Metabolismul se referă la utilizarea energiei în procesele organice și constă în mii de reacții chimice care sunt cuprinse în două categorii: anabolism (procese ce utilizează energie pentru crea componente ce produc noi molecule) și catabolism (descompunerea moleculelor pentru a genera energie).
Pe timpul exercițiului fizic cele mai active locuri din punct de vedere metabolic sunt mușchii și celulele ficatului.
O cale metabolică reprezintă o serie de reacții chimice care au loc într-o celulă. De exemplu, când te antrenezi seara, celulele mușchilor catabolizează / descompun unitățile de glucoză rezultate în urma descompunerii carbohidraților asimilați la prânz. Această descompunere a glucozei are loc pe căile metabolice din citosol (lichidul intracelular) și mitocondriile din celule, pentru a produce adenozintrifosfat - ATP. După antrenament, mănânci o banană, care este transformată la rându-i în unități de glucoză, asamblate în glicogen.
Energia chimică derivată din alimente este cea care alimentează organismul uman. Această energie chimică este derivată din legăturile moleculare care creează carbohidrații, grăsimea și proteinele consumate ori descompuse din stocurile de nutrienți ale organismului (sub formă de glicogen, țesut adipos, mușchi).
Extracția energiei din hrană se face în trei stagii:
1 - digestia, absorbția și transportul nutrienților (zaharuri din carbohidrați, aminoacizi din proteine și acizi grași din lipide).
2 - descompunerea ulterioară a moleculelor derivate din hrană în unități producătoare de energie, cum ar fi transformarea glucozei în acid piruvic (2 acizi piruvici cu 3 atomi de carbon dintr-o moleculă de glucoză cu 6 atomi de carbon).
3 - celulele corpului folosesc energia produsă de metaboliți (cum ar fi acetil coenzima A, notată acetil-CoA, derivată din acidul piruvic) pentru a produce energia de care are nevoie organismul, adică sub formă de ATP, care reprezintă energia chimică pe care organismul o poate folosi. O parte din energie se pierde sub formă de căldură.
Energia pe care o folosim din alimente și energia pe care o stocăm sub formă de glicogen și țesut adipos - permit sinteza continuă de ATP.
Metabolismul energetic uman
Principalele elemente ale celulei umane sunt citoplasma și nucleul. În citoplasmă se găsește un fluid numit citosol, unde are loc procesul catabolic numit „glicoliză” și procese anabolice ca sinteza (producerea) acizilor grași și a glicogenului.
În citoplasmă sunt și organele cu funcții metabolice unice. Cel mai important organel este mitocondria, care este „fabrica de energie” a celulei. În mitocondrii au loc o serie de căi metabolice (reacții chimice), acestea fiind punctul final în călătoria transferul energetic intern, unde în prezența oxigenului metaboliții provenind din carbohidrați, proteine, grăsimi și alcool produc ATP, CO2 și un pic de apă.
Mitocondria are două membrane specializate: una externă și una internă ce înconjoară matricea mitocondrială. În matrice are loc ciclul TCA (acidul tricarboxilic), cunoscut și ca „ciclul Krebs”, care acceptă metaboliți ce intră din citosol, precum piruvatul, acizii grași și aminoacizii în urma oxidării, pentru a forma acetil-CoA. Descompunerea acetil-CoA în cicluri TCA distrug legăturile de carbon prin decarboxilație oxidativă și produce electroni liberi care se cuplează unor coenzime, care transportă electronii către „lanțul de transport electronic”, ETC. Ultimul pas în producerea de ATP este numit fosforilație oxidativă.
ATP este unitatea moleculară folosită pentru a efectua lucru mecanic. Un rol important în producerea de ATP îl au anumite enzime catalice, ce cresc viteza reacțiilor chimice în căile de biosinteză a ATP. Aceste enzime se cuplează cu molecule mai mici derivate din vitamine denumite „coenzime”. Coenzimele NADH și FADH2 sunt curieri pentru electroni în sinteza ATP.
Producerea de ATP are loc tot timpul în organism. ATP-ul inițiază descompunerea și oxidarea glucozei și a acizilor grași. De asemenea, ATP-ul este implicat în procesele de creare a glucozei în organism, atunci când organismul nu primește hrană.
De ce ATP înseamnă energie? Molecula de ATP are trei grupuri de fosfați atașați unei molecule de adenozină. Când legăturile fosfaților se rup, o enormă cantitate de energie este eliberată, iar celulele pot folosi această energie.
Rezerva de ATP a organismului este foarte mică, de doar 100 grame. Dar corpul produce circa 40 kg de ATP în 24 ore.
În metabolismul energetic, carbohidrații, grăsimile și proteinele sunt considerate „substraturi biologice”. Un substrat este o moleculă asupra căreia acționează o enzimă pentru a crea diverși metaboliți pentru a produce, în final, ATP. Există și un al patrulea substrat, numit fosfocreatină (PCr), care se obține jumătate din alimentație, carne și pește, iar jumătate este produsă din aminoacizi în ficat, rinichi și pancreas.
Pe lângă sistemul fosfagen (sistemul ATP-PC) mai există două sisteme de producere a ATP-ului: sistemul anaerobic și sistemul aerobic.
Sistemul fosfagen este implicat ca sistemul primar în activități precum sprintul pe 100 m, cel aerobic în maraton sau plimbare, iar cel anaerob într-un meci de fotbal. Sistemul fosfagen are capacitatea de a produce ATP aproape instantaneu, dar pe fondul unei cantități de fosfocreatină foarte mici, sistemul produce ATP doar pentru câteva secunde; de aceea am menționat sprintul ca activitate susținută de acest sistem.
Familia carbohidraților contribuie cu glucoză (zahărul din sânge), glicogen în ficat și glicogenul muscular. Grăsimile contribuie cu acizi grași liberi în ser, trigliceride în ser, trigliceride în mușchi și trigliceride adipoase.
Sistemul anaerob este mult mai complex decât cel fosfagen și constă într-un proces în 12 etape cunoscut sub numele de „glicoliză”.
