ATP får dig att springa
Ett av mina första inlägg handlade om ATP och energi. Sedan dess har det inlägget haft en strid ström av läsare, främst studenter och andra googlare. En del fakta har dock uppdaterats med ny forskning så jag tänkte det var bäst att uppdatera artikeln.
Kroppens inre marknad
För att du ska orka springa krävs energi och energi får du från mat. Så du måste ha mat för att springa och springa för att ha mat. Det låter som ett moment 22, men långt innan du behöver mat blir du hungrig och det aktiverar ett beteenden som gör att du börjar jaga och samla. Fast numer behöver du inte skaffa mat – du går bara till kylskåpet.
För att förenkla för kroppens maskineri omvandlas all mat (kolhydrater, fett och proteiner) till en enhet, adenosintrifosfat, som förkortas ATP. Du kan se ATP som kroppens enkronor. De fungerar i kroppens alla standardiserade myntinkast. Du stoppar in olika mynt och maträtter och de konverteras till enkronor som smörjer kroppens inre marknad. Det krävs enhetlighet för effektivitet och samordning. ATP driver sedan allt från dina ben till dina tankar. Utan ATP finns inga nervimpulser, inga proteiner kan byggas och dina muskler skulle frysa fast.
Varje cell innehåller vid ett givet ögonblick en miljard molekyler ATP. Eftersom din kropp består av 34 biljoner celler har du just nu 34 000 000 000 000 000 000 000 ATP molekyler i kroppen och de omsätts ungefär var 20:e sekund. Tillsammans väger denna massa ynka 250 gram, men du omsätter nästan 100 kg ATP varje dag. Knappt 3000 kalorier sätter alltså sprätt på närmare 100 kg ATP! Det är som om 20 miljoner enkronor per dag omsatte den svenska bruttonationalprodukten.

Bilden ovan föreställer molekylen ATP. De tre p:na som sticker ut som en pistolpipa till vänster är tre fosfatgrupper. Om man fortsätter pistolliknelsen motsvarar kolven den enkla sockerarten ribos, som också finns i vårt RNA. Hanen är adenin, en av kvävebaserna som bygger upp vårt DNA.
När den yttersta fosfatgruppen spjälkas från de övriga omvandlas ATP till ADP. Pistolpipan kortas av och adenosintrifosfat blir adenosindifosfat. När detta sker frigörs energi, för elektronerna hoppar från ett jobbigt till ett bekvämare energitillstånd. Det är så livets kugghjul fungerar. ATP omvandlas till ADP när du springer och sedan byggs ADP samman till ATP igen av maten du äter.
Hur bildas ATP?
Vi kan titta på hur en sorts molekyl, glukos (kolhydrater), omvandlas till energi. In i cellen kommer alltså en glukosmolekyl och där möter den syre som vi andats in.
C6H12O6 (glukos) + 6O2 (syre)
Som ett resultat av cellandning kommer det ut koldioxid, vatten, energi och värme i andra ändan. Kolet har oxiderat och syret reducerats. På kemiskt språk ser output ut så här:
6CO2 (koldioxid) + 6H2O (vatten) + 38 ATP (energi) + värme
Det känner du igen som löpare. För att orka springa hårt kräver musklerna mer glukos, vilket kräver mer tillgång till syre och att du kan pusta ut mer koldioxid. Du andas häftigare för att dra in och pusta ut dessa molekyler. I takt med att energiproduktionen ökar stiger också spillvärmen – du blir varm – och det sympatiska systemet slås på för att sänka kroppstemperaturen genom svettning.
I slutändan har 24 elektroner lämnat kolet i glukosen och förenat sig med syre. Kolet har oxiderat och syret har reducerats och i den processen frigörs energi. (Det låter bakvänt att det som reduceras får och det som oxiderar tar. På engelska har man en bra minnesregel: Oxidation Is Losing, Reduction Is Gaining = OIL RIG).
Ungefär hälften av den energin i glukos blir värme och håller dig varm, den andra hälften bildar i tre kontrollerade explosioner ATP som sedan skickas runt i kroppen för att utföra arbete som att få muskelproteiner att förkortas och nervsignaler att skickas vidare.
Steg 1: Glykolys – nedbrytning av glukos
Det första steget i energiomvandlingen är glykolys och det kan ske utan närvaro av syre. Det är en anaerob fas. I denna fas bildas fyra ATP. Men först kräver processen en investering på två ATP. Processen måste alltså bootas, lyfta sig själv i stövelstropparna som en dator. Det krävs en gnista för att sätta eld på bensinen.
Om man bara tittar på kolet i glukosen – det är ju kol vi eldar med – så har vi 6 kolatomer (6C) i en molekyl glukos. Dessutom har vi två ATP som sätter igång processen:
C-C-C-C-C-C + 2 ATP
Dessa sex kolatomer splittras i två delar med tre kolatomer var och den energi som frigörs är fyra ATP, vilket minus investeringen på två ATP ger två ATP netto. Slutprodukten av den anaeroba glykolysen är två molekyler med tre kolatomer var som kallas pyruvat samt fyra ATP. Dessutom har vi fått några frigjorda vätejoner (H) som lagrar sin energi i molekylen NADH. De två ATP som tände gnistan har omvandlats till två ADP.
C-C-C + C-C-C + 4 ATP + 2 ADP + 2 NADH
Om det inte finns något syre för vätejonerna att bilda vatten med hamnar cellandningen i en återvändsgränd här. Men det har kroppen löst på ett smart sätt genom att de frigjorda vätejonerna som lagrats i NADH lämnar över vätejonerna till pyruvatet som då bildar laktat (som felaktigt kallas mjölksyra). Därmed kan cellen fortsätta producera ATP. När syre sedan finns tillgängligt finns det nytt NAD+ som kan återta vätejonerna och föra över dem till syret. Det är en reversibel process. Det är därför vi flämtar så mycket efter en hård löpning, vi måste få in syre så att laktat kan återlämna sina vätejoner och bli pyruvat igen. Det är pyruvat som sedan utgör råvara till nästa steg i cellandningen.
Steg 2: Citronsyracykeln
Innan pyruvatmolekylerna kastas in i citronsyracykeln spjälkar de av en koltatom vardera. Kolatomen oxiderar och lämnar processen som koldioxid. Kvar är då två molekyler acetyl-CoA med två kolatomer vardera. Även protein och fett kastas in i citronsyracykeln efter de gjorts om till Acetyl-CoA. I citronsyracykeln slås varje acetyl-CoA (2C) ihop med oxalättiksyra (4C) och bildar citronsyra (6C) och snurrar sedan ett varv där två CO2 andas ut, två ATP bildas och frigjorda vätejoner (H) lagrar sin energi i vätebärare som NADH och FADH. Denna lagrade energin frigörs i steg 3. Sedan börjar nästa varv med de kvarvarande oxalättiksyrans fyra kolatomer som förenas med nya acetyl-CoA. Detta steg sker i närvaro av syre och är alltså en aerob process.
Citronsyracykeln äger rum i en av evolutionens viktigaste skapelser, mitokondrierna – cellens energifabrik. Det är mitokondrier som skapas när du tränar hårt, förmodligen är det en stor del av nyttan med hårda intervaller. De är en anpassning till ökad metabolisk stress.
Efter steg 1 och steg 2 har vi nu netto: 4 ATP, 10 NADH och 2 FADH2. Resultatet skulle bli 38 ATP, det återstår alltså 34 ATP. Det blir en uppgift för vätejonerna (H) som bärs av NAD+ och FAD+.
Steg 3: Elektrontransportkedjan
Detta steg kallas också andningskedjan och det är här det händer, och det sker i mitokondriernas membran. In kommer ”heta” vätejoner som tillfälligt lagrats i form av 10 NADH och 2 FADH2 och som nu kastas vidare i en kedja där varje kast får vätejonerna att kallna och frigöra en gnutta energi. Denna elström genom proteinkomplexen driver pumpning av vätejoner från mitokondriens inre till utrymmet mellan membranen. Den spänning som uppstår används sedan för att driva cellens mest fascinerande enzym, ATP syntas. ATP syntas kan liknas vid en kvarn där vätejonen faller ner och på vägen ner vrider den runt ett hjul som mekaniskt fogar samman tre ADP med tre fosfatjoner till tre energirika ATP-molekyler.

De tio vätejonerna som är bundna till NADH räcker till trettio ATP, medan det energifattigare FADH2 bildar fyra ATP. Sammantaget blir det alltså i idealfallet 38 ATP-molekyler som kan få oss att springa. Efter det omvandlas ATP till ADP och blir råvara till ATP-fabriken igen. Vätejonerna möter syre och blir vatten. Det sker i varje cell, varje sekund, med en svindlande hastighet.
Fettförbränning
När en stadig fettmolekyl blir energi ser det ut så här på kemiska:
C55H104O6 + 78O2 → 55CO2 + 52H2O + ATP
eller i klarspråk:
Fett + syre → koldioxid + vatten + energi
Fettet transporteras till mitokondrier och huggs upp i mindre delar i en process som kallas betaoxiering. Varje varv i denna process avger kolatomer och elektroner/vätejoner som sedan används för att sätta samman ATP.
Du andas in syreatomer och andas ut kolatomer. När du tappar vikt andas du alltså ut atomer i form av kol (och små mängder väte och syre). Energin som finns bunden i ATP är nästan viktlös, men det är den som sätter fart på allt i dig.
Fett är koncentrerad energi och tack vare det behöver du inte vara stor som en dinosaurie. Fett ger fler ATP per kolatom än glukos, men priset du betalar är att du måste andas in mer syre eftersom fett är koncentrerat och syrefattigt. Men naturen har räknat med att det finns syre i atmosfären och litar på fettet. Det är ett energilager för framtiden. Naturen tror att du förr eller senare råkar ut för svält och måste gå och springa långt för att hitta mat. Men det var innan det fanns pengar och en effektiv arbetsfördelning. Du får hitta andra anledningar till att springa. Det är ju t ex ganska härligt.

















Antal kommentarer: 4
Johan Renström
Ja så är det Peter. Det är jobbigare att springa på fett och en viktig del av träningen är att träna upp fettförbränningen. Kolhydrater är snabbare men tar ju å andra sidan slut och är inte lika pålitlig energikälla som fett. Fett har alla mer eller mindre av och är som bekant svårt att göra slut på.
Jag räknade på skillnaden i ett inlägg här:
http://www.runnersworld.se/blogs/hjarnfysik/morgonlopning-fore-frukost.htm
och fick fram att glukos gav 6 ATP per kolatom medan fett gav 8 ATP per kolatom. Fett är alltså rikare på energi.
En glukosmolekyl ger 32-38 ATP och förbrukar 10 syremolekyler.
Ett varv betaoxidering av fett ger 17 ATP och förbrukar 6 syremolekyler.
Det betyder att 60 syremolekyler räcker till 6 glukos som ger 192-228 ATP och till 10 varv betaoxidering som ger 170 ATP. För glukos blir det ca 3,33 ATP/syremolekyl och 2,83 ATP/syremolekyl för fett.
Här är en studie, Choosing the right substrate, där syreförbrukningen jämförs.
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17380791
”In conclusion, lipid oxidation provides a high rate of ATP synthesis even during a mild uncoupling state, but at a high rate of oxygen consumption.”
Johan Renström
Voleks studie gäller ultror och lång anpassning till en diet på fett så att även hjärnan drivs av ketoner som jag fattar det. Voleks studie är intressant och Tim Noakes brukar hänvisa till den, men den är i minoritet. I praktiken använder de flesta glukos på lopp upp till maraton, men på längre lopp är frågan inte helt avgjord. Själv brukar jag inte bry mig om att kolhydratladda inför ultror utan litar på att jag byggt upp min fettförbränning. Jag hoppas på fler studier och experiemnt. Tyvärr har de som gör studierna ofta en stark åsikt och det påverkar sannolikt resultatet, men ju fler desto lättare se mönster och då blir det fler inlägg:)
Johan Renström
Det kommer nog fler studier som förhoppningsvis leder till att man kan uppdatera sina antaganden och föreställningar. På något sätt borde ju grupperna jämföras och det måste finnas en kontrollgrupp och de som utför studien får inte veta vilken grupp som är vilken. Det är inte lätt. Den som äter socker vet ju om det.
Så fungerar musklerna under träning - ett enkelt schema | 215
[…] Adenosintrifosfat (ATP) är den omedelbara källan till muskelkontraktion och bryts ner i kroppens celler för att frigöra energi. Cellernas kreatin-, fosfat– och glykogenreserver konverteras också till ATP. Under denna process produceras mjölksyra som en slaggprodukt. […]