Τι είναι ο Καταβολισμός;

Ο καταβολισμός είναι η διαδικασία διάσπασης πολύπλοκων μορίων σε μικρότερα. Αυτό μπορεί να γίνει μέσω μιας ποικιλίας οδών, όπως η γλυκόλυση, ο κύκλος του κιτρικού οξέος και η οξειδωτική απαμίνωση. Αυτές οι διαδικασίες είναι απαραίτητες για το σώμα να έχει πρόσβαση στην ενέργεια που αποθηκεύεται στα τρόφιμα. Οι ορμόνες παίζουν βασικό ρόλο στη ρύθμιση αυτών των διεργασιών.

Μία από τις πιο βασικές ανάγκες στη ζωή για τα ανθρώπινα όντα —και κάθε άλλο οργανισμό, εν προκειμένω— είναι η κατανάλωση και η χρήση ενέργειας. Αν σκεφτούμε το σώμα μας ως πολύπλοκες μηχανές, είναι φυσικό να υποθέσουμε ότι χρειαζόμαστε καύσιμα για να λειτουργήσουμε. Για τους ανθρώπους, αυτή η ενέργεια έρχεται με τη μορφή της τροφής που τρώμε, αλλά αυτή είναι μόνο η αρχή του ενεργειακού κύκλου στο σώμα μας.

Όπως πιθανότατα γνωρίζετε, η λέξη «μεταβολισμός» είναι ένας ευρύς όρος που περιγράφει χιλιάδες διαδικασίες παραγωγής και κατανάλωσης ενέργειας μέσα στο σώμα. Τα περισσότερα από τα πράγματα που συμβαίνουν στο σώμα μας συμβαίνουν χωρίς κανένα συνειδητό έλεγχο και ο «μεταβολισμός» μας είναι το σιωπηλό χέρι που καθοδηγεί αυτές τις βασικές διαδικασίες. Αν χωρίζατε την έννοια του μεταβολισμού στα δύο, θα χωριζόταν σε αναβολισμό καικαταβολισμός, το πρώτο σχετίζεται με την δόμηση πολύπλοκων μορίων από απλά , και το τελευταίο περιγράφει τη διαδικασία διάσπασης πολύπλοκων μορίων σε μικρότερα .

Τι είναι ο Καταβολισμός;

Για λόγους απλότητας, θα μιλήσουμε για τον καταβολισμό από την ανθρώπινη προοπτική, αν και όλοι οι οργανισμοί έχουν τόσο καταβολικές όσο και αναβολικές αντιδράσεις για να ικανοποιήσουν τις ενεργειακές τους ανάγκες. Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, στους ανθρώπους, η ενέργειά μας προέρχεται κυρίως από τα τρόφιμα και τα μακρομόρια στα τρόφιμα -πρωτεΐνες, λίπη, νουκλεϊκά οξέα και υδατάνθρακες- πρέπει να διασπαστούν σε απλούστερα μόρια μέσω καταβολικών οδών (οξειδωμένα) ή μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε άλλα αναβολικά αντιδράσεις.

Ο καταβολισμός είναι επομένως ο γενικός όρος για τη σειρά μεταβολικών οδών που μετατρέπουν τα μακρομόρια σε μονομερή ή απλούστερα μόρια. Αυτά τα απλούστερα μόρια μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως δομικά στοιχεία για άλλα μόρια που χρειάζονται τα κύτταρα (και επομένως οι οργανισμοί) για να λειτουργήσουν, όπως άλλες πρωτεΐνες, γλυκογόνο και τριγλυκερίδια. Μερικά από αυτά τα μόρια απλώς θα διασπαστούν σε απόβλητα, κάτι που είναι ένας άλλος τρόπος πρόσβασης στη χρησιμοποιήσιμη ενέργεια.

Όταν δημιουργούνται άχρηστα προϊόντα, συνήθως μέσω μιας οξειδωτικής αντίδρασης, απελευθερώνεται μια ορισμένη ποσότητα ενέργειας (από τους χημικούς δεσμούς), η οποία μπορεί να αποθηκευτεί ως τριφωσφορική αδενοσίνη (ATP), η θεμελιώδης μονάδα του ενεργειακού νομίσματος μέσα στο σώμα. Ενώ μέρος της ενέργειας σε αυτές τις καταβολικές αντιδράσεις χάνεται ως θερμότητα, η διαδικασία είναι αρκετά αποτελεσματική και αποτελεί τη βάση πάνω στην οποία βασίζεται ο μεταβολισμός μας.

Τι ελέγχει τις καταβολικές διεργασίες;

Όπως ισχύει στις αναβολικές διεργασίες, οι καταβολικές διεργασίες απαιτούν επίσης μια σειρά από ορμόνες για να εμφανιστούν. Οι κύριες ορμόνες που εμπλέκονται στον καταβολισμό περιλαμβάνουν τη γλυκαγόνη, την κορτιζόλη, την αδρεναλίνη και τις κυτοκίνες. Είναι σημαντικό να θυμάστε ότι όλες οι κυτταρικές και μεταβολικές διεργασίες πρέπει να ρυθμίζονται και να ελέγχονται αυστηρά, έτσι ώστε οι πόροι να μην σπαταλούνται και τα κύτταρα να λειτουργούν με υψηλή απόδοση ανά πάσα στιγμή.

Οι ορμόνες είναι τα σήματα για πολλές από αυτές τις διαδικασίες. Απελευθερώνονται από διάφορους αδένες σε όλο το σώμα, λένε στα όργανα, τους μύες και τους ιστούς τι να κάνουν. Για παράδειγμα, όταν βρίσκεστε σε μια επικίνδυνη κατάσταση, η απόκριση πτήσης ή μάχης ξεκινά και η κορτιζόλη και η αδρεναλίνη απελευθερώνονται στην κυκλοφορία του αίματός σας. Αυτό, με τη σειρά του, θα ξεκινήσει έναν καταρράκτη καταβολικών διεργασιών που θα διασπάσουν το γλυκογόνο σε γλυκόζη, ώστε οι μύες να έχουν ενέργεια για να λειτουργήσουν και να επιταχύνουν την καρδιά σας. Πολλές από τις διαδικασίες που περιγράφονται παρακάτω ελέγχονται και ρυθμίζονται με ορμόνες, οι οποίες συχνά λειτουργούν ως κόλλα συμπεριφοράς μεταξύ αυτών που απαιτεί ο εγκέφαλος και του σώματος που παρέχει.

Καταβολικές διεργασίες

Οι κύριες διαδικασίες του καταβολισμού περιλαμβάνουν τον κύκλο του κιτρικού οξέος, τη γλυκόλυση, την οξειδωτική απαμίνωση, τη διάσπαση του μυϊκού ιστού και τη διάσπαση του λίπους. Θα εξετάσουμε εν συντομία καθεμία από αυτές τις βασικές πτυχές του καταβολισμού παρακάτω.

Γλυκόλυση

Αυτή είναι μια πολύ σημαντική καταβολική διαδικασία, καθώς είναι η διαδικασία που διασπά τα σάκχαρα (π.χ. γλυκόζη) σε πυροσταφυλικό, μαζί με την παραγωγή ATP και NADH. Ξεκινώντας με ένα μόριο γλυκόζης, η γλυκόλυση είναι μια αντίδραση 10 σταδίων που θα δημιουργήσει δύο μόρια πυροσταφυλικού ως προϊόν. Χρησιμοποιώντας μια ποικιλία ενζύμων, συμπεριλαμβανομένης της κινάσης, της μουτάσης, της αφυδρογονάσης, της ισομεράσης και της λυάσης, καθώς και της κατανάλωσης δύο ATP, αυτό το βασικό μόριο γλυκόζης μπορεί να διασπαστεί σε 2 μόρια πυροσταφυλικού, 2 NADH (τα οποία αργότερα θα χρησιμοποιηθούν για περαιτέρω παραγωγή ATP ) και 4 ATP. Δεδομένου ότι δύο ATP καταναλώθηκαν κατά τη διάρκεια του μέρους της κατανάλωσης ενέργειας αυτής της διαδικασίας, το καθαρό κέρδος από τη διάσπαση ενός μορίου γλυκόζης είναι 2 ATP. Εάν θέλετε να μάθετε για τις μεμονωμένες αντιδράσεις που εμπλέκονται στη γλυκόλυση, ανατρέξτε στο άρθρο εδώ!

(Φωτογραφία:YassineMrabet/Wikimedia Commons)

Κύκλος κιτρικού οξέος

Γνωστός και ως κύκλος του Krebs, ο κύκλος του κιτρικού οξέος χρησιμοποιεί ορισμένα από τα προϊόντα της γλυκόλυσης για περαιτέρω παραγωγή ενέργειας, ξεκινώντας από τα μόρια πυροσταφυλικού. Και πάλι, τα ένζυμα παίζουν βασικό ρόλο στον χειρισμό αυτών των μορίων πυροσταφυλικού και στη σύνδεσή τους με άλλα μόρια για την απελευθέρωση ενέργειας με ελεγχόμενο τρόπο και τη διαιώνιση του κύκλου. Τα προϊόντα μιας περιστροφής του κύκλου του κιτρικού οξέος (χρησιμοποιώντας 2 μόρια πυροσταφυλικού) αποτελούνται από 4 μόρια διοξειδίου του άνθρακα, 6 μόρια NADH, 2 μόρια FADH2 και 2 μόρια GTP. Το NADH και το FADH2 θα συνεχίσουν στην αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων για ακόμη περισσότερη παραγωγή ATP.

(Φωτογραφία:Wikimedia Commons)

Οξειδωτική απαμίνωση

Όταν πρόκειται για τη διάσπαση των πρωτεϊνών και των αμινοξέων και για την πρόσβαση στην ενέργεια μέσα σε αυτά, απαιτείται μια λιγότερο γνωστή διαδικασία που ονομάζεται οξειδωτική απαμίνωση. Οι πρωτεΐνες τυπικά διασπώνται και χρησιμοποιούνται ως υποστρώματα για περαιτέρω μοριακή ανάπτυξη (αναβολικές διεργασίες). Ωστόσο, όταν υπάρχει έλλειψη υδατανθράκων ή κανονικών πηγών ενέργειας, το σώμα θα αρχίσει να διασπά τις πρωτεΐνες στα αμινοξέα τους, μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται πρωτεόλυση. Σε αντίθεση με άλλες πηγές ενέργειας, τα αμινοξέα διαθέτουν άζωτο, επομένως απαιτείται διαφορετική καταβολική διαδικασία – οξειδωτική απαμίνωση.

Όταν αφαιρεθούν οι ομάδες αζώτου, αφήνεται πίσω ένας βασικός σκελετός άνθρακα, γνωστός ως κετοξύ. Παρόμοια με ένα κανονικό μόριο γλυκόζης, ένα κετοξύ μπορεί να εισέλθει στον κύκλο του Krebs για να παράγει ενέργεια ή μπορεί να συντεθεί περαιτέρω σε ένα ελεύθερο λιπαρό οξύ. Η αμμωνία είναι ένα υποπροϊόν αυτού του τύπου απαμίνωσης, η οποία είναι εντάξει σε μικρές ποσότητες, αλλά τα υψηλά επίπεδα είναι τοξικά. Το σώμα αντιμετωπίζει αυτό μετατρέποντας την αμμωνία σε ουρία στο ήπαρ, όπου μπορεί να μεταφερθεί από τα συκώτια στα νεφρά και να αποβληθεί στα ούρα μας.

Διάσπαση λίπους (λιπόλυση)

Η διάσπαση των αποθεμάτων λίπους των τριγλυκεριδίων που είναι αποθηκευμένα στον λιπώδη ιστό είναι ένας άλλος τρόπος παραγωγής ενέργειας. Τα τριγλυκερίδια αποτελούνται από μια ραχοκοκαλιά γλυκερίου, τρεις ουρές λιπαρών οξέων και τους τρεις εστερικούς δεσμούς που συνδέουν τα δύο προηγούμενα συστατικά. Οι τρεις εστερικοί δεσμοί πρέπει να σπάσουν για να απελευθερωθεί η ενέργειά τους, κάτι που γίνεται μέσω μιας αντίδρασης υδρόλυσης. Σε τρία ξεχωριστά βήματα, καθένας από αυτούς τους δεσμούς σπάει. Αφού αφαιρεθεί καθένα από τα λιπαρά οξέα μέσω της εισαγωγής νερού (H2o), τα τελικά προϊόντα περιλαμβάνουν ένα μόριο γλυκερίνης, δύο απελευθερωμένα λιπαρά οξέα και χρησιμοποιήσιμη ενέργεια. Οι ορμόνες που διεγείρουν αυτή τη διαδικασία περιλαμβάνουν κορτιζόλη, αδρεναλίνη και γλυκαγόνη. Η ινσουλίνη δρα ενάντια σε αυτή τη διαδικασία, διεγείροντας μια αναβολική διαδικασία που παράγει τριγλυκερίδια.

(Φωτογραφία:Boumphreyfr/Wikimedia Commons)

Καταστροφή μυϊκού ιστού

Αν και οι περισσότεροι άνθρωποι προσπαθούν να αποφύγουν την υποβάθμιση της μυϊκής τους μάζας με κάθε κόστος, συχνά μπορεί να είναι δύσκολο. Αμέσως μετά από μια προπόνηση ή τα πρωινά μετά από μια μεγάλη περίοδο χωρίς πρόσληψη θρεπτικών ουσιών, το σώμα μπορεί να αρχίσει να καταβολίζει τον μυϊκό ιστό επειδή δεν έχει τις αναβολικές διαδικασίες που χρειάζεται για να χτίσει περισσότερα μυϊκός ιστός. Αυτό ακούγεται προφανώς αντίθετο, αλλά αυτή η μετατροπή του ιστού σε ενέργεια είναι απόκριση στο ότι δεν παρέχεται αρκετή βασική ενέργεια, είτε από πηγές πρωτεΐνης είτε από πηγές υδατανθράκων, στο σώμα σας.

Μια τελευταία λέξη

Υπάρχουν σαφώς πολλοί διαφορετικοί τρόποι με τους οποίους το σώμα μπορεί να παράγει χρησιμοποιήσιμη ενέργεια και βασικά δομικά στοιχεία μέσω καταβολικών διεργασιών. Η κατανόηση του τρόπου χειρισμού και χρήσης κάθε πιθανής πηγής ενέργειας από το σώμα θα σας ενθαρρύνει να επιλέγετε τις τροφές σας με σύνεση και να διασφαλίζετε ότι διατηρείτε τον μεταβολισμό σας σε κορυφαία φόρμα.