Energetyka i intensywność 

metabolizmu

          

            Dariusz Nowak

Katedra Fizjologii Doświadczalnej i 
Klinicznej UM w Lodzi

 

 

 

ATP

•

ATP energetyczną walutą dla metabolizmu komórek

•

Pożywienie → ATP → zasilanie procesów 
metabolicznych

•

2 wiązania energetyczne,  każde ~ 7300 cal/mol w 
standardowych warunkach (~ 12 000 cal/mol, w 
warunkach fizjologicznych)

•

wystarczają do napędzania prawie każdego etapu 
reakcji chemicznych w organizmie. Większość tych 
reakcji zużywa dużo mniej energii wydzielonej 
podczas rozkładu ATP- reszta energii jest tracona w 
postaci ciepła  

 

 

Źródła produkcji ATP

• 1. Spalanie węglowodanów, głównie glukozy
• Głownie glukoza – cytoplazma – glikoliza 

beztlenowa

• Tlenowo – mitochondria (cykl kwasu 

cytrynowego – Krebs’a)

• 2. Spalanie kwasów tłuszczowych, mitochondria 

β-oksydacja

• 3. Spalanie białek,  hydroliza → aminokwasy 

→degradacja do związków pośrednich →cykl 
Krebs’a a następnie do acetylokoenzymu A i CO2

 

 

Do czego zużywamy ATP ?

• Tworzenie wiązań peptydowych zależnie od 

łączonych aminokwasów na wiązanie potrzeba od 

500 do 5000 cal/mol 

• Na 1 wiązanie peptydowe zużyte są 4 wiązania 

energetyczne z ATP

• Synteza glukozy z kwasu mlekowego
• Synteza kwasów tłuszczowych z acetylokoenzymu 

A

• Synteza cholesterolu, fosfolipidów, hormonów i 

wielu innych substancji

• Nawet synteza mocznika wymaga ATP (jaki sens 

tego ?) skoro zaraz mocznik tracimy 

 

 

Do czego zużywamy ATP ?

• Zasilanie skurczu mięśnia, bez ATP nie będzie 

skurczu, zużycie ATP w maksymalnie pracującym 
mięśniu rośnie 150 x w porównaniu ze 
spoczynkiem

• Transport przez błony przeciw gradientowi 

elektrochemicznemu

• Wydzielanie przez gruczoły, absorpcja przeciw 

gradientowi, zagęszczanie

• Przewodnictwo nerwowe – sam gradient Na+ i K+ 

przez błonę jest zamagazynowaną forma energii – 
ale ATP jest potrzebny by ja odtworzyć i utrzymać 

 

 

Fosfokreatyna

•

Wiązanie wysokoenergetyczne 8500cal/mol 
(13000 cal/mol w warunkach fizjologicznych, 
37°C, niskie stężenia reagujących substancji)

•

Nie jest w odróżnieniu od ATP czynnikiem 
przenoszący energię pomiędzy pokarmem a 
procesami chemicznymi

•

Przenosi energię we wzajemnej wymianie z ATP

•

Bufor energetyczny – utrzymuje stale stężenie 
ATP w komórce – wiele procesów w komórce 
wymaga względnie stałego stężenia ATP

 

 

Fosfokreatyna

 

 

Fosfokreatyna – bufor 

energetyczny

 

 

Energia tlenowa vs. beztlenowa

• E. beztlenowa oznacza energię którą można 

uzyskać z pożywienia bez wzrostu zużycia O2 – 
jedynie węglowodany, glukoza są źródłem tej 
energii

• Glukoza→ kwas pirogronowy  + 2 mole ATP
• Glikogen →glukoza → kwas pirogronowy + 3 mole 

ATP (dlaczego ta różnica ?) fosforylacja glukozy

• Glikogen najlepsze źródło energii w warunkach 

beztlenowych 

• Hipoksja – zatrzymujemy oddech – na 2 min 

wystarcza O2, po tym glikoliza →pirogronian → 
mleczan

 

 

Energia tlenowa vs. beztlenowa

• Wykorzystanie energii w czasie 

maksymalnego wysiłku i 
generowania maksymalnej siły i 
mocy (to już było)

• Dług tlenowy (też był)

 

 

 

 

Effect of substrate and enzyme concentrations 

on the rate of

enzyme-catalyzed reaction.

 

 

Kontrola uwalniania energii w 

komórce

• Warunki spoczynkowe – stężenie ADP w komórce 

jest bardzo małe !  → reakcje w których bierze 
udział ADP są bardzo wolne (procesy utleniania 
pożywienia prowadzące do tworzenia energii)

• ADP jest głównym czynnikiem ograniczającym
• Gdy komórka zaczyna być aktywna to rośnie 

stężenie ADP i procesy uwalniania energii z 
„jedzenia” nabierają szybkości

• Gdy komórka przestaje być aktywna to spada 

poziom ADP i spada uwalnianie energii 

 

 

Ciepło a metabolizm

• „Ciepło” jest końcowym produktem prawie całej 

energii uwalnianej w ciele

• Już w czasie tworzenia ATP 35% energii 

rozprasza się jako ciepło, ale ciepło powstaje też 
gdy ATP zasila różne procesy !

• Nie więcej niż 27% energii z jedzenia jest zużyte 

do procesów czynnościowych w organizmie

• Ale i tak większość z tego rozproszy się w 

postaci ciepła ( np. białko i wiązanie peptydowe) 
 

 

 

Ciepło a metabolizm

• Ruchy mięśni – tarcie, lepkość , praca 

podnoszenie i ruchy kończyn

• Ale gdy wykonuje pracę zewnętrzną – układanie 

muru z cegieł (wbrew sile grawitacji) – 

magazynowana jest energia potencjalna – Ep= 

mgh

• Pompowanie krwi przez serce- tarcie wzajemne 

warstw krwi i tarcie o ściany naczynia – 

powstanie z pracy serca ciepło 

• Jednostka ciepła caloria – ilość energii potrzebna 

do ogrzania 1 g wody o 1°C, 1 cal = 4.17 J . 

• Kcal = 1000 cal  

 

 

Pomiar szybkości metabolizmu 

całego ciała

 

• Kalorymetria bezpośrednia – pomiar uwalniania 

ciepła z całego ciała  w jednostce czasu

• Człowiek zamknięty w kalorymetrze – ogrzewa 

powietrze – to powietrze ogrzewa wodę – pomiar 
ilości generowanego ciepła 

• W praktyce jest to trudne i wykonywane w 

szczegółowych badaniach naukowych

• Kalorymetria pośrednia – ekwiwalent energii tlenu
• 1 L O2 metabolizowany (zredukowany do -2 

stopnia utlenienia  z glukozą daje 5.01 kcal   

 

 

Pomiar szybkości metabolizmu 

całego ciała

• Ze skrobią – 5.06 kcal
• Tłuszczem – 4.70 kcal
• Z białkiem- 4.60 kcal
• Dla przeciętnej diety redukcja 1 L O2  

generuje w organizmie energię 4.825 kcal 
(jest to równoważnik energetyczny O2)

• Jeśli uwalnianie energii jest głównie z 

węglowodanów to metoda ta da błąd  około 
-4% (zaniża )

• Jeśli głównie z tłuszczu – zawyża o około +4%

 

 

Produkcja energii

• Dorosły człowiek stabilna masa ciała – dostawa 

energii = wypływowi energii

• Przeciętna dieta Amerykanina = 45% dobowej 

energii –węglowodany, 40% - tłuszcz, 15% - białko

• Komponenty zużywanej energii:
• 1. e. na prowadzenie niezbędnych funkcji dla 

życia ciała – podstawowa przemiana materii 

(PPM, BMR)

• 2. wykonywanie różnych aktywności fizycznych
• 3. trawienie, absorbcja i przetwarzanie 

pożywienia

• 4. utrzymanie stałej temperatury ciała  

 

 

Metabolizm

• Mężczyzna 70 kg – leży w łóżku – 1650 kcal 

(PPM), jedzenie zwiększa o ~ 200 kcal

• Jeśli siedzi na krześle cały dzień bez wysiłku 

2000-2250 kcal

• Mężczyzna który prowadzi bardzo siedzący 

tryb życia i robi tylko niezbędny wysiłek – 
zapotrzebowanie ~ 2000 kcal 

• Przeciętnie dobowa aktywność fizyczna = 25% 

całego zapotrzebowania na energię

 

 

Energy Expenditure During Different Types 

of Activity for a 70-Kilogram Man

  

 

 

BMR (PPM) basal metabolic rate

• Niezbędny wydatek energetyczny do istnienia 

(minimalna energia do istnienia) 

• U większości prowadzących siedzący tryb 

życia , BMR stanowi 50-70% całego 
dobowego wydatku energetycznego

• Warunki pomiaru BMR (można porównywać 

między ludźmi)

• 1.- 12 h bez jedzenia; 2.- bez dużego wysiłku 

przynajmniej 1 h przed pomiarem; 3.- 
czynniki psychiczne i fizyczne które działają 
pobudzająco muszą być wyeliminowane    

 

 

BMR

• 4.- temperatura otoczenia komfortowa pomiędzy 

68 a 80°F (T

C

 = 5/9 x T

F 

– 32  ; 32F = OC, 212F = 

100C); 

• 5.- w czasie testu nie ma żadnej aktywności 

fizycznej

• Przeciętny mężczyzna – masa 70 kg – BMR 65-70 

kcal/h

Energia ta zużywana przez układ nerwowy, nerki, 

serce, mięśnie (?!)

Różnice między ludźmi zależą głównie od 

rozmiarów i masy mięsni. Mięśnie gdy są nawet w 

zupełnym spoczynku mają 20-30% udział w BMR

Dlatego BMR wyraża się w kcal na m2 i na h. 
   

 

 

Normal basal metabolic rates at 

different ages for each sex

 

 

Components of energy 

expenditure

.

 

 

Czynniki wpływające na BMR

• T3 i T4  
• BMR osób żyjących w Arktyce jest o 10-20% 

wyższa niż w tropiku

• Testosteron ↑ o 10-15% - poprzez anaboliczny 

efekt na mięsnie 

• GH (hormon wzrostu) - ↑ o 15-20% - 

stymulacja metabolizmu komórkowego

• Gorączka - ↑ BMR i w ogóle metabolizm
• Sen obniża metabolizm o 10 do 15% - bo 

spada napięcie mięsni, obniżona aktywność 
mózgu

 

 

Czynniki wpływające na BMR

• Niedożywienie, wyniszczenie obniża 

metabolizm o ~ 20-30% i spadek 
temperatury ciała o kilka stopni przed 
śmiercią

• Wysiłek zwiększa przemianę materii – 20 

do 50x zależnie od intensywności i 
wytrenowania danej osoby

 To różnicuje ludzi najbardziej pod 

względem zapotrzebowania 
energetycznego 

 

 

Thermogenic effect of food

• Swoiste dynamiczne działanie pokarmów
• Trawienie, wchłanianie, przetwarzanie, 

magazynowanie

• Posiłek z węglowodanów i tłuszczów – 

wzrost metabolizmu o około 4%

• Wysokobiałkowy posiłek  zwiększa 

metabolizm nawet o 30% i trwa to 3 do 12 
h

• Ogólnie  8%  zużycia dziennej energii 

stanowi themogenic effect of food  

 

 

Generacja ciepła

• Tkanka tłuszczowa brunatna i układ współczulny 

może pobudzić metabolizm nawet o 100%

• U dorosłego który prawie nie ma tk. tł. brunatnej 

układ współczulny zwiększy metabolizm o ≤ 15%

• Termogeneza bez dreszczy może być buforem 

przed otyłością. U otyłych którzy maja 
permanentny nadmiar spożywanego jedzenia  jest 
↑ aktywności współczulnej

• Mechanizm tego nie do końca poznany; ↑ leptyny 

→ (+) pro-opiomelanocortin neurons w 
podwzgórzu 

 

 

Jak generujemy ciepło ?

• 1. wysiłek fizyczny
• 2. dreszcze
• 3 termogeneza bez dreszczy- aktywacja układu 

współczulnego, adrenalina, noradrenalina → 

zwiększają metabolizm i produkcje ciepła

• 4. tkanka tłuszczowa brunatna – generuje dużo 

ciepła (ja też stymuluje układ współczulny), w 

komórkach jest dużo mitochondriów i jest 

rozprzęgnięty proces fosforylacji → ↑ wzrost 

produkcji ciepła bez produkcji ATP, noworodek 

ma względnie dużo tej tkanki (dorośli b. mało)