náhled|upright=1.4|Členění do trofických skupin podle zdroje energie, zdroje redukce a zdroje uhlíku Výživa je soubor biochemických procesů, kterými organismy přijímají organické a anorganické látky nezbytné pro svůj život z vnějšího prostředí. V širším slova smyslu se jako výživa označuje nauka o některých stránkách látkové výměny, zejména o příjmu živin, jejich účelu, přeměnách a využití.
Podle způsobu získávání uhlíku pro tvorbu vlastních organických látek rozeznáváme organismy autotrofní, heterotrofní a mixotrofní a podle klasické biologické klasifikace organismů rozeznáváme živočichy (včetně člověka), rostliny, houby, prvoky a prokaryota.
Heterotrofové, tedy většina živočichů, získávají organické látky trávením stravy, zatímco autotrofní organismy, kam patří většina rostlin, řasy a sinice, je získávají asimilací anorganického uhlíku a jeho fixací fotosyntézou. Prokaryota, prvoci, houby a některé druhy parazitických rostlin jsou metabolicky mnohem různorodější skupinou a jejich způsob výživy záleží na tom, jaký zdroj energie a uhlíku získává organismus z vnějšího prostředí. Patří sem, zejména chemoheterotrofní organismy.Campbell/Reece 2006, str. 533
Požadavky různých organismů na výživu se zkoumají také s ohledem na ekosystém, ve kterém žijí a návaznosti metabolismu autotrofních a heterotrofních organismů v potravních řetězcích.
Přehled náhled|6 CO2 + 12 H2O → C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2OSkoro všechny rostliny, řasy a některé bakterie (především sinice) patří mezi (foto)autotrofní organismy, které získávají uhlík z anorganických látek, zpravidla oxidu uhličitého (CO2) a syntetizují si z něj, obvykle za použití vody (H2O), organické sloučeniny (primárně sacharidy). K tomuto biochemickému procesu získávají potřebnou energii ze slunečního záření. Tato schopnost je základní výrobní složkou biosféry, je nezbytná pro životaschopnost všech neautotrofních organismů a nepostradatelnou součástí celosvětového ekosystému.Campbell/Reece 2006, str. 176 Některé prokaryotické organismy, zejména sinice a archea pomáhají svému hostiteli fixovat dusík z oxidu dusičitého (NO2). Tento proces probíhá enzymaticky, pomocí enzymu nitrogenázy a dodáním energie rozkladem ATP. U fotoautotrofů se využívá k tomuto procesu světlo, a proto se takový proces označuje jako fotofosforylace.Campbell/Reece 2006, str. 180 Chemoautotrofní organismy využívají CO2 jako zdroj uhlíku a energii získávají oxidací nějaké anorganické látky, například sirovodíku (H2S), amoniaku (NH3) nebo dvojmocných iontů železa (Fe2+).
Organismy, které získávají potřebné organické látky konzumací jiných organismů nebo jejich produktů se nazývají heterotrofní. Patří sem živočichové, houby, prvoci a většina bakterií. Pro všechny heterotrofní organismy, které získávají potřebnou energii a organické látky potřebné pro biosyntézu z potravy, je důležité udržovat fyziologický stav v určitém rozmezí. Pokud není příjem a výdej energie v rovnováze, dochází k závažným problémům. Příkladem organické homeostáze je udržování acidobazické rovnováhy nebo tělesné teploty. Téměř všechny heterotrofní organismy, včetně člověka, jsou svou výživou závislé na fotoautotrofních organismech, které jsou pro ně zdrojem živin. Živiny jsou většinou chemické látky, které potřebují organismy, aby mohly žít a vyvíjet se, nebo látky, které získávají organismy z vnějšího prostředí a využívají je k látkové výměně. Poskytují organismům energii, podporují látkovou výměnu a slouží jako zásobní látky. U živočichů se tento biochemický proces, jehož cílem je získání živin z potravy, nazývá trávením.
Nepostradatelnou součástí výživy jak prokaryotických, tak i eukaryotických organismů je voda, protože tvoří prostředí pro důležité chemické reakce v buňce. U autotrofních organismů je voda součástí biochemických procesů, při kterých vznikají z jednoduchých anorganických látek organické sloučeniny. U heterotrofních organismů je voda rozpouštědlem, ve kterém se rozptýlí částice jiných látek, a také součástí mnoha látkových přeměn.
Výživa živočichů Heterotrofní živočichové získávají energii, organické látky (většinou uhlíkaté sloučeniny) a základní živiny z potravy. Potravu dále zpracovávají v biochemickém procesu zvaném trávení, jehož cílem je získání živin a energie. Trávením se potrava rozkládá na jednodušší látky a rozmělňuje na části, které jsou dostatečně malé, aby mohly být absorbovány v těle a dále využity například v buněčném dýchání nebo při biosyntéze. Uhlíkaté sloučeniny jsou v těchto procesech zdrojem stavebních látek a ATP je zdrojem energie. Pokud není získaná energie okamžitě využita, je ukládána v podobě glykogenu v játrech a svalech a také v podobě podkožního tuku. Během trávení a vstřebávání probíhá řada energeticky náročných procesů, například peristaltika a exocytóza, při kterých se energie spotřebovává a podle druhu živočicha a potravy se tato spotřeba pohybuje od 3 do 30 %.Campbell/Reece 2006, str. 866
V potravě musí živočišný organismus přijímat především sacharidy, esenciální aminokyseliny, esenciální mastné kyseliny, v menším množství vitamíny a podle druhu živočicha v malých nebo větších dávkách minerální látky. Velmi důležitý je i příjem vody.
Příjem potravy
Metabolismus glukózy náhled|Struktura D-glukózy Metabolismus glukózy je řízen hormonálně a je důležitý pro udržení homeostázy. V živočišných organismech je glukóza ukládána v podobě glykogenu v játrech a svalových buňkách a je důležitým energetickým zdrojem buňky. Pokud jsou zásobárny glykogenu naplněny a příjem energie stále převyšuje spotřebu, je nadbytek glukózy ukládán v podobě tuků. Jakmile jsou zásoby glykogenu a tuků vyčerpány, začne organismus trpět podvýživou. Naopak při dlouhodobém nadměrném příjmu energie začne organismus tuku skladovat příliš mnoho a vzniká obezita. Ukládání a využívání tuků řídí hormon leptin, který je produkován tukovými buňkami. Vysoká hladina leptinu vyvolává snížení chuti k jídlu a aktivuje mechanismy, které spotřebovávají energii a ubývání tělesného tuku. To pak vede ke snížení hladiny leptinu v krvi a vyvolává zvýšenou chuť k jídlu a přibírání na váze. Tyto mechanismy udržují tělesnou hmotnost kolem určité hodnoty. Některé podněty a jejich antagonisté se nyní zkoumají jako možné léky pro obezitu u lidí, u kterých způsobují tyto mechanismy větší kolísání hmotnosti.Campbell/Reece 2006, str. 852
Esenciální aminokyseliny náhled|Struktura glycinu Živočichové potřebují k syntéze bílkovin aminokyseliny a většina druhů si asi polovinu z nich dokáže vyrobit. U heterotrofních organismů jsou štěpeny v žaludku během trávení skupinou enzymů zvaných proteázy. Kombinací asi dvaceti základních proteinogenních aminokyselin jsou tvořeny všechny známé bílkoviny. Aminokyseliny jsou tedy základními stavebními jednotkami peptidů a bílkovin a z hlediska výživy jsou to také aminokyseliny, které jsou základní živinou. Z těchto aminokyselin zařazujeme osm mezi esenciální aminokyseliny a dvě mezi semiesenciální (vhodné jenom pro mladé organismy), které si tělo neumí syntetizovat a musí je přijímat v potravě. Jestliže potrava neobsahuje dostatek esenciálních aminokyselin, vzniká jejich nedostatek, který se projevuje fyzickými i mentálními poruchami. Esenciální aminokyseliny jsou přítomny v mase, vejcích, sýru a dalších potravinách živočišného původu, které zajišťují jejich přísun v potřebném poměru. Potraviny rostlinného původu je třeba kombinovat, protože bílkoviny některých rostlinných produktů mohou jednu, či více esenciálních aminokyselin postrádat a při jednostranné výživě může docházet k různým poruchám; například kukuřice neobsahuje lysin, ale obsahuje methionin a fazole zase neobsahují methionin, ale obsahují lysin apod. Živočišný organismus neumí příliš dobře aminokyseliny ukládat a nedostatek třeba i jediné může vést ke zpomalení syntézy bílkovin a zároveň i k blokování a použití jiných.Campbell/Reece 2006, str. 853
Esenciální mastné kyseliny náhled|Struktura fosfolipidu Většinu mastných kyselin si dovede živočišný organismus nasyntetizovat, ale esenciální mastné kyseliny si nasyntetizovat nedokáže a musí být obsaženy v potravě. Mastné a esenciální mastné kyseliny jsou součástí mnoha biologicky důležitých látek. Fosfolipidy mají například strukturní funkci v buněčné membráně a glykolipidy fungují jako transmembránové receptory v lipidové dvouvrstvě a jako látky, které pomáhající zakotvit neurony do nervové tkáně. Nejvydatnějším zdrojem energie, který se podílí na stavbě mnoha struktur jsou lipidy (obecně nazývané tuky). Hromadí se zejména v tukové tkáni a patří spolu s bílkovinami a sacharidy k základním živinám.
Podle skupenství rozlišujeme pevné tuky, u nichž převažují nasycené mastné kyseliny, a oleje, které obsahují větší množství nenasycených mastných kyselin. Termíny nasycený a nenasycený tuk se v souvislosti s výživou používají velmi často, protože dieta bohatá na nasycené tuky je jedním z několika faktorů, které mohou přispívat ke kardiovaskulárnímu onemocnění, známému jako ateroskleróza. Ve společnosti začaly mít tuky negativní význam také proto, že stav, při kterém přirozená energetická rezerva uložená v tukové tkáni stoupne nad obvyklou úroveň může i poškozovat zdraví (otylost). Živočichové uskladňují své dlouhodobé zásoby potravy do tukových buněk, které bobtnají a scvrkávají se společně s tím, jak je tuk ukládán a uvolňován ze zásob pod pokožkou. Tato podkožní vrstva tepelně izoluje tělo a je charakteristicky tlustá například u velryb, tuleňů a většiny dalších vodních savců.Campbell/Reece 2006, str. 70
Vitamíny náhled|vpravo|Struktura vitamínu A Vitamíny, až na některé výjimky, si heterotrofní organismy nedokážou samy vyrobit, a proto je musí získávat prostřednictvím stravy. Některé vitamíny může organismus získat metabolickou přeměnou provitamínů; například schopnost organismu získat vitamín A z provitamínu A. Vitamíny jsou bezpodmínečně nutné pro růst a životaschopnost všech heterotrofních organismů. V lidském organismu mají především funkci katalyzátorů biochemických reakcí.
Podle rozpustnosti dělíme vitamíny na rozpustné v tucích a rozpustné ve vodě. Mezi vitamíny rozpustné ve vodě patří například skupina B-komplex, které slouží často jako koenzymy v důležitých metabolických procesech. Dalším známým vitamínem z této skupiny je vitamín C, který je potřebný k tvorbě pojivových tkání, podporuje vstřebávání železa, stimuluje tvorbu bílých krvinek, vývoj kostí, zubů a chrupavek a celkově podporuje růst. Většina živočichů a rostlin si tento vitamín dokáže vyrobit sama a nepotřebuje žádné jeho přídavky. Lidský organismus je v tomto smyslu velmi "zvláštní", protože si nedokáže přirozenou cestou vitamín C vyrobit.
Nadbytek vitamínů rozpustných ve vodě není ve většině případů škodlivý, protože je vylučujeme v moči. U vitamínů rozpustných v tucích (A, D a K) to však nefunguje a jejich přebytek může způsobovat otravu organismu. Zvláštním vitamínem je vitamín F, který se někdy zařazuje mezi esenciální mastné kyseliny. Funkce vitamínu E není přesně známa, ale spolu s vitamínem C pravděpodobně chrání fosfolipidy v buněčných membránách proti oxidaci. Vitamínové preparáty, nazývané antioxidanty, často také vitamín E obsahují.
Při nedostatku vitamínů, tzv. hypovitaminóze, se mohou objevovat poruchy funkcí organismu, nebo i velmi vážná onemocnění. Doporučené dávky vitamínů jsou až doposud sporné. Podle jedněch odborníků na výživu jsou dávky stanovené RDA dostatečné, existuje však i názor, že tyto dávky jsou příliš nízké a někteří se dokonce domnívají, že velké dávky vitamínů posílí jejich positivní účinky. Výzkum stále pokračuje a hledá se hlavně vhodné dávkování vitamínů C a E.Campbell/Reece 2006, str. 855
Minerální látky náhled|Železo v hemoglobinu Minerální (anorganické) látky potřebné pro výživu živočichů jsou v podstatě chemické prvky, které přijímají heterotrofní organismy ve stravě. Do této skupiny nepatří chemické prvky obsažené v organických látkách; uhlík, vodík, dusík a kyslík.