什么是能量代谢?

能量代谢通常被定义为有机体化学过程的全部。这些化学过程表现的形式是细胞内的复杂代谢途径,通常归类为分解代谢或合成代谢。在人类方面,关于能量如何流动和身体处理过程的研究叫做生物能量学,并且主要涉及脂肪,蛋白质和碳水化合物等大分子如何分解,以给身体生长,修复和体力活动提供可用能量

合成代谢途径使用三磷酸腺苷(ATP)形式的化学能量给细胞工作提供动力。从氨基酸的蛋白质合成等较小成分的大分子构成,以及用三磷酸腺苷给肌肉收缩提供动力就是合成代谢的实例。在给合成代谢提供动力时,三磷酸腺苷要捐出一个单磷酸盐分子,并在这一过程中释放存储能量。一旦工作细胞的三磷酸腺苷供应被耗尽,还需要通过分解能量代谢产生更多三磷酸腺苷让细胞继续工作。

分解代谢途径是把大分子分解成组成部件的过程,并在该过程中释放能量。人体能通过厌氧和需氧能量代谢合成和存储自己的三磷酸腺苷。厌氧代谢发生在没有氧气时,并且与短期,剧烈能量迸发相关。需氧代谢是在有氧气的情况下分解大分子,并且与低强度运动和细胞日常活动有关。

厌氧能量代谢以两种形式发生,即ATP-磷酸肌酸系统和快速糖酵解。ATP-磷酸肌酸系统使用存储的磷酸肌酸分子再生被耗尽并降为低能量形式(二磷酸腺甙)的三磷酸腺苷。磷酸肌酸向二磷酸腺甙捐献一个高能量磷酸盐分子,因此能替换耗尽的三磷酸腺苷并给细胞提供能量。肌肉细胞通常包含足够的可自由活动ATP和磷酸肌酸,以维持大约10秒种的剧烈活动,之后细胞必须转换为快速糖酵解过程。

快速糖酵解从血液中的葡萄糖和肌肉中的糖原合成三磷酸腺苷,并产生乳酸这一副产物。这种能量代谢形式与举重或疾跑等简短的能量迸发运动有关,这时的心肺系统没有时间给工作细胞传输充足氧气。在快糖酵解过程中,乳酸会积聚在肌肉中,导致一种叫做乳酸酸中毒(或肌肉烧伤)的疾病。快速糖酵解产生可用于10秒到2分钟运动的大多数三磷酸腺苷,之后的心肺系统有机会给工作肌肉传输氧气,并开始需氧代谢。

需氧代谢以快速糖酵解或脂肪酸氧化的其中一种形式发生。快糖酵解与慢糖酵解一样,分解葡萄糖和糖原并产生三磷酸腺苷。然而,由于是在有氧气之前产生,该过程是一个完整的化学反应。

尽管快糖酵解能为每个代谢的葡萄糖分子产生两个ATP分子,但慢糖酵解能从同样的燃料产生38个ATP分子。由于在该反应过程中没有乳糖积聚,快糖酵解与肌肉烧伤或疲劳没有关系。

总之,最慢和最有效的能量代谢形式是脂肪酸氧化。这是被用于消化,细胞修复和生长,以及长时间耐久锻炼(如马拉松赛跑或游泳等)等能量活动的过程。这一过程不是使用葡萄糖或糖原作为燃料,而是燃烧存储在体内的脂肪,并且每个脂肪酸单元能产生100多个ATP分子。尽管这是高效,高能量过程,但需要大量氧气,并且只发生在30-45分钟低强度运动后。