We wszystkich żywych komórkach zachodzą różnorodne reakcje chemiczne: anaboliczne lub kataboliczne, z którymi wiążą się przemiany energetyczne, stanowiące podłoże wszelkich zjawisk biologicznych.

Reakcje anaboliczne, zwane również reakcjami syntezy, wymagają dostarczenia energii w formie ATP. W ich wyniku z prostych związków powstają związki złożone. Przykładami procesów anabolicznych są glukoneogenezaglukoneogenezaglukoneogeneza oraz glikogenogenezaglikogenogenezaglikogenogeneza.

W wyniku reakcji katabolicznych, określanych również jako reakcje analizy lub rozpadu, energia zmagazynowana w wiązaniach związków złożonych zostaje uwolniona do środowiska w postaci ciepła lub jest wykorzystywana do wykonania pracy. Przykładami procesów katabolicznych są oddychanie tlenowe i beztlenowe oraz fermentacja alkoholowa. Całkowity wydatek energetycznycałkowity wydatek energetycznyCałkowity wydatek energetyczny (TEE, ang. total energy expenditure) – czyli energia (wyrażana w kilokaloriach – kcal) uwalniana podczas reakcji katabolicznych – wykorzystywany jest do wykonania określonej pracy oraz do podtrzymania procesów życiowych. Szybkość zużywania energii w celu utrzymania podstawowych procesów życiowych określana jest jako tempo przemiany materii lub tempo metabolizmu.

Utrata energii podczas procesów katabolicznych rekompensowana jest poprzez energię dostarczaną wraz z pożywieniem. Jej ilość potrzebna do pokrycia dziennego wydatku energetycznego określana jest jako dzienne zapotrzebowanie energetyczne.

Ciekawostka

Wartość energetyczna pokarmu mierzona jest za pomocą metody kalorymetrii bezpośredniej. Pożywienie spalane jest w specjalnym urządzeniu zwanym bombą kalorymetryczną (lub bombą Berthelota) umieszczonym w kalorymetrze, czyli urządzeniu służącym do pomiaru ciepła. Ilość uzyskanego ciepła, mierzona w kaloriach (cal) lub kilokaloriach (kcal), określa ilość energii, jaką organizm przyswoi po strawieniu danego produktu.

R1CDA7CSVBrFi

Schemat przedstawia budowę kalorymetru. Jest to prostopadłościenne urządzenie, wewnątrz którego znajduje się woda. W wodzie zamoczona jest pionowy przewód - termometr oporowy. Na środku znajduje się bomba kalorymetryczna w kształcie walca. Od góry podłączone do niej jest wlot tlenu, obok zawrotu tlenu znajdują się przewody zapłonowe, połączone są przewodami z próbką znajdującą się w środku bomby kalorymetrycznej. Pod bombą znajduje się grzejnik.

Tempo przemiany materii, czyli ilość zużytej energii (wyrażanej w kilokaloriach – kcal) w określonej jednostce czasu, może być mierzone za pomocą kalorymetrii bezpośredniej. Polega ona na zmierzeniu ilości oddawanego ciepła przez organizm człowieka lub zwierzęcia umieszczonego w urządzeniu zwanym kalorymetrem. Wydatek energetyczny człowieka najczęściej mierzony jest za pomocą metod kalorymetrii pośredniej. Należą do nich pomiar zużycia tlenu wykorzystywanego do strawienia pokarmu oraz pomiar produkcji dwutlenku węgla lub stosunku wytwarzanego dwutlenku węgla do pobranego tlenu.

Do oceny tempa przemiany materii najczęściej stosuje się pomiar zużycia tlenu wykorzystanego na strawienie pokarmu. Przyjmuje się, że 1 l tlenu zużywany jest na zmetabolizowanie 4,5–5 kcal na 1 g białka lub węglowodanu oraz 9 kcal na 1 g tłuszczu. Tempo przemiany materii oblicza się wg poniższego wzoru:

gdzie:

L OIndeks dolny 2₂/dobę – ilość zużytego tlenu w litrach przez dobę

kcal/L OIndeks dolny 2₂ – litr zużytego tlenu

Pomiar tempa przemiany materii wykonuje się również poprzez obliczenie produkcji dwutlenku węgla bądź stosunku wytwarzanego dwutlenku węgla do pobranego tlenu, określanego jako współczynnik oddechowy (RQ, ang. respiratory quotient) lub wskaźnik wymiany oddechowej (RER, ang. respiratory exchange ratio). Wielkość współczynnika zależy od rodzaju substancji będącej źródłem energii, np. dla diety bogatej w cukry RQ wynosi 1, mieszanej – 0,8, bogatej w tłuszcze – 0,7. Przykładowo dla mężczyzny ważącego 70 kg, którego spoczynkowe zużycie tlenu wynosi 
430 l/dobę, RQ = 0,8. Oznacza to, że 1 l tlenu zużywany jest na spalenie 4,8 kcal. RQ oblicza się wg poniższego wzoru:

gdzie:

RQ – współczynnik oddechowy

VIndeks dolny CO2_CO2 – objętość wydalanego COIndeks dolny 2₂

VIndeks dolny O2_O2 – objętość pobranego OIndeks dolny 2₂

Czynniki wpływające na tempo przemiany materii

Słownik