Рівні енергії при кетозі - жири, вуглеводи та АТФ

Вступ

Оновлення 2017: Ця публікація застаріла (не відповідає моїм поточним думкам. Детальніше читайте на сторінці „про“)

З тих пір, як я почав свій кетогенний спосіб життя, я відчуваю вищий рівень енергії. В основному у мене така ж підвищена енергія з тієї хвилини, коли я прокидаюся

7:00 до тих пір, поки я не засну в 2:00. вночі. Відсутність втоми після їжі (після їжі) та сонливість протягом дня. Це було досить дивно, тому що протягом усього мого життя я переживав хвилини втоми протягом дня.

Коли я почав досліджувати, що відбувається в організмі при харчуванні з високим вмістом жиру і дуже низьким вмістом вуглеводів, я хотів знати, що може бути можливим поясненням вищих рівнів енергії. Я дізнався, що вуглеводний обмін дає меншу кількість АТФ порівняно з бета-окисленням (метаболізм жирів).

Метаболізм вуглеводів

В основному це починається з гліколізу, метою якого є перетворення 1 молекули глюкози в дві молекули піровиноградної кислоти (піруватів). Гліколіз дає 4 АТФ, але для цього потрібні 2 АТФ чистий приріст енергії становить 2 АТФ.

Після гліколізу 2 пірувати реагують з коферментом А, утворюючи 2 молекули ацетил-КоА, які згодом переходять у цикл ТСА (цикл лимонної кислоти або цикл Кребса). У циклі ТСА відбувається ряд хімічних реакцій, які призводять до вивільнення більшої кількості АТФ (проте дуже пристойних кількостей), CO2, CoA та H+.

Наразі ми отримали лише 4 АТФ, 2 від гліколізу та 2 від циклу ТСА.

Наступним кроком є окисне фосфорилювання або Електронно-транспортний ланцюг. Саме тут буде окислюватися водень, який надається на ранніх стадіях метаболізму глюкози. Тут також створюється найбільше енергії у формі АТФ. ETC дає приблизно 30 АТФ, проте залишаються 4 атоми водню, які виділяються їх дегідрогеназою в хеміосмотичне окислення (при окисному фосфорилюванні). Ці 4 Н + дають приблизно 2 АТФ.

Усього було б 38 АТФ на 1 молекулу глюкози. Пам'ятайте, що глюкоза - це молекула вуглецю з 6 (чорні точки - це молекули вуглецю).

Деякі підручники з біохімії говорять, що 1 молекула глюкози дає між 36-38 АТФ. Однак кількість енергії, коли АТФ обертається навколо цих цифр.

За словами Гайтона, 1 АТФ має

12000 калорій (12 ккал). Таким чином, 38 АТФ мали б 456 000 калорій або 456 ккал.

Однак повне окислення кожної грамової молекули глюкози виділяє 686 000 калорій або 686 ккал.

Це означає, що ефективність передачі енергії в цьому випадку становить 456/686 або 66%, тоді як решта 34% енергії виділяється у вигляді тепла. Давайте подивимося, що відбувається в жировому обміні.

Бета-окислення

Якщо ми взяли глюкозу (6 молекул вуглецю) як приклад у метаболізмі вуглеводів, візьмемо пальмітинову кислоту (16 молекул вуглецю) як приклад у метаболізмі жирних кислот.

Щоб жирна кислота метаболізувалася, їй потрібно пройти три етапи:

1. Активація

2. Транспорт з цитозолю в матрикс мітохондрій

3. Бета-окислення

1. Перший крок - активація жирної кислоти. Тут жирна кислота додається CoA для утворення жирного ацил-CoA. У реакції використовується енергія (АТФ), і вона проводиться під дією тіокінази (ферменту жирної ацил-КоА-синтатази)

2. Другий крок - транспортування Жирного Ацил-КоА з цитоплазми в матрикс мітохондрій, щоб вона могла зазнати бета-окислення. Цей транспорт полегшується за допомогою карнітину.

В основному до Acyl-CoA приєднують карнітин і його CoA видаляють. Так це Ацил-карнітин тепер, який потрапляє всередину мітохондріального матриксу з цитозолю через карнітин ацилтрансферазу I.

Потрапляючи всередину матриці, ацил-карнітин скидає карнітин, і він отримує CoA назад. Карнітин переміщується назад у цитозоль через карнітин ацилтрансферазу II, де той самий процес починається спочатку.

Отже, тепер ми маємо Acyl-CoA в матриксі мітохондрій, і може відбуватися процес бета-окислення.

3. Третій етап - бета-окислення де Acyl-CoA дегідрується і проходить ряд реакцій окиснення та гідратації з утворенням ацетил-CoA, який надалі зможе потрапити в цикл TCA.

Це повторюваний процес, і його довжина залежить від довжини жирної кислоти, яка метаболізується. Щоразу, коли Acyl-CoA вступає в процес, у нього буде на 2 вуглецю менше, і ці реакції протікають до тих пір, поки вуглецю більше не залишиться. Ось коротке відео, яке допоможе вам це краще зрозуміти:

У випадку з пальмітиновою кислотою ми маємо 16 вуглеводнів (парне число), але якщо кількість вуглеців непарна, процес окислення відбувається до тих пір, поки не залишиться три вуглецю. Потім відбувається кілька реакцій з утворенням Сукциніл-КоА, який також може далі входити в цикл ТСА.

Для пальмітинової кислоти існує парна кількість вуглецю (16), тому процес бета-окислення:

Це може бути важко зрозуміти, але розглядайте це як безперервний процес, де кожен приклад цього процесу має на меті видалення 2 вуглеводнів (саме тому назва “бета”) і подальші реакції окислення та гідратації, щоб дістати до ацетил- CoA (переходить до циклу TCA) та Acyl-CoA (з 2 вуглецевими вуглеводами), які знову ввійдуть в процес.

Ось ще одна перспектива:

У випадку з нашою 16 вуглецево-пальмітиновою кислотою ми маємо 7 раундів бета-окислення. Як бачите, крім ацетил-КоА, весь процес дає FADH2 і NADH, які надалі будуть використовуватися для виробництва енергії в циклі TCA та в ETC.

Енергетичний вихід пальмітинової кислоти (16C)

8 Ацетил-КоА (1 для кожного раунду + залишок від останніх двох вуглеців)

Кожен ацетил-КоА дає 12 АТФ, отже, 8 Ацетил-КоА дає 96 АТФ. Кожен FADH2 дає 2 АТФ (деякі підручники біохімії припускають, що він дає 1,5 АТФ), тоді як кожен NADH дає 3 АТФ (деякі підручники біохімії припускають, що він дає 2,5 АТФ). Так:

8 ацетил-КоА x 12 = 96 АТФ

7 FADH2 x 2 = 14 АТФ

7 NADH x 3 = 21 АТФ

Загальний вихід енергії становить 131 АТФ, але для активації жирної кислоти (етап 1) потрібно 2 АТФ, тому чистий вихід енергії становить 129 АТФ для молекули пальмітинової кислоти (16 вуглецю).

Крім того, жирні кислоти з довшим ланцюгом дають ще більше енергії. Наприклад, 18 Вуглецева жирна кислота (стеаринова кислота) дає 146 АТФ, тоді як жирна кислота 20 Вуглець дасть 163 АТФ. Порівняйте це з 36-38 АТФ, що утворюються в результаті окислення 1 молекули глюкози. Розмова про поживну їжу.

Пам'ятайте, що я розповідав вам про енергетичну ефективність глюкози, яка становить 66%. Виділення енергії при спалюванні 1 молекули глюкози становить 686 ккал.

Глюкоза має молекулярну масу 180 г/моль. Кількість АТФ, що утворюється з 1 молекули глюкози, становить 38 АТФ, що дає 456 ккал.

Отже, при спалюванні 1 молекули глюкози ми використовуємо лише 66% (456/686) енергії, що виділяється з неї, як АТФ, тоді як решта 34% - це енергія, що виділяється як тепло.

І навпаки, пальмітинова кислота (16С) має молекулярну масу 256 г/моль. Спалювання дало б 2550 ккал. Кількість АТФ, що утворюється з 1 молекули пальмітинової кислоти, становить 129 АТФ, що дає 1548 ккал (129 * 12). У цьому випадку, якщо розділити 1548/2550, ми отримаємо 60%, тобто кількість енергії, переданої АТФ, метаболізуючи 1 молекулу пальмітинової кислоти. Решта 40% виділяється у вигляді тепла.

Висновки

Отже, ми маємо більше АТФ і більше енергії, що виділяється як тепло для 1 молекули жирної кислоти порівняно з 1 молекулою глюкози. Однак слід враховувати різницю молекулярних ваг, але навіть при цьому виділення енергії набагато більше (129 ATP проти 38 ATP) між цими типами макроелементів. Я думаю, це сприяє підвищенню рівня енергії, який я відчуваю як частину свого жирного харчування, крім інших факторів (нижчий окислювальний стрес). Я детально описав їх у майбутній книзі (докладніше див. Нижче).

Якщо щось незрозуміле або ви хочете щось додати, напишіть мені коментар в одному з розділів нижче.