Przemiany metaboliczne a mitochondria

Poznaj podstawy metabolizmu w ujęciu mitochondrialnym.

Metabolizm to całokształt przemian biochemicznych, jakie zachodzą w naszym organizmie w celu przekształcenia pokarmu w energię. W zależności od tego, jak sprawnie przebiegają, możemy mówić o szybkiej lub wolnej przemianie materii, a co za tym idzie łatwiejszym odchudzaniu lub skłonności do przybierania na wadze.

Kluczową rolę w tych przemianach odgrywa stan naszych mitochondriów, ponieważ to one odpowiadają za produkcję energii, którą przyjmujemy w postaci pożywienia. Jednak, aby doszło do tego etapu, czyli wytwarzania energii ATP w łańcuchu oddechowym mitochondriów następuje kilka wcześniejszych przemian, które muszą zostać spełnione. Jednym słowem, aby nasz metabolizm był skuteczny, musimy być zdrowie.

Metabolizm – jak go przyspieszyć?

Pani K. z westchnieniem odstawiła filiżankę na spodek. Czarna kawa bez cukru zupełnie jej nie smakowała, tęskniła za ukochanym latte na tłustym mleku z miodem i cynamonem. Jednak odkąd przestała się mieścić w kupione w zeszłym roku spodnie i spódnice (znowu! Przecież rok temu przerobiła już wymianę garderoby i skok z rozmiaru 40 na 42) nawet ukochaną kawę z mlekiem wpisała na listę „zakazanych rzeczy”.

Mam naprawdę kiepski metabolizm. Czego nie zjem, od razu tyję. Jestem już jak balon. Nie, nie balon, ja nawet nie dam rady podskoczyć, ja jestem jak worek kartofli. 

Pani K. czekała na odpowiedź siedzącej naprzeciwko niej przyjaciółki, chciwie wyczekując chociaż jednego słowa otuchy lub wsparcia, albo chociaż zaprzeczenia, że przecież wcale nie jest taka gruba. Jednak pani W. mieszała niewzruszenie cappuccino z dodatkową porcją bitej śmietany (bez cukru) swoją szczupłą dłonią i zdawała się zupełnie ignorować słowa przyjaciółki. Ta to miała dobrze: mogła jeść dosłownie wszystko i o każdej porze, a w ogóle nie tyła. Inna sprawa, że Pani K. była aktywną fizycznie singielką, która nigdy nie stosowała żadnych diet i nie miała dzieci. Rozczarowana odrobinę taką reakcją, pani K. ciągnęła dalej:

Próbowałam już chyba wszystkiego. Nie uwierzysz, ale przerabiałam i Dukana, i Atkinsa, i Morza Południowe, sokową i kapuścianą, a przez chwilę byłam nawet keto – weganką, ale mnie wtedy bolała głowa! No i nic. Do kitu. Byłam u dietetyka, ustalił mi taką dietę, że nie dawałam rady zjeść nawet połowy. Nie wiem co robić… Ten metabolizm mnie wykończy. A jednocześnie nie mam już siły ze sobą walczyć. Tyle lat ciągłych diet, tylko po to, żeby wszystko skończyło się na kolejnym jojo. Do kitu.

Pani W. spojrzała na siedzącą naprzeciwko niej przyjaciółkę. Oto miała przed sobą naprawdę zniechęconą i zmęczoną kobietę, która ciągłymi dietami i wyrzeczeniami na przemian z okresami zupełnego braku kontroli menu, od wczesnej młodości rozregulowywała delikatną równowagę przemian metabolicznych, jakie zachodzą w organizmie każdego człowieka. Zajrzała jej w zielone, pełne smutku oczy i powiedziała tylko: –Kochana, a czy ty wiesz co to w ogóle jest metabolizm?

Metabolizm i podstawowe przemiany

Bingo. Jeżeli mamy naprawić coś, co nie działa, albo działa za mało wydajnie, trzeba wiedzieć w ogóle, za co i jak mamy się zabrać. Zrozumienie przebiegu procesów, jakie zachodzą w organizmie człowieka, a które mają na celu pozyskanie niezbędnej energii życiowej ze spożywanych przez nas produktów spożywczych, stanowią klucz, którym każdy z nas może otworzyć sobie drzwi do świata lepszego zdrowia i samopoczucia, a być może również figury. Przy czym obowiązuje tutaj kilka podstawowych reguł:

  1. Każdy z nas jest inny. Każdy z nas ma inne DNA oraz inne cechy metaboliczne, mówiąc w uproszczeniu „inny organizm”, wystarczy inny poziom hormonów, witamin (oraz innych kofaktorów uczestniczących w przebiegu procesów metabolicznych), inna aktywność enzymatyczna, polimorfizm etc. aby sprawić, że nasza przemiana materii będzie różniła się od metabolizmu drugiego człowieka stosującego identyczną dietę.
  2. Tak jak nie ma dwóch identycznych osób, tak nie ma jednej cudownej diety dla wszystkich. Optimum ilości spożywanych kalorii, doboru produktów spożywczych w menu czy pór posiłków jest indywidualny. Podobnie indywidualny charakter ma wydolność organizmu i wydajność energetyczna.
  3. Wspomniane w punkcie 2 optimum nie jest stałe i zmienia się wraz z naszym wiekiem, związanymi z nim procesami starzenia oraz sytuacją życiową, poziomem stresu, wysiłku fizycznego i tak dalej. Inne zapotrzebowanie mają dzieci, jeszcze inne dorośli pracujący umysłowo, inne sportowcy, inne osoby pracujące fizycznie, inne kobiety w ciąży i karmiące piersią, chorzy, ludzie starsi.
  4. Stała jest natomiast ogólna charakterystyka poszczególnych procesów metabolicznych, które składają się na ogólną mapę naszego metabolizmu. Indywidualny charakter mają natomiast odchylenia od prawidłowego przebiegu tych procesów.

W organizmie człowieka procesy metaboliczne zachodzą w dwóch kierunkach:

  1. anabolicznym, czyli reakcje syntezy substancji złożonych zawierających większą ilość energii, niż substancje, które posłużyły do przebiegu tej reakcji jako substraty, np. biosynteza białek, węglowodanów czy lipidów.
  2. katabolicznym, czyli reakcje rozkładu substancji złożonych na substancje proste, zawierające mniejszy zapas energii niż substraty z pozyskaniem energii (ATP).

Przy czym do procesów katabolicznych należą:

  • glikoliza
  • fosforylacja oksydacyjna
  • cykl kwasu cytrynowego, gdzie jednocześnie:

– Podczas całkowitego utleniania 1 cząsteczki glukozy do CO2 w procesie glikolizy, cyklu kwasu cytrynowego i łańcucha oddechowego w warunkach tlenowych tworzy się około 30 cząsteczek ATP.

– W warunkach beztlenowych końcowy produkt glikolizy – pirogronian nie wchodzi do kolejnego etapu, czyli cyklu kwasu cytrynowego, lecz ulega dekarboksylacji (odłączenie CO2) i redukcji do etanolu, a ilość uwolnionej energii jest bardzo mała. Zysk energetyczny z 1 cząsteczki glukozy wynosi 2 ATP.

W uproszczeniu możemy wyróżnić tutaj trzy podstawowe procesy związane z przemianą materii (tak jak rozróżniamy trzy podstawowe grupy składników odżywczych: węglowodany, białka oraz tłuszcze, przy czym niektórzy dodają tutaj czwartą grupę: alkohole):

  • beta – oksydacja kwasów tłuszczowych,
  • glikoliza z udziałem węglowodanów,
  • glukoneogeneza z udziałem aminokwasów (elementów składowych białek). 

Przemiana materii a mitochondria

Co wspólnego mają z tym wszystkim mitochondria? Jak się za chwilę przekonasz – naprawdę bardzo, bardzo dużo. Jak pisze na swojej stronie doktor Enzmann – obok Bodo Kuklinskiego jeden z uznanych na świecie ekspertów w zakresie medycyny mitochondrialnej: bez mitochondriów produkcja energii w naszym organizmie jest niemożliwa. To właśnie w mitochondriach przebiegają tak ważne procesy metaboliczne, jak łańcuch oddechowy, czy cykl Krebsa (cykl kwasu cytrynowego). Poniższa ramka prezentuje w uproszczeniu najważniejsze cechy przemian metabolicznych węglowodanów, kwasów tłuszczowych oraz białek (i ich składników budulcowych, czyli aminokwasów):

NazwaGlikoliza węglowodanówBeta – oksydacja kwasów tłuszczowychGlukoneogeneza aminokwasów
Substrat (substancje wchodzące w reakcję)Glukoza, fruktoza, galaktozaKwasy tłuszczoweBiałka (docelowo – aminokwasy glukogenne, czyli np. cysteina, metionina, alanina, walina i inne), mleczan i glicerol
Enzymy biorące udział w reakcjiheksokinaza, glukokinaza, dehydrogenaza pirogronianowa, tzw. łańcuch oddechowyDehydrogenazy, tiolazaLipaza hormonozależna, kinaza glicerolowa. karboksylaza pirogronianowa, fosfataza
Czy potrzebny jest tlenNiekoniecznie (może być aerobowa – pirogronian, lub anaerobowa – mleczanowataknie
Końcowy produkt w procesiePirogronian (ew. mleczan) (Glikoliza to rozkład glukozy do pirogronianu/mleczanu)Acylo – CoA i Acetylo-CoAGlukoza / glikogen (Glukoneogeneza to proces produkcji glukozy z pirogronianu/mleczanu/aminokwasów)
Tempo przebieguSzybkiewolnewolne
Funkcja w organizmieszybkie dostarczenie stosunkowo niewielkich ilości energii (molekuł ATP) w warunkach deficytu tlenowego (mięśnie), glikoliza w erytrocytach (czerwone krwinki mają metabolizm zawsze beztlenowy) uwaga: dla mięśni oraz erytrocytów glukoza jest jedynym źródłem energii* *w warunkach braku glukozy dostarczanej z pożywienia, organizm skupi się na tych przemianach metabolicznych, które dostarczą glukozy mięśniom oraz czerwonym krwinkom, kosztem przebiegu innych procesów metabolicznych Źródło substratów dla cyklu kwasu cytrynowego oraz fosforylacji oksydacyjnejDostarczenie dużych ilości ATP czyli molekuł energiiDostarczenie energii (priorytetowo dla mózgu) w okresie głodu lub dużego wysiłku, zapasy glikogenu w wątrobie wystarczą mózgowi na ok. ½ dnia funkcjonowania Synteza 1 mola glukozy z pirogronianu kosztuje aż 6 moli ATP
miejsceCytozol komórki, macierz mitochondrialna,Cytoplazma i macierz mitochondrialnaWątroba, nerki, cytozol komórki
Uwagi:Glikolizę hamuje aktywny przebieg glukoneogenezy czyli duży poziom kortyzolu i glukagonu, przyspiesza – krótki wysiłek aerobowy(sprint)Hamuje ją kortyzol (kortyzol sprzyja lipogenezie czyli tworzeniu tkanki tłuszczowej w organizmie), wysoki poziom cAMP oraz T3, sprzyja ograniczeniu lipogenezy i nasileniu lipolizy. Poziom cAMP (adenozynomonofosforanu), długi wysiłek aerobowy lub trening interwałowy (HIIT), kofeina i L-karnityna** nasila lipolizę, ogranicza lipogenezę ** bez karnityny nie jest możliwa oksydacja długołańcuchowych kwasów tłuszczowych, ponieważ jest ona przenośnikiem grup arylowych z cytozolu do mitochondrium. Krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe mogą przenikać bezpośrednio do mitochondrium i nie potrzebują karnitynyHamuje ją insulina, pobudza – kortyzol i glukagon, hormony tarczycy, zwłaszcza T3, trening wytrzymałościowy i siłowy nasila glukoneogenezę – po treningu siłowym dochodzi do rozkładu mięśni, ograniczenie kalorii sprzyja nasileniu glukoneogenezy (rozkładu mięśni celem uzyskania glukozy)

Kilka wniosków

  1. Przemiany metaboliczne, jakie zachodzą w naszym organizmie to system naczyń połączonych. Jeden proces nie może zachodzić bez odpowiedniej regulacji przebiegu drugiego procesu (jego ograniczenia lub nasilenia). Regulacje te zachodzą w sposób naturalny, sztuczne ingerowanie w ich przebieg zaburza naturalną równowagę organizmu i wprowadza go w stan stresu.
  2. Do prawidłowego przebiegu przemian metabolicznych niezbędne jest prawidłowe działanie mitochondriów. W warunkach dysfunkcji mitochondriów pozyskiwanie energii ulega ograniczeniu. 
  3. Tłuszcz spala się w ogniu węglowodanów, ale przede wszystkim:

„Sprawny metabolizm to o wiele więcej niż prawidłowa waga. Sprawny metabolizm i co się z tym wiąże – prawidłowe funkcjonowanie mitochondriów to podstawa naszego zdrowia i prawidłowych czynności wszystkich narządów oraz układów narządów” S. Grodzicka

  1. http://www.precisionnutrition.com/will-a-high-protein-diet-harm-your-health
  2. http://potreningu.pl/articles/572/ktore-zrodlo-bialka-dostarcza-najwiecej-niezbednych-aminokwasow
  3. http://biotechnologia.pl/informacje/metabolizm-lipidow,11409
  4. https://www.fitogram.de/plus/posts/proteinreiche-vegane-lebensmittel-aminosaeuren          

Autor: Sylwia Grodzicka