Aναβολισμός και καταβολισμός: Οι βασικές φάσεις του μεταβολισμού

Συνεχώς στο ανθρώπινο σώμα ή σε συγκεκριμένα σημεία αυτού, πραγματοποιείται πληθώρα χημικών αντιδράσεων με σκοπό να μπορεί να λειτουργεί διαρκώς άρτια και να διατηρεί την ομοιόστασή του.

Αυτή η διαδικασία ονομάζεται μεταβολισμός. Όλη αυτή η πληθώρα χημικών αντιδράσεων που επιτελείται στον οργανισμό εξυπηρετεί την μετατροπή της ενέργειας που προσλαμβάνουμε από το περιβάλλον (π.χ. πρόσληψη τροφής), σε ενέργεια που μπορεί να χρησιμοποιήσει ο οργανισμός – ΑΤP – Τριφωσφορική Αδενοσύνη για να καλύψει τις λειτουργικές του ανάγκες.

Γράφει ο Περικλής Κάβουρας, Γυμναστής. Κομοτηνή

Tι είναι ο βασικός μεταβολισμός

Το ανθρώπινο σώμα ακόμα και αν βρισκεται σε κατάσταση αδράνειας – ηρεμίας χρησιμοποιεί ενέργεια για να μπορέσει να διατηρήσει ενεργές τις βασικές του λειτουργίες (π.χ. την καρδιακή συστολή – διαστολή) και να διατηρηθεί εν ζωή.

Η ενέργεια αυτή αντιστοιχεί στον Βασικό μεταβολισμό – Βασικό Μεταβολικό Ρυθμό (BMR).

Ο βασικός μεταβολικός ρυθμός όμως, δεν είναι ο ίδιος για όλα τα άτομα καθώς επηρεάζεται από πολλούς παράγοντες. Ένας εξ αυτών είναι η χρονολογική ηλικία του ατόμου. Έρευνες έδειξαν ότι το BMR μειώνεται περίπου κατά 2% ανά δεκαετία μετά την ηλικία των 20 ετών.

Όσον αφορά το φύλο, φαίνεται ότι οι άνδρες λόγω των υψηλότερων ποσοστών μυικής μάζας και συνήθως χαμηλότερου ποσοστού σωματικού λίπους, έχουν υψηλότερες απαιτήσεις ενέργειας για να μπορούν να διατηρούν τις σωματικές λειτουργίες τους με αποτέλεσμα να έχουν  και υψηλότερο BMR.

Επιπλέον, η σύσταση σώματος φαίνεται να αποτελεί έναν ακόμη παράγοντα, καθώς άτομα με χαμηλότερα ποσοστά σωματικού λίπους και υψηλότερα ποσοστά σωματικής μάζας έχουν και υψηλότερο BMR. Οι περιβαλλοντολιγές αλλαγές ακόμη, έχουν άμεση συσχέτιση με το BMR.

Πιο συγκεκριμένα, τα άτομα που ζουν σε περιοχές με ψυχρά κλίματα διαθέτουν και υψηλό μεταβολικό ρυθμό λόγω της ικανότητας θερμογέννεσης για να μπορέσουν να διατηρήσουν την ομοιόσταση τους σταθερή και να προσαρμοστούν στις εξωτερικές μεταβολές του περιβάλλοντος.

Τέλος, διάφορες ασθένειες φαίνεται να επηρεάζουν αρκετά τον μεταβολικό ρυθμό λόγω των ανισορροπιών που προκαλούνται στην ομοιόσταση του οργανισμού. Χαρακτηρικό παράδειγμα τέτοιων ασθενειων είναι ο υπερθυρεοειδισμός (αύξηση του μεταβολικού ρυθμού) και ο υποθυρεοειδισμός (μείωση του μεταβολικού ρυθμού) που προκαλούνται κυρίως λόγω της δεισλειτουργίας του θυρεοειδούς αδένα.

Φάσεις του Μεταβολισμού: Αναβολισμός και καταβολισμός

Ο μεταβολισμός διακρίνεται σε δύο κύριες φάσεις, στην φάση του αναβολισμού και στην φάση του καταβολισμού.

Καταβολισμός

Ο καταβολισμός περιλαμβάνει τις αποικοδομητικές διεργασίες  διάσπασης της τροφής ώστε να παραχθούν πρώτες ύλες για την σύνθεση μεγάλων μορίων που χρειάζονται για τις σωματικές λειτουργίες.

Από αυτήν την διαδικασία απελευθερώνεται ενέργεια, μέρος της οποίας χρησιμοποιείται για την παραγωγή τριφοσφωρικής αδενοσύνης (ΑTP). Η τριφοσφωρική αδενοσύνη θεωρείται το κύριο ενεργειακό μόριο που μπορεί να δεσμεύσει και να αξιοποιήσει ο οργανισμός μετά από την διαδικασία της υδρόλυσης, ώστε να παραχθεί ενέργεια σε μορφή που μπορεί να χρησιμοποιήσει.

Αν κάνουμε μια μικρή επισκόπηση του καταβολισμού θα δούμε ότι υπάρχουν στάδια μέχρι η ενέργεια που δεσμέυουμε από την τροφή να μετατραπεί στο τελικό προιόν, την τριφοσφωρική αδενοσύνη (ATP) και να μπορεί να αξιοποιηθεί από τον οργανισμό. Είναι μια πολύπλοκη διαδικασία που διακρίνεται σε 3 στάδια.

Στο πρώτο στάδιο, μεγάλα βιομόρια, όπως είναι οι υδατάνθρακες, τα λιπίδια και οι πρωτείνες, διασπώνται σε μικρότερα μόρια ώστε να αξιοποιηθούν στο δεύτερο στάδιο. Πιο συγκεκριμένα οι υδατάνθρακες θα διασπαστούν σε γλυκόζη (όχι μόνο), τα λιπίδια σε λιπαρά οξέα και γλυκερόλη και οι πρωτείνες σε αμινοξέα και αιθανόλη.

Όλα αυτά, προχωρώντας στο δεύτερο στάδιο του μεταβολισμού, με διαφορετικές διαδικασίες μετατρέπονται σε πυροσταφυλικό όξυ και έπειτα σε ακετυλοσυνένζυμο Α. Αν στην παρούσα φάση ο οργανισμός χρειάζεται άμεση παραγωγή ενέργειας, το πυροσταφυλικό οξύ θα μετατραπεί σε γαλακτικό οξύ μέσω του ενζύμου της γαλακτικής αφυδρογονάσης, με αναερόβια δίασπαση.

Αν όμως η ενέργεια που χρειάζεται ο οργανισμός παρέχεται σταδιακά, τότε το πυροσταφυλικό όξυ θα μετατραπεί σε ακετυλοσυνένζυμο Α και μέσω αερόβιων διεργασιών (κύκλος του Κρεμπς, Αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων κ.α.) θα παραχθεί το τελικό προιόν που είναι και στην παρούσα φάση η τριφοσφωρική αδενοσύνη. Αυτό είναι και το τρίτο στάδιο.

Οι διαδικασίες αυτές αναφέρονται αρκετά περιληπτικά στο παρόν άρθρο και για αυτό τον λόγο θα επεξηγηθούν περισσότερο σε επόμενο. Βέβαια, αξίζει να σημειωθεί ότι η παραγωγή ενέργειας για την υλοποίηση των διαφορετικών δραστηριοτήτων δεν παράγεται μόνο από ένα συγκεκριμένο ενεργειακό υπόστρωμα την φορά, καθώς συνεισφέρουν όλα ταυτόχρονα σε διαφορετικό ποσοστό  το καθένα ανάλογα με τις απαιτήσεις της δραστηριότητας.

Αναφορικά τα τρία κύρια ενεργειακά υποστρώματα, τα οποία θα αναλυθούν σε επόμενο άρθρο, είναι το σύστημα ΑΤP – Φωσφοκρεατίνης το οποίο μπορεί να παράξει μεγάλες ποσότητες ενέργειας αλλά για πολύ μικρό χρονικό διάστημα (συνήθως 7’’) σε ασκήσεις υψηλής έντασης π.χ. σε μια επανάληψη στην άρση βαρών.

Το δεύτερο σύστημα είναι του γαλακτικού οξέος που αφορά στην αναερόβια διάσπαση των υδατανθράκων (κυριαρχεί για 7’’ – 1΄) π.χ. σε 400 – 800m τρέξιμο και παρέχει αρκετή ποσότητα ενέργειας σε μια μέτρια ταχύτητα (50 – 50 περίπου αναλογία ποσότητα – ταχύτητα). Το τρίτο και τελευταίο ενεργειακό υπόστρωμα είναι το σύστημα οξυγόνου όπου παρέχει ενέργεια σταδιακά αλλά με πολύ αργή ταχύτητα. Κυριαρχεί σε προσπάθειες πάνω από 1΄π.χ. αγώνας δρόμου 1500μ. κλπ.

Αν υποθέσουμε ότι έχουμε φτάσει στο τελικό προιόν που είναι η τριφοσφωρική αδενοσύνη, τώρα θα εξηγήσουμε το πως θα παραχθεί ενέργεια την οποία μπορεί να  δεσμεύσει ο οργανισμός. Ο τρόπος με τον οποίο παράγεται ενέργεια από το ATP είναι μέσω υδρόλυσης. Πιο συγκεκριμένα, η τριφοσφωρική αδενοσύνη ονομάζεται έτσι επειδή αποτελείται από 3 μόρια φώσφορου (P) και μια αδενοσύνη.

Η υδρόλυση του ΑΤP πραγματοποιείται με την παρουσία νερού (H2O) και από εκεί αποδίδεται διφοσφωρική αδενοσύνη (ADP), ένα μόριο φωσφoρικού οξέος (Pi) και ένα ιόν υδρογόνου (Η+). Πλέον ονομάζεται διφοσφωρική αδενοσύνη καθώς έχει χάσει μέσω της υδρόλυσης ένα μόριο φωσφόρου.

Βέβαια, και η διφοσφωρική αδενοσύνη αποδίδει  ενέργεια όταν πραγματοποιείται ξανά υδρόλυση ώστε να μετατραπεί σε μονοσφωρική αδενοσύνη (AMP). Ονομάζεται μονοσφωρική αδενοσύνη επειδή έχει χάσει τα 2 από τα 3 μόρια φωσφόρου και έχει απομείνει με ένα.

Βέβαια, η τριφοσφωρική αδενοσύνη (ATP)  μπορεί να υδρολυθεί και να αποδώσει μονοσφωρική αδενοσύνη (AMP), ένα ανόργανο πυροφοσφωρικό οξύ (PPi) και ένα  ιόν υδρογόνου (H+). Το πυροφοσφωρικό οξύ (PPi) που προκύπτει, παρέχει και αυτό με την σειρά του μια πρόσθετη ενέργεια μέσω της διαδικασίας της υδρόλυσης και αποδίδει ένα μόριο φωσφορικού οξέος (Pi) και ένα ιόν υδρογόνου (H+).

Μέσω όλων αυτών των διαδικασιών παρέχεται στον οργανισμό ενέργεια ώστε να μπορέσει να επιτελέσει τις βασικές του λειτουργίες αλλά και να ανταπεξέλθει στις απαιτήσεις των καθημερινών δραστηριοτήτων του.

Χωρίς την παρουσία της τριφοσφωρικής αδενοσύνης υπάρχει έλειμμα διαθέσιμης ενέργειας. Αυτή η έλειψη για μερικά δευτερόλεπτα μπορεί να οδηγήσει στον θάνατο. Για αυτό τον λόγο θα πρέπει πάντα να υπάρχει διαθέσιμο ΑΤP στον οργανισμό.

Αυτό διατηρείται μέσω αναπληρωτών της τριφοσφωρικής αδενοσύνης. Ο 1^ος αναπληρωτής της ΑΤP είναι η διφοσφωρική αδενοσύνη (ADP) η οποία με την μεταφορά ενός μορίου φωσφόρου κατά την διαδικασία της υδρόλησης μετατρέπεται πάλι σε τριφοσφωρική αδενοσύνη (ΑΤP).

O 2^Ος αναπληρωτής της ΑΤP θεωρείται η φωσφοκρεατίνη, η οποία με την παρουσία ενός μορίου διφοσφωρικής αδενοσύνης (ADP) και ενός ιόντος υδρογόνου (Η+) μέσω της υδρόλυσης με το ένζυμο της κρεατινικής κινάσης (CK) αποδίδει ένα μόριο κρεατίνης και ένα μόριο τριφοσφωρικής αδενοσύνης (ATP).

H διαδικασία αναγέννησης του ATP από φωσφοκρεατίνη είναι μια αναερόβια διαδικασία η οποία πραγματοποιείται στα πρώτα δευτερόλεπτα της άσκησης. Η φωσφοκρεατίνη είναι η ταχύτερη πηγή ανασύνθεσης της ATP και θεωρείται μια πολύτιμη ενεργειακή πηγή κατά την εκτέλεση ασκήσεων, συνήθως υψηλής έντασης. Σε κατάσταση ηρεμίας στους σκελετικούς μύες υπάρχουν 12mmol/kg  κρεατίνης και 20mmol/kg φωσφοκρεατίνης.

Αναβολισμός

Η δεύτερη σημαντική φάση του μεταβολισμού είναι η φάση του αναβολισμού.

Περιλαμβάνει τις βιοσυνθετικές διεργασίες, όπως είναι η αύξηση και η διαίρεση των κυττάρων, η αναπλήρωση φθορών που μπορούν να προκύψουν μετά από διάφορες δρατηριότητες (π.χ. αναπλήρωση ποσοστών των συσταλτών πρωτεινών κατά την μυική συστολή – ακτίνη, μυοσύνη, τροπονίνη και τροπομυοσύνη, ανακατασκευή των γραμμών Ζ κ.α.) και η δημιουργία αποθεμάτων ενέργειας.

Ο αναβολισμός εξαρτάται από τον καταβολισμό από άποψη τόσο των πρώτων υλών, όσο και ενέργειας. Στον αναβολισμό τα μικρά μόρια συμβάλλουν  στην σύνθεση μεγάλων μορίων ενώ στον καταβολισμό τα μεγάλα μόρια καταβολίζονται σε μικρότερα.

Μεταβολισμός και Άσκηση

Κατά την άσκηση οι μεταβολικές αντιδράσεις είναι οι ίδιες όπως και στην ηρεμία. Αυτό που αλλάζει είναι η ταχύτητα με την οποία γίνονται οι διάφορες διεργασίες και ονομάζεται μεταβολική ρύθμιση ή μεταβολικός έλεγχος.

Ο ασκησιογενής μεταβολισμός προσαρμόζεται  στις ενεργειακές απαιτήσεις  του οργανισμού ανάλογα με την προπονητική επιβάρυνση (ένταση, διάρκεια, τύπος άσκησης κλπ). Όπως προαναφέρθηκε, σχεδόν πάντα η ενεργέια που παρέχεται στον οργανισμό κατά την άσκηση τροφοδοτείται από έναν συνδυασμό ενεργειακών πηγών, με κυριότερες πηγές τα λιπίδια και τους υδατάνθρακες.

Επιπλέον αυτό που παρατηρείται μετά την άσκηση είναι ότι ο μεταβολισμός δεν επιστρέφει στις τιμές ηρεμίας αμέσως μετά την άσκηση αλλά χρειάζεται συγκεκριμένο χρονικό διάστημα (ανάλογα με τις απαιτήσεις του οργανισμού μετά από μια συγκεκριμένη άσκηση) καθώς πρέπει να ενεργοποιηθούν οι αναβολικές διεργασίες.

Όσον αφορά την μυική τριφοσφωρική αδενοσύνη (αυτή που βρίσκεται στο μυικό κύτταρο), σε κατάσταση ηρεμίας είναι 6mmol/kg, διαρκεί για 3’’ σε μέγιστης έντασης ασκήσεις και με την βοήθεια των αναπληρωτών προλαβαίνει και ανασυντίθεται. Αν αλλάξει η ένταση της άσκησης (χαμηλή – μέτρια) προφανώς και ο ρυθμός πτώσης της είναι μικρότερος. Έρευνες έδειξαν ότι στα 30΄΄ υψηλής έντασης άσκηση υπάρχει μέγιστη πτώση των αποθεμάτων της μυικής τριφοσφωρικής αδενοσύνης στο 50%.

Εν κατακλείδι, ο αναβολισμός και ο καταβολισμός είναι δυο έννοιες που περικλείονται στην έννοια του μεταβολισμού και πρέπει να πραγματοποιηθούν πολλές και πολύπλοκες διεργασίες ώστε να παραχθεί ενέργεια που θα αξιοποιηθεί από τον οργανισμό.

Ακολούθησε την fmh.gr στο Google News, στο Twitter, στο Facebook στο Υoutube και στο Instagram

Περικλής Κάβουρας, Γυμναστής. Κομοτηνή

Βιβλιογραφία

1. Boyer P., (1993). The binding change of mechanism for ATP synthase – Some probabilities and possibilities. Biochimica et Biophysica Acta, 1140, 215 – 250.
2. Senior, A., (1988). ATP synthesis by oxidative phosphorylation, Physiology Rev. 68, 177-231.
3. Matsuno-Ysagi, A. and Hatefi, Y. (1988) Role of energy in oxidative phosphorylation, J. Bioenerg. Biomemb. 20, 481-502.
4. Tsong, T. and Astumian, R., (1988) Electroconformational coupling: how membrane-bound ATPase transduces energy from electric fields, Ann. Rev. Physiol. 50, 273-290.
5. H., (1990) Decoupling of oxidative phosphorylation and photophosphorylation, Biochim. Biophys. Acta 1018, 1-17.
6. Boyer, P.D. (1989) A perspective of the binding change mechanism for ATP synthesis, FASEB J. 3, 2164-2178.
7. Futai, M., Noumi, T. and Maeda, M. (1989) ATP Synthase (H+-ATPase): results by combined biochemical and molecular biological approaches, Annu. Biochem. 58, 111-136.
8. Wasterblad H., (2010). Skeletal muscle: Energy Metabolism, fiber types, fatigue and adaptability. Experimental Cell Research 316, 3093 – 3099.
9. Roach P., (2002). Glycogen and its metabolism, Curr. Mol. Med. 2, 101–120.
10. Sahlin K., (1986) Metabolic changes limiting muscle performance, Int. Series Sport Sci. 16, 323–343.