Energia -aineenvaihdunta määritellään yleensä organismin kemiallisten prosessien kokonaisuudeksi. Nämä kemialliset prosessit ovat tyypillisesti monimutkaisia aineenvaihduntareittejä solussa, yleensä luokiteltu joko katabolisiksi tai anabolisiksi. Ihmisillä tutkimusta siitä, miten energia virtaa ja prosessoidaan kehossa, kutsutaan bioenergeettiseksi, ja se koskee pääasiassa sitä, miten makromolekyylit, kuten rasvat, proteiinit ja hiilihydraatit, hajoavat ja tarjoavat käyttökelpoista energiaa kasvuun, korjaamiseen ja fyysiseen toimintaan.
Anaboliset reitit käyttävät kemiallista energiaa adenosiinitrifosfaatin (ATP) muodossa solutyön tehostamiseksi. Makromolekyylien rakentaminen pienistä komponenteista, kuten proteiinien synteesi aminohapoista, ja ATP: n käyttö lihasten supistumisen tehostamiseksi ovat esimerkkejä anabolisista reiteistä. Anabolisten prosessien tehostamiseksi ATP lahjoittaa yhden fosfaattimolekyylin vapauttaen prosessiin tallennettua energiaa. Kun työsolun ATP -tarjonta on loppunut, katabolisen energian aineenvaihdunnan on tuotettava enemmän, jotta solutyö voi jatkua.
Kataboliset reitit ovat niitä, jotka hajottavat suuria molekyylejä osiinsa ja vapauttavat energiaa prosessissa. Ihmiskeho pystyy syntetisoimaan ja tallentamaan oman ATP: nsä sekä anaerobisen että aerobisen energia -aineenvaihdunnan kautta. Anaerobinen aineenvaihdunta tapahtuu ilman happea, ja siihen liittyy lyhyitä, voimakkaita energiapurskeita. Aerobinen aineenvaihdunta on makromolekyylien hajoamista hapen läsnä ollessa, ja se liittyy alhaisemman intensiteetin harjoitteluun sekä solun päivittäiseen työhön.
Anaerobinen energia-aineenvaihdunta tapahtuu kahdessa muodossa, ATP-kreatiinifosfaattijärjestelmä ja nopea glykolyysi. ATP-kreatiinifosfaattijärjestelmä käyttää tallennettuja kreatiinifosfaattimolekyylejä regeneroimaan ATP: tä, joka on tyhjentynyt ja hajonnut matalaenergiseen muotoonsa, adenosiinidifosfaatiksi (ADP). Kreatiinifosfaatti lahjoittaa korkean energian fosfaattimolekyylin ADP: lle korvaamalla siten käytetyn ATP: n ja energisoimalla solun uudelleen. Lihassolut sisältävät tyypillisesti tarpeeksi vapaasti kelluvaa ATP: tä ja kreatiinifosfaattia, jotta ne voisivat aktivoida noin kymmenen sekuntia voimakasta toimintaa, minkä jälkeen solun on siirryttävä nopeaan glykolyysiprosessiin.
Nopea glykolyysi syntetisoi ATP: n veressä olevasta glukoosista ja lihaksen glykogeenistä, ja maitohappo muodostuu sivutuotteena. Tämä energia -aineenvaihdunnan muoto liittyy lyhyisiin, voimakkaisiin toiminnan purskeisiin & mash; kuten voimanosto tai sprintti-kun sydän- ja hengityselimillä ei ole aikaa toimittaa riittävästi happea työskenteleville soluille. Nopean glykolyysin edetessä maitohappo kerääntyy lihakseen aiheuttaen maitohappoasidoosiksi kutsutun tilan tai epävirallisemmin lihasten palovamman. Nopea glykolyysi tuottaa suurimman osan ATP: stä, jota käytetään kymmenestä sekunnista kahteen minuuttiin harjoitukseen, minkä jälkeen sydän- ja hengityselimet ovat saaneet mahdollisuuden toimittaa happea työskenteleville lihaksille ja aerobinen aineenvaihdunta alkaa.
Aerobinen aineenvaihdunta tapahtuu kahdella tavalla, nopealla glykolyysillä tai rasvahappojen hapettumisella. Nopea glykolyysi, kuten hidas glykolyysi, hajottaa glukoosin ja glykogeenin ATP: n tuottamiseksi. Koska se kuitenkin tekee sen hapen läsnä ollessa, prosessi on täydellinen kemiallinen reaktio. Vaikka nopea gykolyysi tuottaa kaksi ATP -molekyyliä jokaista metaboloitua glukoosimolekyyliä kohti, hidas gykolyysi pystyy tuottamaan 38 ATP -molekyyliä samasta polttoaineesta. Koska maitohappoa ei kerry reaktion aikana, nopeaan glykolyysiin ei liity lihasten palovammoja tai väsymystä.
Lopuksi, hitain ja tehokkain energia -aineenvaihdunnan muoto on rasvahappojen hapetus. Tätä prosessia käytetään esimerkiksi ruoansulatuksen ja solujen korjaamisen ja kasvun tehostamiseen sekä pitkäkestoisiin harjoituksiin, kuten maratonjuoksuun tai uintiin. Sen sijaan, että polttoaineena käytettäisiin glukoosia tai glykogeenia, tämä prosessi polttaa rasvahappoja, jotka varastoituvat elimistöön, ja pystyy tuottamaan jopa 100 ATP -molekyyliä rasvahappoyksikköä kohti. Vaikka tämä on erittäin tehokas ja energiatehokas prosessi, se vaatii suuria määriä happea ja tapahtuu vasta 30–45 minuutin matalan intensiteetin jälkeen.