به محض اینکه مواد غذایی وارد سلولهای بدن می شوند، می توانند در واکنش های بیوشیمیایی شرکت کنند. سوخت و ساز بدن (متابولیسم) به طور کلی مجموعه واکنش های شیمیایی است که در سلول ها روی می دهند. واکنش های متابولیک به هر حال باعث به وجود آمدن مولکول ها یا ساختارها یا تجزیه آنها می شود. آنابولیسم شامل واکنش هایی می شود که مولکولهای بزرگتر از نمونه های کوچکتر ساخته می شوند که می توان به عنوان نمونه به ساخته شدن پروتئین ها از اسیدهای آمینه اشاره کرد. این در حالی است که کاتابولیسم شامل واکنش هایی است که در آن ها مولکول های بزرگتر (مولکول های پیچیده) به انواع کوچکتر تجزیه می شوند.

واکنش های آنابولیکی در سوخت و ساز بدن معمولاً به اضافه شدن انرژی نیاز دارند، این در حالی است که واکنش های کاتابولیکی به رها کردن انرژی از ترکیبات تمایل دارند. انرژی آزاد شده از یک واکنش می تواند واکنش دیگری را ایجاد نماید. انرژی با دو روش از ترکیبات به دست می آید. وقتی که واکنش های شیمیایی روی می دهد، این انرژی است که باقی می ماند. انرژی حاصل از سوخت و ساز بدن می تواند برای اضافه کردن یک فسفات سوم به ADP برای شکل دادن ATP عمل نماید، این فرایند از متابولیسم، فسفوریلاسیون سوبسترا (ماده اولیه) نامیده می شود. یک سوبسترا ترکیبی است که به وسیله یک آنزیم فعال می شود. فسفوریلاسیون، فرآیند اضافه کردن یک گروه فسفات به یک اتم یا یک گروه از اتم هاست. این فرآیند از سوخت و ساز بدن  مسئول تولید مقادیر نسبتاً کم ATP است. بقیه ATP نیز توسط تغییرات انرژی الکترونی اتم های هیدروژنی ساخته می شود. این اتم ها تقسیم شده و الکترون ها از طریق یک سری از واکنش ها انتقال می یابند که پیامد آن حجم بالایی از ATP است. اکسیژن در یک فرآیند متابولیسم به طور کامل به کار گرفته می شود، اما در انتها یک الکترون دریافت می کند. اضافه شدن دو الکترون به اکسیژن باعث جذب دو یون هیدروژن از محیط اطراف می شود و در نتیجه (پروتون ها) آب به دست آید. روش دیگر تولید ATP روش فسفوریلاسیون اکسیداتیو نامیده می شود. به علت اینکه تری گلیسیرید ها مقدار زیادی از اتم های هیدروژن را نگه می دارند، دو برابر کربوهیدارت ها انرژی ذخیره می کنند. اسیدهای چرب برای ذخیره انرژی در مولکول ها خیلی مؤثرتر هستند. به طور کلی به فرآیند خروج انرژی از مواد مغذی برای سوخت و ساز بدن ، تنفس سلولی می گویند. واکنش های تنفس سلولی هوازی به اکسیژن نیاز دارند، در حالی که واکنش های سلولی غیر هوازی به اکسیژن نیاز ندارند.

محاسبه میزان سوخت و ساز بدن (متابولیسم) پایه BMR:

تخمین میزان کالری های مورد نیاز برای بدن در هر روز، از طریق میزان سوخت و ساز بدن (متابولیسم) پایه (BMR) محاسبه می شود.

1) محاسبه وزن بدن به کیلوگرم (پوند تقسیم بر 2/2)، مردان به مرحله بعد می روند و در مورد زن ها ابتدا باید وزن به کیلوگرم در عدد 0.9 ضرب شود و سپس به مرحله بعد بروند.

2) مجموع این اعداد در 24 ضرب می شود. این نشان دهنده ی کالری هایی است که فرد باید برای ثابت نگه داشتن وزن در سوخت و ساز بدن  مصرف کند. اگر کمتر از این مقدار مصرف کند وزن از دست می دهد و اگر بیش از این دریافت کند وزن اضافه می کند. اگر فردی سطح فعالیت خود را در متابولیسم تغییر دهد این مقدار افزوده می شود و یا در مواجعه با یک بیماری میزان کالری مورد نیاز باید تطابق داده شود.

در شکل بالا گلوکز از طریق گلیکولیز به دی اکسید کربن و آب تجزیه می شود، چرخه کربس و زنجیره انتقال الکترون در سوخت و ساز بدن به طور کامل دیده می شود. در ابتدا گلوکز که یک قند شش کربنی است به دو مولکول اسید پیروویک سه کربنی شکسته می شود. اسید پیروویک، یک کربن از دست داده و به استیل COA تبدیل می شود. سپس استیل کوآ به چرخه کربس از متابولیسم وارد می شود، الکترون ها از چرخه کربس به زنجیره انتقال الکترون وارد می شوند و ATP تولید می کنند. نتیجه این روند سوخت و ساز بدن تولید 34 مولکول ATP است که می تواند به عنوان منبع انرژی برای فرایند های روزمره سلول ها به کار گرفته شود.

تمام ارگانیسم های چند سلولی باید تنفس هوازی انجام دهند، زیرا آن ها نمی توانند براساس مقدار اندک انرژی تولید شده توسط فرآیندهای غیر هوازی زنده بمانند. تنفس سلولی اکثراً در برگیرنده تجزیه گلوکز برای تولید ATP با استفاده از سه مسیر شیمیایی: گلیکولیز، چرخه کربس، و زنجیره انتقال الکترون در متابولیسم می باشد. گلیکولیز گاهی اوقات به عنوان فرآیند غیر هوازی به شمار می اید و واکنش ها در سوخت و ساز بدن بر این اساس می توانند در مواقعی که اکسیژن وجود ندارد، ادامه یابند. در زمان های دیگر، گلیکولیز، همانند چرخه کربس، و زنجیره انتقال الکترون یک فرایند هوازی است و در صورت نبود اکسیژن نمی تواند به فعالیت ادامه دهد. گلوکز به عنوان یک قند 6 کربنه به مسیر گلیکولیز وارد شده و در نهایت به دو مولکول پیروویک اسید 3 کربنی تبدیل می شود. این فرایند از سوخت و ساز بدن باعث تولید دو مولکول ATP می شود. در اینجا اسید پیروویک دی اکسید کربن از دست داده و یک گروه استیل تشکیل می دهد که با شکل خاصی از ریزمغذی ها در ویتامین B6 ترکیب می شود که به آن استیل کو A می گویند. این ترکیب به مرحله دوم اکسیداسیون گلوکز یعنی چرخه کربس متابولیسم وارد می شود، به دلیل این که دو اسید پیروویک دو گروه استیل تولید می کنند، چرخه کربس به نوعی برای هر گلوکز شکسته شده 2 بار انجام می شود. اسید پیروویک همچنین می تواند برای تشکیل اسید آمینه آلانین نیز در سوخت و ساز بدن بکار می رود که می تواند به سایر اسیدهای امینه تغییر یابد. گروه استیل به یکی از ترکیبات موجود در چرخه کربس، اضافه شده و نتیجه آن یک سری از واکنش های شیمیایی است که به حذف الکترون های اتم های هیدروژن برای ارسال آنها به فاز سوم منجر می شود، زنجیره انتقال و تولید یک مولکول ATP از طریق فسفوریلاسیون سوبسترا می شود. ماده شیمیایی نهایی در این زنجیره سوخت و ساز بدن (متابولیسم) یک گروه استیل جدید دریافت می کند و چرخه کربس دوباره شروع می شود.

محصول زاید چرخه کربس دی اکسید کربن است. البته چند محصول شیمیایی بینابینی در طول چرخه کربس تولید می شود که می توانند برای سنتز اسیدهای آمینه برداشته شوند. این اسیدهای آمینه همچنین می توانند از طریق مواد شیمیایی بینابینی به درون چرخه کربس راه یابند. آخرین مسیر سوخت و ساز بدن یعنی زنجیره انتقال الکترون شامل یک سری خاص از واکنش های شیمیایی در متابولیسم است که الکترون ها را از یک ماده شیمیایی به ماده دیگر انتقال می دهند. درطول این فرایند، 34 مولکول ATP می تواند به ازای هر مولکول گلوکز تولید شود. البته به طور کلی 38 مولکول ATP می توانند از سه مسیر تولید شوند اما به دلیل اینکه بسیاری از ترکیبات میانجی برای اهداف دیگری به کار می روند، تعداد ماکزیمم مولکول های ATP به ندرت تولید می شود، بجز در ماهیچه اسکلتی که تمام ATP برای انقباض ماهیچه ای مورد نیاز است.

نتیجه:

انسان ها برای به دست آوردن انرژی جهت انجام واکنش های شیمیایی درگیر در نوعی از پیوندهای شیمیایی که به پیوند کووالانسی معروف است به غذا خوردن نیاز دارند. این پیوند در سوخت و ساز بدن (متابولیسم)، مواد شیمیایی بیولوژیکی پیچیده را در کنار هم نگه می دارد و انرژی لازم برای ترمیم، رشد یا نمو را فراهم می کند. مسیرهای متابولیک برای کربوهیدرات ها، پروتئین ها و لیپیدها تقاطعی می باشند. بنابراین بدن، می توان از مواد مغذی برای ساخت ترکیبات مورد نیاز، یا تبدیل مواد غذایی به ترکیبات مورد احتیاج برای تولید انرژی استفاده کند.

کربوهیدرات های موجود بر طبق واحدی تشکیل دهنده شامل مونوساکاریدها، دی ساکاریدها و پلی ساکاریدها هستند. مونوساکارید ها شامل گلوکز، فروکتوز و گالاکتوز هستند. دی ساکاریدها شامل سوکروز، لاکتوز مالتوز می باشند. از پلی ساکاریدهای با اهمیت بیولوژیکی بالا می توان به نشاسته در گیاهان و یا گلیکوژن در حیوانات اشاره کرد. پروتئین ها از ترکیب 20 اسیدآمینه ساخته می شوند و عملکرد و وظایف خاصی در بدن دارند. کلسترول و تری گلیسیریدها از لیپیدهای غذایی مهم در سوخت و ساز بدن (متابولیسم) به شمار می روند. تری گلیسیریدها به طور کلی شکل مناسبی از ذخیره انرژی در متابولیسم می باشند که از مازاد کربوهیدارت ها ساخته می شوند. ویتامین ها و مواد معدنی هر دو از اهمیت ویژه ای در متابولیزه کردن درشت مغذی ها مثل کربوهیدرات ها، پروتئین ها و چربی ها در متابولیسم برخوردارند. کمبود ویتامین ها یا مواد معدنی باعث از بین رفتن سوخت و ساز بدن (متابولیسم) سلولی می شود.

منبع: کتاب گوارش و تغذیه