتعين على معلمي العلوم إدخال الفيزياء إلى فصل علم الأحياء ومكافحة الأعذار باستخدام القانون الأول للديناميكا الحرارية. تمرين بسيط للطلاب الذين لديهم فهم جيد للقانون الأول هو تطبيقه بأكبر عدد ممكن من الطرق لتوازن الطاقة في الجسم.

ينص القانون الأول للديناميكا الحرارية على أن الطاقة محفوظة ، أو أن الطاقة في الأنظمة المغلقة لا يمكن إنشاؤها أو تدميرها. قدم ريتشارد فاينمان (1995) مقدمة جميلة في الكتاب ست قطع سهلة، في الفصل الخاص بالحفاظ على الطاقة. يعتبر الحفاظ على كتل ألعاب الأطفال غير القابلة للتدمير ، والصياغة البديهية للمعادلات لحساب الكتل المفقودة ، تشبيهًا رائعًا لوحدة الطاقة المستخدمة مع التغذية ، السعرات الحرارية. بمجرد اكتمال النمو ، يتم تحويل أي طاقة زائدة غير ضرورية للحفاظ على درجة حرارة الجسم والعمل الخلوي وحركات الجسم إلى دهون. إن تناول كميات أقل مما هو مطلوب لعملية التمثيل الغذائي في الجسم يؤدي إلى تكسير دهون الجسم للحصول على الطاقة. يمثل تخزين الدهون في الجسم من تناول الطعام الزائد أول ثلاجة وكان تكيفًا عندما كانت مصادر الطعام غير متوقعة. في البلدان المتقدمة اليوم ، حيث يتوفر الطعام بكثرة ، ويسهل الوصول إليه ، ويسهل هضمه ، غالبًا ما تكون هذه الثلاجة البشرية ممتلئة.

يجب أن يكون الطلاب على دراية بوحدة الطاقة المستخدمة في التغذية. لن أستخدم وحدات SI للطاقة والوزن في هذه المقالة ، لأن السعرات الحرارية تستخدم بدلاً من الجول ، والجنيه بدلاً من الكيلوجرام ، في معظم منشورات الملصقات والنظام الغذائي التي يتعرض لها الطلاب. السعرات الحرارية "ج" المستخدمة في التغذية تعادل 1000 سعر حراري صغير "ج" المستخدمة في العلوم الفيزيائية. بعض التحويلات السريعة مفيدة. رطل من الدهون في جسم الإنسان يحتوي على 3500 سعرة حرارية. تحتوي علبة الصودا سعة 12 أونصة على حوالي 150 سعرة حرارية. علبة واحدة من الصودا يوميًا ، لمدة عام واحد ، تعادل تناول ستة أكياس من سكر المائدة وزنها 5 أرطال على مدار العام ، وإذا تم تناولها يوميًا بكمية تزيد عن السعرات الحرارية المطلوبة ، فسيؤدي ذلك إلى تخزين 16 رطلاً. من الدهون. إذا كان طول الشخص البالغ 5 أقدام و 4 بوصات ، فإن الانتقال من مؤشر كتلة الجسم الطبيعي الصحي البالغ 25 عند 145 رطلاً إلى مؤشر كتلة الجسم 40 بوزن 232 رطلاً ، في نطاق السمنة المفرطة ، يستلزم تناول 3500 سعرة حرارية لكل رطل من الدهون أضعاف 87 رطلاً أو 304500 سعرة حرارية. يجب على الشاب البالغ من العمر 20 عامًا أن يأكل 42 سعرة حرارية في اليوم أكثر مما يحتاجه الجسم طوال حياته أو حياتها لتحقيق هذا الوزن الزائد. هذه هي كمية السعرات الحرارية في 4 أونصات فقط من الصودا. كما يجب أن يكون واضحًا ، الأمر كله يتعلق بالسعرات الحرارية. يمكن للمرء أن يفهم المفاهيم الخاطئة لدى الطلاب حول الطاقة من خلال فحص علب المشروبات الشعبية ، مثل Monster Energy Lo-Carb ، التي تحتوي على 20 سعرة حرارية فقط في العلبة سعة 16 أونصة و 160 مجم من الكافيين. آخر هو مشروب الطاقة لمدة 5 ساعات ، والذي يتم بيعه غالبًا في مراكز اللياقة البدنية ، والذي يتم بيعه مقابل دولارين مقابل زجاجة سعة 2 أونصة ويحتوي على مادة الكافيين ولكن 4 سعرات حرارية فقط (يوجد أيضًا مشروب طاقة لمدة 5 ساعات خالٍ من السعرات الحرارية المتناقضة!). إذا أدى الجري لمسافة ميل واحد إلى حرق 100 سعرة حرارية ، فإن مشروب الطاقة الذي يحتوي على 4 سعرات حرارية لمدة 5 ساعات سيوفر الطاقة لأول 200 قدم فقط.

يجب أن يكون الطلاب قادرين على تطبيق هذه المعلومات ، وما سمعوه عن الحمية الغذائية والسمنة ، للتوصل إلى نهج علمي لفقدان الوزن. يوضح الجدول 1 خمس طرق لفقدان الوزن بشكل قانوني وآمن باستخدام القانون الأول للديناميكا الحرارية كإطار عمل. سيتم مناقشة هذه بالترتيب.

خمس طرق لإنقاص الوزن بشكل قانوني وآمن.

اقتراب . كيف .
تقليل المدخلات تناول كميات أقل من الطعام: العادات والفئات الاجتماعية جراحة السمنة: الأدوية المقيدة للشهية: لوركاسيرين فينترمين / توبيراميت (كلاهما معتمد من إدارة الغذاء والدواء الأمريكية 2012)
تقليل امتصاص الطعام جراحة علاج البدانة: سوء الامتصاص الأدوية الملبسة.
زيادة الإخراج بيلة سكرية: أدوية محتملة لمنع إعادة امتصاص الكلى للجلوكوز
حول السعرات الحرارية إلى حرارة أكل الثلج تنشيط الدهون البنية الباردة وممارسة الرياضة
زيادة الانتاج نقل
اقتراب . كيف .
تقليل المدخلات تناول كميات أقل من الطعام: العادات والفئات الاجتماعية جراحة السمنة: الأدوية المقيدة للشهية: لوركاسيرين فينترمين / توبيراميت (كلاهما تمت الموافقة عليهما من قبل إدارة الغذاء والدواء عام 2012)
تقليل امتصاص الطعام جراحة علاج البدانة: سوء الامتصاص الأدوية الملبسة.
زيادة الإخراج بيلة سكرية: أدوية محتملة لمنع إعادة امتصاص الكلى للجلوكوز
حول السعرات الحرارية إلى حرارة أكل الثلج تنشيط الدهون البنية الباردة وممارسة الرياضة
زيادة الانتاج نقل

إن تقليل السعرات الحرارية في النظام المغلق للجسم هو أحد الحلول الواضحة. هذا يتطلب بعض الإرادة ، لأن الجسم يعتقد أنه يتضور جوعاً بدلاً من اتباع نظام غذائي ويرسل إشارات قوية للأكل. سوف تساعد العادات البسيطة مثل تناول الطعام على المائدة فقط واستخدام أطباق أصغر. قد يساعد أيضًا تكوين روابط اجتماعية مع الأشخاص النحيفين (Christakis & amp Fowler ، 2007). تنقسم جراحة السمنة إلى ثلاثة أنواع: الجراحة التقييدية التي تجعل المعدة أصغر بحيث يتم الوصول إلى الشبع عاجلاً. أنواع سوء الامتصاص التي تربط الأمعاء بحيث يتم تجاوز معظم سطح الأمعاء الدقيقة الهضم والامتصاص والجمع بين الاثنين وآخرون ، 2010). إنه النوع المقيد الذي يؤدي إلى انخفاض المدخول عن طريق الفم ، لأن الشبع يتم الوصول إليه في وقت مبكر. تمت الموافقة على عقارين في عام 2012 لقمع الشهية من خلال التأثيرات على الجهاز العصبي المركزي ، ولكن بعد عام كان متوسط ​​فقدان الوزن 10٪ فقط للأفضل من العقارين (كولمان وآخرون ، 2012).

بمجرد دخول الطعام إلى الفم ، توجد عدة استراتيجيات لمنع الامتصاص. تم ذكر جراحات السمنة من نوع Malabsorptive أعلاه. بغض النظر عن الكمية التي يتم تناولها ، يتم تجاوز الإنزيمات المعوية بحيث يتم تقليل الهضم. يتم تمرير العناصر الغذائية في البراز. من الممكن أيضًا سوء الامتصاص المتعمد بوساطة الأدوية (Powell et al. ، 2011). أكاربوز دواء يؤخذ عن طريق الفم يثبط إنزيم ألفا جلوكوزيداز المعوي ، الذي يطلق الجلوكوز من السكريات ، وبالتالي يقلل من هضم وامتصاص الكربوهيدرات. أورليستات (يُباع بوصفة طبية باسم زينيكال وبدون وصفة طبية مثل ألاي) يثبط إنزيم الليباز البنكرياس ، وبالتالي يقلل من هضم الدهون وامتصاصها. عوازل حمض الصفراء مثل الكوليسترامين تربط الصفراء ، وبالتالي تقلل من تأثير الاستحلاب وتقلل من امتصاص الدهون. يمنع Ezetimibe على وجه التحديد امتصاص الكوليسترول عن طريق الارتباط بمستقبلات كوليسترول حرجة على حدود الفرشاة في الأمعاء ، ولذلك فهو يستخدم بشكل أساسي لعلاج فرط كوليسترول الدم ، ولكن سيكون له أيضًا تأثير ضئيل على فقدان الوزن. حتى الآن ، لا توجد مثبطات الببتيداز المعوية المستخدمة علاجيًا. هناك بعض الأدلة على أن البيئة البكتيرية للأمعاء تؤثر على امتصاص العناصر الغذائية ، لذلك يمكن أن يكون أحد العلاجات المحتملة هو تغيير الفلورا لإحداث امتصاص أقل كفاءة (تيلج وآخرون ، 2009). كل هذه الاستراتيجيات لسوء الامتصاص باهظة الثمن وترتبط بآثار جانبية ، بما في ذلك الانتفاخ والغازات ونقص الفيتامينات. يمكن للطلاب مناقشة أخلاقيات تناول الأدوية أو إجراء الجراحة لتقليل امتصاص الطعام في الولايات المتحدة عندما تعاني دول العالم الثالث من التغذية الأساسية والاحتياجات الصحية.

عادة ، يتم إعادة امتصاص أي جلوكوز في الترشيح الكبيبي في الكلى ، مما يترك القليل من الجلوكوز أو لا يترك أي جلوكوز في منتج البول النهائي. تم العثور على العائلات التي لديها طفرة في الجين الناقل المشترك للصوديوم والجلوكوز الكلوي الذي يرمز لبروتين يسمى SGLT2 (Calado وآخرون ، 2006). تميل هذه الأنماط الظاهرية إلى فقدان الجلوكوز في البول وتميل أيضًا إلى أن تكون رقيقة. في عام 2009 ، رفضت إدارة الغذاء والدواء الأمريكية (FDA) الموافقة على عقار لمرض السكري يسمى داباجليفوزين ، والذي كان مثبطًا لـ SGLT2 ، لأنه مرتبط بسرطان المثانة وعدوى الخميرة التناسلية. هذا طريق مفتوح للبحث ، لأن مثبطات SGLT2 تحجب

25٪ من إعادة امتصاص الجلوكوز الكلوي ، وهو ما يرقى إلى

70 غرامًا من الجلوكوز و 280 سعرًا حراريًا في اليوم (Chao ، 2011).

يمكن للطلاب مراجعة دوراتهم في العلوم الفيزيائية من خلال معرفة مقدار الوزن الذي سيفقدونه عن طريق تناول كمية معينة من الجليد كل يوم. تبلغ حرارة انصهار الجليد 80 سعرة حرارية (صغيرة "ج") لكل جرام. الحرارة النوعية للماء هي 1 سعر حراري لكل جرام. يمكن للطلاب إجراء العمليات الحسابية لتحديد أن تناول 66 رطلاً من الجليد عند درجة صفر مئوية ، وتحويله إلى ماء بدرجة حرارة الجسم يتطلب

3500 سعرة حرارية ، أي ما يعادل رطل واحد من الدهون.

الدهون البنية هي نوع نسجي من الدهون يستخدم بشكل أساسي في التنظيم الحراري بدلاً من تخزين الطاقة. UCP1 (بروتين غير مقارن 1) هو بروتين يتم تنشيطه في الخلايا الدهنية البنية الذي يسمح لأيونات الهيدروجين بالمرور عبر غشاء الميتوكوندريا الداخلي دون توليد ATP في هذه العملية. تُهدر الطاقة الكامنة المخزنة في التدرج الكيميائي التناقضي كحرارة. الأدرينالين وهرمون التيروكسين هما هرمونات تسبب تنشيط البروتين غير المترابط ، ولكن الاستخدام طويل الأمد لهذين الهرمونين له آثار صحية سلبية في حالة عدم وجود نقص. يمكن تنشيط الدهون البنية عن طريق ممارسة التمارين الرياضية بانتظام وفي البيئة الباردة (Celi، 2009). يمكن أن يؤدي خفض منظم الحرارة في المنزل وممارسة الرياضة إلى تنشيط الدهون البنية والمساعدة في إنقاص الوزن. هذه الخطوات مفيدة للجسم وللبيئة. هناك ورم حميد مثير للاهتمام من الخلايا الدهنية البنية ، يسمى الورم السباتي ، والذي يرتبط غالبًا بعدم تحمل الحرارة ، والتعرق الليلي ، والنحافة (فورلونج وآخرون ، 2001).

يمكن تحويل الطاقة في الطعام إلى طاقة الحركة من خلال العمل والتمرين. كما هو موضح أعلاه ، فإن النشاط العضلي لا يحرق فقط من خلال الطاقة في رواسب الدهون الصفراء ، ولكنه ينشط أيضًا الدهون البنية بحيث يتم حرق الطاقة كحرارة حتى بعد النشاط البدني. توجد حاسبات على الإنترنت لتحديد إنفاق السعرات الحرارية لنوع معين من التمارين.

يجب أن يُنظر إلى السمنة على أنها مشكلة في توازن الطاقة بدلاً من اعتبارها عيبًا في الشخصية. سيساعد تناول الموضوع بطريقة علمية الطلاب على تجنب اختلاق الأعذار وتطوير استراتيجيات بسيطة ، مثل تناول كميات أقل من الطعام وممارسة الرياضة أكثر ، ليكونوا أكثر صحة.


الجلوكوز

سيراجع محررونا ما قدمته ويحددون ما إذا كان ينبغي مراجعة المقالة أم لا.

الجلوكوز، وتسمى أيضا سكر العنب، وهي واحدة من مجموعة الكربوهيدرات المعروفة باسم السكريات البسيطة (السكريات الأحادية). الجلوكوز (من اليونانية glykys "حلو") له الصيغة الجزيئية C6ح12ا6. يوجد في الفاكهة والعسل وهو السكر الحر الرئيسي المنتشر في دم الحيوانات العليا. إنها مصدر الطاقة في وظيفة الخلية ، وتنظيم عملية التمثيل الغذائي لها أهمية كبيرة (ارى استحداث السكر في التخمير). تتكون جزيئات النشا ، الكربوهيدرات الرئيسية لاحتياطي الطاقة في النباتات ، من آلاف وحدات الجلوكوز الخطية. مركب رئيسي آخر يتكون من الجلوكوز هو السليلوز ، وهو خطي أيضًا. الدكستروز هو جزيء د-الجلوكوز.

الجزيء المرتبط به في الحيوانات هو الجليكوجين ، الكربوهيدرات الاحتياطية في معظم الخلايا الحيوانية الفقارية واللافقارية ، بالإضافة إلى تلك الموجودة في العديد من الفطريات والأوليات. أنظر أيضا عديد السكاريد.

تمت مراجعة هذا المقال وتحديثه مؤخرًا بواسطة كارا روجرز ، كبير المحررين.


ربط الدهون بأيض الجلوكوز

يمكن تصنيع الدهون وتفتيتها من خلال أجزاء من مسارات هدم الجلوكوز.

أهداف التعلم

اشرح علاقة الدهون بعملية التمثيل الغذائي للجلوكوز

الماخذ الرئيسية

النقاط الرئيسية

  • توجد أنواع عديدة من الدهون ، لكن الكوليسترول والدهون الثلاثية هي الدهون التي تدخل في مسارات هدم الجلوكوز.
  • من خلال عملية الفسفرة ، يمكن تحويل الجلسرين إلى جلسرين -3 فوسفات خلال مسار التحلل.
  • عندما يتم تقسيم الأحماض الدهنية إلى مجموعات أسيتيل من خلال أكسدة بيتا ، يتم استخدام مجموعات الأسيتيل بواسطة CoA لتكوين acetyl-CoA ، والذي يدخل في دورة حمض الستريك لإنتاج ATP.
  • ينتج عن أكسدة بيتا FADH2 و NADH ، اللذين تستخدمهما سلسلة نقل الإلكترون لإنتاج ATP.

الشروط الاساسية

  • أكسدة بيتا: عملية تحدث في مصفوفة الميتوكوندريا وتقويض الأحماض الدهنية عن طريق تحويلها إلى مجموعات أسيتيل أثناء إنتاج NADH و FADH2.
  • دهون: مجموعة من المركبات العضوية تشمل الدهون والزيوت والشموع والستيرولات والدهون الثلاثية التي تتميز بأنها غير قابلة للذوبان في الماء وتشكل معظم الدهون الموجودة في جسم الإنسان.

مثل السكريات والأحماض الأمينية ، ترتبط المسارات التقويضية للدهون أيضًا بمسارات تقويض الجلوكوز. الدهون التي ترتبط بمسارات الجلوكوز هي الكوليسترول والدهون الثلاثية.

الكوليسترول

يساهم الكوليسترول في مرونة غشاء الخلية وهو مقدمة لهرمونات الستيرويد. يبدأ تركيب الكوليسترول بمجموعات الأسيتيل ، والتي يتم نقلها من الأسيتيل CoA ، وتستمر في اتجاه واحد فقط ولا يمكن عكس العملية. وبالتالي ، يتطلب تخليق الكوليسترول وسيطًا لعملية التمثيل الغذائي للجلوكوز.

الدهون الثلاثية

الدهون الثلاثية ، وهي شكل من أشكال تخزين الطاقة على المدى الطويل في الحيوانات ، مصنوعة من الجلسرين وثلاثة أحماض دهنية. يمكن للحيوانات أن تصنع معظم الأحماض الدهنية التي تحتاجها. يمكن صنع الدهون الثلاثية وتقسيمها من خلال أجزاء من مسارات هدم الجلوكوز. يمكن فسفرة الجلسرين إلى جلسرين -3 فوسفات ، والذي يستمر من خلال تحلل السكر.

يتم تقويض الأحماض الدهنية في عملية تسمى أكسدة بيتا والتي تحدث في مصفوفة الميتوكوندريا وتحول سلاسل الأحماض الدهنية إلى وحدتين كربونيتين من مجموعات الأسيتيل ، بينما يتم إنتاج NADH و FADH2. يتم التقاط مجموعات الأسيتيل بواسطة CoA لتكوين acetyl CoA الذي ينتقل إلى دورة حمض الستريك حيث يتحد مع oxaloacetate. NADH و FADH2 ثم يتم استخدامها بواسطة سلسلة نقل الإلكترون.


شاهد الفيديو: Energy production systems, أنظمة إنتاج الطاقة في الجسم (كانون الثاني 2022).