Enerji Metabolizması
Enerjinin Tanımı ve Biyolojik Enerji Devri
Bilimsel olarak enerji ve iş kavramları benzer anlamda kullanılsa da bilim adamları enerjiyi “iş yapabilme yeteneği “, iş kavramını ise “belli bir mesafede uygulanan kuvvet ” olarak tanımlarlar. Yani enerji ve iş birbirinden ayrı düşünülemeyen iki kavramdır. Doğada canlıların yaşam kaynağı enerjidir ve enerjinin 6 farklı biçimi vardır.
Dünyada canlıların temel enerji kaynağı güneştir (solar -radyasyon enerjisi). Aslında bir nükleer enerji olan güneş enerjisi dünyaya güneş ışığı veya ışık enerjisi olarak ulaşmaktadır.
Enerji, İş ve Güç Kavramları
Enerji: İş yapabilme kapasitesidir. Enerji ölçü birimi olarak joule (j) ve kalori (cal) kullanılmaktadır.
İş: Bir kg ağırlığındaki yükün yer çekimine karşı 1 m yükseğe kaldırılması olarak tanımlanır. Yani iş bir mesafe boyunca uygulanan kuvvetin ürünüdür.
İş = Kuvvet x Kuvvet yönünde uygulanan mesafe = kg -m veya kalori olarak belirleyebiliriz.
Güç: Birim zamanda yapılan iş olarak ifade edilir.
Güç=İş/Zaman=(Kuvvet x Mesafe)/Zaman=kgm/sn
Enerji ve Enzimatik Aktivite
Enzimler kimyasal bileşiklerin parçalanmasını (katabolizma) hızlandıran katalizörlerdir. Kimyasal reaksiyonlar, reaksiyona giren moleküller yeterli başlangıç enerjisine sahip olduklarında meydana gelir.
Enzimlerin özellikleri:
- Enzimler yüksek molekül ağırlıklı proteinlerdir.
- Enzimler oldukça yüksek ve özgül katalitik güce sahip katalizörlerdir.
- Enzimler yüksek ısıda ( 40 ͦC) etkisizleşirler.
- Enzim için ideal PH 7.0’dır.
Enerji Sistemleri
Metabolik süreçlerin belirlenmesi fiziksel aktivitenin sınırlarını belirleme açısından oldukça önemlidir. Kasların mekanik çalışma gibi fizyolojik iş yapabilmesi için enerjiye ihtiyaçları vardır. Besinlerin parçalanmasıyla oluşan enerji doğrudan iş yapmaya yetmez. Bu enerji daha çok, tüm kas hücrelerinde depolanabilen adenozin trifosfat, kısaca ATP olarak bilinen başka bir kimyasal bileşiğin yapılmasında kullanılır ve kaynağını karbonhidrat, yağ ve protein metabolizmasından alır. Hücre fonksiyonlarını sadece bu bileşiğin parçalanmasıyla ortaya çıkan enerji aracılığıyla yerine getirebilmektedir. ATP ’nin oluşması için 3 metabolik sistem vardır.
1. ATP -PC (fosfojen) sistem
2. Anaerobik glikoliz (laktik asit) sistem
3.Aerobik sistemlerdir.
Bu sistemlerin amacı kasta mevcut olan ATP 'yi yeniden sentezlemektir
Adenozin Trifosfat (ATP)
Kasın kasılabilmesi için ana enerji kaynağı adenozin trifosfat (ATP) ’ dir. Kaslar, mekanik çalışarak fizyolojik bir iş yapabilmek için ATP' nin parçalanması ile oluşan enerjiyi kullanabilir.
Anaerobik ve Aerobik Enerji Metabolizması
ATP'nin yeniden sentezlenmesi için sindirim sistemiyle alınan besinler aerobik ve anaerobik yolla metabolize edilmektedir. Organizmanın ihtiyaç duyduğu enerjinin oksijensiz ortamda bir dizi kimyasal reaksiyon ile elde edilmesine "anaerobik", oksijenli ortamda elde edilmesine "aerobik" metabolizma denir.
Anaerobik Enerji Metabolizması
A. ATP -PC (Fosfojen Sistem):
Kreatin fosfat ya da fosfat -kreatin (PC), ATP gibi yüksek enerji bağı içeren ve kas hücrelerinde depolanan kimyasal bir bileşiktir. PC, ATP gibi parçalandığında kreatin ve fosfat iyonlarına ayrışarak yüksek miktarda enerji açığa çıkarır.
B. Anaerobik Glikoliz (Laktik Asit Sistem):
Yoğun, kısa süreli egzersize devam etmek için kaslarda ATP’nin yenilenmesi hızlı bir şekilde devam etmelidir. Kaslardaki ATP’nin yenilenmesi amacıyla besinlerin (karbonhidratların) kısmen parçalandığı ve oksijensiz ortamda laktik aside dönüştüğü sisteme ‘’anaerobik glikoliz’’ denir. Anaerobik glikoliz yoluyla enerji üretirken yalnızca glikoz kullanılır.
Aerobik Metabolizma
Vücudun enerji üretmek için oksijen yardımıyla besinleri parçaladığı sürece hücresel solunum denir. Oksijen gerekli olduğundan, bu aerobik bir süreçtir. Besin maddelerinin (karbonhidrat ve yağların) oksijenli ortamda bir dizi kimyasal reaksiyon sonucu su ve karbondioksite kadar parçalanmasıyla enerji edilmesine ‘’aerobik sistem’’ denir.
Aerobik sistemdeki tepkimeler üç süreç içerir:
1.Aerobik glikoliz
2.Krebs döngüsü
3.Elektron taşıma sistemi
Aerobik Glikoliz
Oksijen varlığında glikojenin CO2 ve H2O’ya dönüştüğü aerobik sistemin ilk tepkimelerine glikoliz denir. Karbonhidrat metabolizmasında, glikoliz hem anaerobik hem de aerobik ATP üretiminde rol oynar. Oksijenin mevcut olup olmadığına bakılmaksızın glikoliz süreci aynıdır.
Krebs Döngüsü
Aerobik glikoliz sürecindeki son ürün olan pirüvik asit, asetil koenzim A (asetil CoA) adı verilen bir bileşiğe dönüştürülerek (pirüvat oksidasyonu) krebs döngüsüne girer. Krebs döngüsünün temel molekülü sitrik asittir. Bu nedenle bu döngüye ‘’sitrik asit döngüsü’’ de denir.
Elektron Taşıma Sistemi
Solunum ile alınan oksijen ile krebs döngüsünde pirüvik asitten koparılan hidrojen iyonları ve elektronların birleşmesi sonucu su oluşmaktadır. Bu reaksiyon dizisine ‘’elektron taşıma sistemi’’ ya da ‘’solunum zinciri’’ denir ve bu olaylar mitokondride meydana gelir.
Yağların Oksidasyonu
Yağlar, kasların enerji ihtiyaçlarının karşılanmasına önemli ölçüde katkıda bulunur. Kas ve karaciğer glikojen depoları yetişkin bir bireyde yaklaşık 2,500 kcal enerji sağlarken, kas liflerinde ve adiposit adı verilen yağ dokusu hücrelerinde depolanan yağlar, en az 70.000 ila 75.000 kcal enerji sağlayabilir.
Proteinlerin Oksidasyonu
Proteinler, dayanıklılık aktiviteleri ve yoğun antrenman sırasında enerji kaynağı olarak rol oynayan alternatiflerin sonuncusudur.
Enerji Sistemlerinin Karşılaştırılması
Enerji sistemleri birbirinden bağımsız çalışmaz ve hiçbir fiziksel aktivite tek bir enerji sistemi tarafından %100 desteklenmez . Örnek olarak, 10sn, 100 m'lik bir sprintte, ATP -PC sistemi baskın enerji sistemidir, ancak hem anaerobik glikolitik hem de oksidatif sistemler ihtiyaç duyulan enerjinin küçük bir kısmını sağlar.