Какво е метаболизъм?

метаболизъм
Метаболизмът основно се отнася до всички химични реакции в тялото използван за произвеждат енергия. Това включва сложен набор от процеси, които превръщат горивата в специализирани съединения, заредени с енергия. В организма основният краен агент за производство на енергия се нарича аденозин трифосфат (АТФ). Когато АТФ се разгражда или използва от клетките, се отделят огромни количества енергия. Тази енергия е от съществено значение за клетките да растат и да се делят, да синтезират важни съединения, да се свиват мускулите и много други важни функции.

Метаболизъм следователно произвежда енергия за изпълнение на всички функции на различни тъкани в тялото. Метаболизмът действа, като разгражда храната в храната или съединенията в тялото на по-малките им компоненти. След това те могат да влязат в специални реакции за производство на АТФ. Оставените компоненти се рециклират от тялото и се използват за регенериране на оригиналните съединения.


Енергиен източник

Тялото има три основни типа молекули, които използва за енергия:

  • Въглехидрати: Това са съединенията от захарен тип в организма. Въглехидратите идват от храни като хляб, зърнени храни, картофи, плодове и храни, съдържащи захар или беваджъри. Когато се усвояват въглехидратите в стомашно-чревната система, те се разграждат на по-малки молекули като глюкоза (обикновена захар). Основните места за съхранение на въглехидрати в тялото са черният дроб и мускулите.
  • Липиди: Това основно се отнася до мазнини (като холестерол) от храната или съхранявани в мастната тъкан (с други думи телесните мазнини). Липидите се разграждат на по-малки компоненти, наречени мастни киселини за енергия. Следователно липидите всъщност са само вериги от мастни киселини, свързани заедно.
  • Протеини: Те съставляват почти три четвърти от всички твърди материали в тялото. По този начин протеините са основните структурни компоненти в тялото. Те се състоят от по-малки агенти, наречени аминокиселини - считани за градивните елементи на протеините. Протеинът присъства в диетата в храни като месо, яйца, ядки и млечни продукти.

Общо взето, въглехидрати формират основния енергиен източник за тялото. Те са най-ефективни при производството на АТФ или енергия (което означава, че произвеждат много повече АТФ на количество разградено гориво). Тялото за предпочитане първо разгражда въглехидратите, а след това мазнините и накрая протеините само ако другите две горива са изчерпани. Това е важно, тъй като протеините обикновено са по-малко ефективни при генерирането на енергия. В допълнение, протеините изпълняват няколко важни функции, така че ако бъдат разбити, няколко системи могат да се провалят.

За илюстриране на пример, в случай на глад, тялото има по-малко въглехидрати на разположение, така че ще започне да разгражда мастните запаси в тялото. След като всички налични запаси от въглехидрати и мазнини бъдат изчерпани, тялото ще започне да разгражда протеините, за да осигури енергия.

Диаграмата по-долу предоставя обобщение на основните енергийни източници на тялото. Те се разграждат от ензимите на по-малки частици. След това тези малки въглеродни вериги могат да влязат в специални пътища за генериране на енергия (обсъдено по-долу).


Аеробен метаболизъм

Аеробни метаболизъм се отнася до метаболитни процеси, които протичат в присъствието на кислород. Кислородът действа като окислител при изгарянето на различните горива. Възникват специални реакции, които накрая водят до приемане на кислород на електрони (малки отрицателно заредени частици). Това води до освобождаване на енергия и производство на АТФ. Отпадъчните продукти са вода и въглероден диоксид, които могат лесно да се отделят от тялото. Въглехидратите са основното гориво, използвано за аеробен метаболизъм.

При липса на кислород определени реакции не са възможни. Настъпва различен процес, включващ пировиноградна киселина, който също води до производството на АТФ. Тези механизми позволяват на клетките да оцелеят няколко допълнителни минути, когато са лишени от кислород. Анаеробен метаболизъм причинява натрупване на млечна киселина. Освен това това е по-малко ефективен начин за производство на енергия. По-малко АТФ се произвежда на молекула оригинално гориво.


Въглехидратният метаболизъм

Кога въглехидрати се разграждат в червата, те се превръщат в по-малки прости захари, които могат да бъдат усвоени. Глюкозата е основният произведен агент. Глюкозата се поема в клетките или веднага се разгражда, за да произвежда енергия, или се превръща в гликоген (форма на съхранение на глюкоза). Основните запаси от гликоген в тялото са в черния дроб и мускулите. Тези източници могат да се използват за енергия, ако е необходимо.

Гликогенът се разгражда, за да се размножи глюкоза. Глюкозата претърпява серия от реакции, за да произведе най-накрая АТФ. Тези реакции разчитат на достатъчно количество кислород и глюкоза. Ако липсва кислород, глюкозата все още може да бъде разградена чрез различен набор от реакции, както е описано по-горе. Ако обаче липсва глюкоза, тялото ще се обърне към други източници на гориво за енергия.

Метаболизмът на глюкозата включва следните стъпки:

  • Гликолиза: Това основно се отнася до разграждането на глюкозата до агент, наречен пировиноградна киселина. Няколко молекули АТФ се получават от тази реакция.
  • Цикъл на Кребс: Пировиновата киселина влиза в цикъла на Kreb, като се превръща в ацетил-CoA. Това отново е поредица от реакции, които водят до разграждане на горивата до въглероден диоксид и вода. Това генерира по-полезна енергия. Оригиналното съединение се регенерира, за да може цикълът да продължи. Цикълът на Кребс се среща в митохондриите на клетките. Това са малки овални, двойни мембрани, малки органи на клетки, които действат като електроцентрали на клетката.
  • Окислително фосфорилиране: По време на цикъла на Кребс много потенциална енергия се прехвърля като електрони към друго съединение, наречено NAD. Това е разградено в електронната транспортна верига. Верига от реакции възниква там, където електроните се предават към следващото съединение по линия. Крайният агент за приемане на електрони е кислородът. Този процес генерира много енергия, която се превръща в АТФ.


Липиден метаболизъм

Липидите са основно мазнините в тялото, които включват холестерол, триглицериди и фосфолипиди. Основните компоненти на това са мастни киселини, които се отделят при разграждането на липидите. Мастните киселини се абсорбират през червата и се поемат чрез лимфната система. Мазнините могат да се използват за енергия или да се съхраняват като мастна тъкан. Метаболизмът на липидите включва следните процеси:

  • Липолиза: Това се отнася до разграждането на мазнините до техните мастни киселини и други компоненти. Някои от тези агенти могат да влязат директно в цикъла на Krebs за окисляване. Триглицеридите се разграждат до мастни киселини и глицерол. Последният се превръща в пировиноградна киселина, която може да влезе в цикъла на Кребс.
  • Бета-окисляване: Това се отнася до разграждането на мастните киселини в митохондриите. АТФ се генерира от този процес, както и ацетил-КоА, който може да влезе в цикъла на Кребс и да произведе повече енергия.

Липидният метаболизъм е ефективен по отношение на производството на АТФ. Въпреки това, липидите не са разтворими в кръвта, така че запасите им могат да бъдат трудно достъпни. Следователно на тях не се разчита за производството на големи количества АТФ за кратко време, а по-скоро се използват, когато доставките на въглехидрати са ограничени.


Кетоза

Кетоза се отнася до повишена концентрация на кетон тела в кръвта. Най-често произвежданият кетон е оцетна киселина. Причинява се от метаболизма на предимно мазнини при липса на достатъчен въглехидратен метаболизъм. По този начин това е характеристика на глада, захарния диабет (тъй като инсулинът не е на разположение за транспортиране на глюкоза до клетките) и понякога се появява, когато диетите се състоят почти изцяло от мазнини.

Когато въглехидратите са недостъпни за енергия, тялото преминава към метаболизъм на мастни киселини. Тялото ги приема от мастна тъкан (мастните депа на тялото). Генерираните мастни киселини могат да бъдат разградени за енергия или да бъдат превърнати в кетонни тела в черния дроб. Някои кетони могат да се отделят с дъха и да му придадат сладка миризма (ацетонов дъх).


Протеинов метаболизъм

Тялото се състои от голямо разнообразие от протеини с различни структури и функции. Основният компонент на протеините са аминокиселините. Приблизително 20 различни аминокиселини изграждат градивните елементи на всички протеини. Аминокиселините се класифицират като основни (което означава, че са необходими в диетата, тъй като тялото не може да ги синтезира) и несъществени (което означава, че тялото може да ги генерира, ако е необходимо).

Правилният баланс на аминокиселини е необходим, за да могат да се синтезират всички важни протеини. Когато протеините се усвояват, връзките между аминокиселините се разкъсват и те се освобождават. Обикновено аминокиселините ще бъдат рециклирани и използвани за производството на нови протеини. Ако обаче източниците на енергия са ограничени, аминокиселините могат да се използват за генериране на енергия. Това трябва да се случи само когато запасите от въглехидрати и мазнини се изчерпват, тъй като протеините изграждат няколко важни структури в тялото. Ако те се метаболизират в голяма степен, това може да повлияе на функцията на тъканите.

Следните процеси протичат в метаболизма на протеините:

  • Дезаминиране: Първата стъпка в разграждането на аминокиселините е премахването на аминогрупата (частта от аминокиселинната структура, съдържаща азот и водород). Амонякът се генерира от този процес, който се превръща в урея от черния дроб. След това уреята може да се екскретира с урината. Аминокиселината се превръща в съединение, наречено кетокиселина, което може да влезе в цикъла на Кребс.
  • Окисление на аминокиселини: Това се отнася до разграждането на кетокиселини и генерирането на АТФ, подобно на ацетил-КоА в метаболизма на въглехидратите и липидите. Количеството на АТФ, произведено от метаболизма на протеините, е малко по-малко от метаболизма на глюкозата за еквивалентни тегла.


Последици от загуба на тегло

Няколко диети използват горепосочените принципи на метаболизма, за да генерират отслабване. За да отслабнете, тялото ви трябва да изгори повече калории (чрез упражнения), отколкото приема от диетата. Някои диети ограничават общия брой калории, което очевидно ще доведе до загуба на тегло, тъй като енергийните запаси на тялото ще бъдат използвани. Други диети действат, като се опитват да променят нормалния баланс между въглехидратния, липидния и протеиновия метаболизъм. Не забравяйте, че тялото първо изгаря въглехидратите, а след това мазнините и протеините само когато останалите два са изчерпани. Следователно, ако въглехидратите в диетата са ограничени, тялото ще започне да изгаря мастните депа. Нискокалоричните диети (LCD) и програмите за заместване на хранене като диетата на Тони Фъргюсън работят точно по този механизъм.


Статия любезно прегледана от:

Групата по онкологични интереси DAA WA
и
Food4Health (Хелън Бейкър Диетолог-APD)