منابع انرژی

بدن انسان نيازمند تأمين مداوم انرژى شيميائى است تا بتواند اعمال پيچيده و متفاوت خود را انجام دهد. انرژى به‌دست آمده از اکسيداسيون غذاها، به‌طور ناگهانى و در دماى بالا آزاد نمى‌شود چون بدن برخلاف يک موتور مکانيکى قادر به استفاده از انرژى گرمائى نيست (اگر اين‌طور بود، مايعات بدن بلافاصه جوش مى‌آمدند و بافت‌هاى بدن در آتش مى‌سوختند!). برعکس، استخراج انرژى پتانسيل شيميائى موجود در کربوهيدرات‌ها، قندها و پروتئين‌ها، در جريان واکنش‌هاى پيچيده و کنترل شونده توسط آنزيم‌ها و در محيط نسبتاً خنک و آبکى سلول‌ها رخ مى‌دهد. داستان اينکه چگونه بدن منبع انرژى دائمى خود را تأمين مى‌کند با مولکول آدنوزين ترى فسفات (ATP) آغاز مى‌شود که حامل مخصوص بدن براى انرژى آزاد است. حدود ۴۰ درصد انرژى پتانسيل مواد غذائى به اين مولکول منتقل مى‌شود. با شکسته شدن اتصال انتهاى فسفر در اين مولکول، انرژى آزاد شده و براى تمام اشکال کار بيولوژيک در بدن مورد استفاده قرار مى‌گيرد.

اما فسفو کراتين چيست؟ اصولاً سلول‌هاى بدن مقادير اندکى ATP در خود ذخيره دارند و بنابراين بايد براساس ميزان مصرف، مجدداً آن را بازسازى کنند. با حفظ مقادير اندک ATP، غلظت نسبى آن (و بالطبع غلظت نسبى مولکول آدنوزين دى فسفات (ADP) به سرعت و با هرگونه افزايشى در ميزان نياز سلولي، تغيير خواهد کرد. هرگونه افزايش در ميزان نياز سلولي، بلافاصله سبب اختلال در نسبت ATP به ADP مى‌شود. اين عدم تعادل باعث تحريک مکانيسم‌هاى آزادکنندهٔ ديگر انرژى مى‌شود تا ATP مجدداً ساخته شود. اين موضوع بيانگر آن است که چرا نياز به انرژى به سرعت و در ابتداى ورزش افزايش مى‌يابد. همان‌طور که مشخص شده، ميزان انتقال انرژى وابسته به شدت ورزش است. انتقال انرژى در فردى که در حالت نشسته به راه رفتن تغيير وضعيت مى‌دهد، ۴ برابر مى‌شود. يا اينکه تغيير وضعيت از پياده‌روى به يک عمل سرعتي، سبب افزايش انتقال انرژى تا ۱۲۰ برابر خواهد شد!

بدن در يک زمان، حدود ۱۰۰-۸۰ گرم ATP در خود ذخيره دارد. اين ميزان، تأمين‌کنندهٔ انرژى داخل عضلانى کافى براى چندين ثانيه حرکت ورزشى انفجارى است. براى مقابله با اين محدوديت، ATP به‌صورت مداوم ساخته مى‌شود. مقدارى از انرژى لازم براى سنتز مجدد ATP، مستقيماً از شکافت بى‌هوازى مولکول فسفات در يک ترکيب داخل سلولى و پرانرژى ديگر به نام فسفو کراتين (Pcr) به‌دست مى‌آيد. فسفو کراتين با مولکول ADP وارد عمل شده و ATP مى‌سازد. اين منبع بى‌هوازى و پرانرژي، سبب جايگزينى سريع ATP مى‌شود. در جريان ساخت مجدد و هوازى ATP، مولکول اکسيژن به‌عنوان گيرندهٔ نهائى الکترون در زنجيرهٔ تنفسى عمل کرده و ضمن ترکيب با هيدروژن، مولکول آب ايجاد مى‌کند. درشت‌ مغذى‌ها به‌عنوان منابع اصلى و بالقوهٔ انرژى با ADP و يون فسفر همراه شده و ATP را مى‌سازند. شکسته شدن کامل يک مول گلوکز سبب آزاد شدن ۶۸۹ کيلوکالرى انرژى مى‌شود. از اين مقدار، اتصالات مولکول ATP حاوى ۲۶۳ کيلوکالري(۳۸ درصد) انرژى خواهند بود و بقيهٔ آن به‌صورت گرما دفع مى‌شود.

در جريان واکنش‌هاى گليکوليتيک در سيتوزول سلولى و در حين فسفوريلاسيون، ۲ مولکول ATP ايجاد خواهد شد. اتم‌هاى هيدروژن که در جريان شکسته شدن گلوکز ايجاد مى‌شوند، در زنجيرهٔ تنفسى اکسيده شده و انرژى ايجاد شده در اين روند با ADP ترکيب خواهد شد. اکسيداسيون کامل مولکول گلوکز در عضلات اسکلتي، سبب توليد خالص ۳۶ مولکول ATP خواهد شد. در جريان فعاليت شديد و در زمانى‌که توليد هيدروژن همگام با اکسيداسيون آن پيش نمى‌رود، اسيد لاکتيک ايجاد شده و مولکول پيرووات به‌طور موقتى با هيدروژن ترکيب خواهد شد. اين موضوع باعث گليکوليز بى‌هوازى در طى زمان باقى‌مانده خواهد شد. شکسته شدن کامل يک مولکول ترى‌گليسريد حدود ۴۶۰ مولکول ATP آزاد خواهد کرد. کاتابوليسم اسيدهاى چرب نيز نيازمند اکسيژن خواهند بود و واژهٔ هوازى بيانگر همين واکنش‌ها است. بايد توجه داشت که اسيدهاى چرب قابل تبديل به گلوکز نيستند. پروتئين به‌عنوان منبع مهمى براى توليد انرژى در بدن شناخته شده است. در جريان برداشت يک نيتروژن از مولکول آمينواسيد، ساختار کربنى باقى‌مانده وارد مسيرهاى متابوليک گوناگون شده و باعث ساخت هوازى ATP خواهد شد. در آخر بايد گفت چربى‌ها نيازمند مقدار معينى کربوهيدرات شکسته شده براى کاتابوليسم خود هستند. يعنى در حقيقت چربى در شعلهٔ کربوهيدرات‌ها مى‌سوزند.