Hrana ne postaje energija u jednom trenutku niti se koristi u celom obliku u kojem je pojedemo. Sistem za varenje prvo usitnjava i razgrađuje hranu na manje molekule koje telo može da apsorbuje. Zatim se hranljive materije transportuju do ćelija, gde se deo njihovih hemijskih veza koristi za stvaranje molekula ATP, koji predstavljaju neposredno dostupan oblik energije za većinu ćelijskih procesa.
Varenje priprema hranljive materije za apsorpciju
Proces počinje u ustima, gde se hrana mehanički usitnjava i meša sa pljuvačkom. Enzimi već tada počinju da razgrađuju pojedine ugljene hidrate. U želucu se sadržaj dalje meša sa kiselinom i enzimima, dok se u tankom crevu razgradnja nastavlja uz pomoć enzima iz pankreasa i drugih supstanci potrebnih za varenje.
Ugljeni hidrati se razgrađuju do jednostavnijih šećera, proteini do aminokiselina, a masti do masnih kiselina i drugih manjih molekula. Ove hranljive materije zatim prolaze kroz zid tankog creva i ulaze u krv ili limfni sistem. Tako telo dobija sirovine koje ćelije mogu da koriste za energiju, izgradnju i obnovu.
Nisu svi delovi hrane namenjeni stvaranju energije. Vlakna, na primer, uglavnom prolaze kroz digestivni trakt bez potpunog razlaganja u tankom crevu, dok vitamini i minerali imaju druge funkcije. Hrana zato obezbeđuje i energiju i materijale potrebne za normalan rad organizma.
Glukoza stiže do ćelija
Glukoza je jedan od važnih izvora energije i nastaje razgradnjom mnogih ugljenih hidrata. Nakon apsorpcije ulazi u krv, a nivo glukoze regulišu hormoni, naročito insulin. Insulin pomaže da glukoza iz krvi dospe u određene ćelije, gde može da bude iskorišćena ili uskladištena. Ovaj proces je deo metabolizma kojim telo upravlja korišćenjem hranljivih materija.
Kada ćeliji treba energija, glukoza se razgrađuje kroz niz hemijskih reakcija. Prvi deo procesa odvija se u citoplazmi i naziva se glikoliza. Ona ne daje konačnu količinu energije koju ćelija može da dobije iz glukoze, ali priprema dalje proizvode za efikasniju proizvodnju ATP-a.
Ako energija trenutno nije potrebna, telo može deo glukoze da uskladišti u obliku glikogena, prvenstveno u jetri i mišićima. U drugim uslovima višak energije može biti pretvoren i uskladišten kao mast. Na taj način organizam prilagođava dostupnost goriva trenutnim potrebama.
Ćelija ne koristi glukozu tako što je jednostavno „sagori“. Njene molekule prolaze kroz kontrolisan niz reakcija u kojima se energija postepeno oslobađa i prenosi na molekule koji mogu da je iskoriste za različite ćelijske zadatke.
Mitohondrije proizvode većinu ATP-a
U ćelijama sa mitohondrijama, veliki deo proizvodnje ATP-a odvija se upravo u tim organelama. Proizvodi nastali razgradnjom glukoze ulaze u dodatne metaboličke reakcije, uključujući ciklus limunske kiseline. Pri tome nastaju molekuli koji prenose elektrone do sistema za transport elektrona.
Na unutrašnjoj membrani mitohondrija elektroni prolaze kroz niz proteinskih kompleksa. Energija oslobođena tim procesom koristi se za stvaranje razlike u koncentraciji protona preko membrane. Povratak protona kroz ATP sintazu pokreće stvaranje ATP-a iz ADP-a i fosfata.
Kiseonik ima važnu ulogu u završnom delu ovog procesa jer prihvata elektrone i zajedno sa protonima učestvuje u stvaranju vode. Zbog toga ćelijsko disanje u uobičajenim uslovima veoma zavisi od stalnog dopremanja kiseonika.
Masti i proteini mogu biti gorivo
Telo ne zavisi samo od glukoze. Masti predstavljaju veoma koncentrisan oblik skladištenja energije. Kada se razgrađuju, masne kiseline mogu da uđu u metaboličke puteve u kojima se stvaraju molekuli potrebni za proizvodnju ATP-a. Zbog velike količine energije koju sadrže, masne zalihe mogu dugo da obezbeđuju gorivo.
Proteini prvenstveno služe za izgradnju i održavanje tkiva, enzima i drugih struktura. Ipak, kada je potrebno, aminokiseline mogu da se razgrade i njihovi delovi uključe u metaboličke procese. To je naročito važno kada dostupnost drugih izvora energije nije dovoljna.
Od ATP-a do rada celog organizma
ATP koji nastane u ćelijama ne predstavlja skladište energije za dane unapred. On se stalno proizvodi i troši, često u veoma kratkom vremenu. Ćelija tako održava ravnotežu između dostupnog ATP-a i svoje trenutne potrošnje.
Kada hodamo, mišićne ćelije koriste ATP za kontrakciju. Kada mozak obrađuje informacije, nervne ćelije troše energiju za održavanje električnih gradijenata i prenos signala. Slična potrošnja postoji i tokom mirovanja, jer organi neprekidno obavljaju funkcije potrebne za održavanje života.
Zato se energija iz hrane može posmatrati kao deo lanca: varenje razlaže hranu, apsorpcija dovodi hranljive materije do organizma, metabolizam ih obrađuje, a ćelije koriste dobijenu energiju za rad. Deo energije se oslobađa i kao toplota, što doprinosi održavanju telesne temperature.
