Quá trình chuyển hóa thức ăn thành năng lượng

1. Quá trình tiêu hóa thức ăn 

Chúng ta cần thức ăn để cung cấp năng lượng cho cơ thể tăng trưởng và sửa chữa. Hệ thống tiêu hóa chuyển đổi thực phẩm chúng ta ăn thành các dạng đơn giản nhất như glucose, axit amin và axit béo. Thức ăn được chia nhỏ sau đó được hấp thụ vào máu từ ruột non và các chất dinh dưỡng được vận chuyển đến từng tế bào trong cơ thể. 

Đường tiêu hóa bắt đầu từ miệng và kết thúc ở hậu môn. Quá trình thức ăn được tiêu hóa ở hệ tiêu hóa, bao gồm:

1.1. Miệng và thực quản

Tiêu hóa bắt đầu trong miệng, thức ăn được nghiền nát bởi răng và làm ẩm bằng nước bọt để dễ nuốt. Nước bọt cũng có một chất hóa học đặc biệt được gọi là enzyme. Enzyme trong nước bọt bắt đầu phân hủy carbohydrate thành đường. Sau khi nuốt, các cơn co thắt cơ của thực quản sẽ xoa bóp quả bóng thức ăn xuống dạ dày.

1.2. Dạ dày

Thức ăn đi qua một cơ vòng vào dạ dày. Ở dạ dày thức ăn được trộn với dịch vị. Dạ dày là một túi cơ và nó khuấy thức ăn để giúp phân hủy thức ăn về mặt cơ học cũng như hóa học. Thức ăn sau đó được ép qua cơ vòng thứ 2 vào phần đầu tiên của ruột non, được gọi là tá tràng.

1.3. Ruột non

Khi đến tá tràng, thức ăn được trộn với nhiều enzyme tiêu hóa hơn từ tuyến tụy và mật từ gan. Thức ăn sau đó được ép vào phần dưới của ruột non, được gọi là hỗng tràng và hồi tràng. Các chất dinh dưỡng được hấp thụ từ hồi tràng bởi các nhung mao lót niêm mạc hồi tràng. Mỗi nhung mai được kết nối với một lưới mao mạch, đây là cách các chất dinh dưỡng đi vào máu.

1.4. Tuyến tụy

Tuyến tụy là 1 trong những tuyến lớn nhất trong cơ thể con người. Cũng như dịch tiêu hóa, tuyến tụy tiết ra một loại hormone gọi là insulin. Insulin giúp điều chỉnh lượng đường trong máu. Bệnh tiểu đường là một tình trạng gây ra bởi các vấn đề về sản xuất insulin.

1.5. Gan

Gan có một số vai trò khác nhau trong cơ thể, bao gồm:

• Phá vỡ chất béo, sử dụng mật được lưu trữ trong túi mật.
• Chế biến protein và carbohydrate.
• Lọc và xử lý tạp chất, thuốc và độc tố.
• Tạo ra glucose cho nhu cầu năng lượng ngắn hạn từ các hợp chất khác như lactate và axit amin.

1.6. Ruột già

Sau khi tất cả các chất dinh dưỡng đã được hấp thụ, chất thải sẽ được chuyển vào ruột già hoặc ruột non. Nước được loại bỏ và chất thải được lưu trữ trong trực tràng, sau đó được đưa ra khỏi cơ thể qua hậu môn.

2. Quá trình chuyển hóa thức ăn thành năng lượng trong cơ thể người

Sau khi hệ tiêu hóa phân hủy thức ăn thành các thành phần nhỏ hơn và hấp phụ chúng để sử dụng làm nhiên liệu. Năng lượng đến từ 3 chất dinh dưỡng chính carbohydrate, protein và chất béo, với carbohydrate là nguồn năng lượng quan trọng nhất. Trong trường hợp carbohydrate đã cạn kiệt, cơ thể có thể sử dụng protein và chất béo để tạo năng lượng. Sự trao đổi chất của bạn là các phản ứng hóa học trong tế bào của cơ thể để chuyển hóa thức ăn thành năng lượng.

Hầu hết năng lượng mà cơ thể cần là để nghỉ ngơi, được gọi là quá trình trao đổi chất cơ bản. Đây là lượng năng lượng tối thiểu mà cơ thể cần để duy trì các chức năng quan trọng như hô hấp, tuần hoàn và chức năng các cơ quan. Chuyển hóa năng lượng tối ưu đòi hỏi phải có đủ chất dinh dưỡng từ thức ăn, nếu không quá trình chuyển hóa thức ăn trong cơ thể người sẽ hoạt động kém khiến chúng ta cảm thấy mệt mỏi và uể oải.

Thức ăn được chuyển hóa ở cấp độ tế bào để tạo ra ATP bởi một quá trình được gọi là hô hấp tế bào. Chính ATP hóa học này được tế bào sử dụng làm năng lượng cho nhiều quá trình trong cơ thể bao gồm co cơ và phân chia tế bào. Quá trình này cần oxy và được gọi là hô hấp hiếu khí. Ban đầu, các đại phân tử thức ăn lớn được các enzyme phân hủy thành các tiểu đơn vị đơn giản trong quá trình tiêu hóa. Sau quá trình này, các phân tử tiểu đơn vị nhỏ hơn đi vào các tế bào của cơ thể. Trước tiên chúng xâm nhập vào bào tương, nơi bắt đầu quá trình hô hấp tế bào bao gồm 4 giai đoạn:

• Giai đoạn 1 - Sự phân hủy glucose: Điều này xảy ra trong tế bào chất và liên quan đến một loạt phản ứng dây chuyền được gọi là đường phân để chuyển đổi từng phân tử glucose thành 2 đơn vị pyruvate nhỏ hơn. Trong quá trình hình thành pyruvate, hai loại phân tử chất mang được kích hoạt được tạo ra, đó là ATP và NADH. Sau đó, pyruvate đi vào ty thể.
• Giai đoạn 2 - Phản ứng liên kết: Tại thời điểm này, một phân tử carbon dioxide và một phân tử hidro được loại bỏ khỏi pyruvate để tạo ra một nhóm acetyl. Nhóm này liên kết với một loại enzyme gọi là CoA để tạo thành acetyl-CoA để được sử dụng trong chu trình Krebs. 
• Giai đoạn 3 - Chu trình Krebs diễn ra trong ty thể, acetyl-CoA kết hợp với oxaloacetate để tạo thành citrate. Phân tử citrate sau đó bị oxy hóa dần dần, cho phép sử dụng năng lượng của quá trình oxy hóa này để tạo ra các phân tử chất mang hoạt hóa giàu năng lượng. Chu trình cung cấp các tiền chất bao gồm một số axit amin cũng như chất khử NADH được sử dụng trong nhiều phản ứng sinh hóa. Mỗi lượt của chu kỳ tạo ra hai phân tử carbon dioxide, ba phân tử NADH, một phân tử GTP và một phân tử FADH2.
• Giai đoạn 4 - Chuỗi vận chuyển điện tử: Trong giai đoạn cuối cùng này, các chất mang điện tử NADH và FADH2 vốn đã nhận được các điện tử khi chúng oxy hóa các phân tử khác sẽ chuyển các điện tử này sang chuỗi vận chuyển điện tử. Sau đó, một gradient nồng độ hình thành nơi các ion hydro khuếch tán ra khỏi không gian này bằng cách đi qua ATP synthase. Dòng ion hydro cung cấp năng lượng cho quá trình chuyển đổi xúc tác của ATP synthase. Điểm cuối của chuỗi này xảy ra khi các điện tử khử oxy phân tử, dẫn đến việc tạo ra nước.

Cuối cùng, sau quá trình chuyển hóa thức ăn thành năng lượng này sẽ cung cấp cho cơ thể khoảng 30-32 phân tử ATP.