Cellandning och energi
Vi springer med benen, men vad får benen att springa? Hjärnan är kanske rätt svar, men utan energi kan varken hjärnan sätta igång benen eller benen röra sig. Energin kommer från maten, men all mat omvandlas till en molekyl laddad med energi som kallas ATP – adenosintrifosfat. Det är ATP som driver muskler, tankar och kommunikation. Vi stoppar in energi i form av fett, kolhydrater och protein, men det är ATP som är energivaluta på kroppens gemensamma marknad. Utan ATP stannar kroppen. Ingen ATP – rigor mortis.
För att se hur ATP skapas kan vi se vad som händer med kolhydrater som bryts ner till glukos och sedan blir ATP. En molekyl glukos har den kemiska formeln C6H12O6. Det finns lika många kolatomer som syreatomer och därmed har vi inte lika mycket plats för kolhydrater i kroppen som för det syrefattiga fettet. Kolhydrater ger däremot snabbare energi än fett och det sker – lite förenklat såklart – i tre steg. Processen kallas för cellandning.
Steg 1: Glykolys – nedbrytning av glukos
Det första steget i energiomvandlingen av glukos till energi är glykolys och det kan ske utan syre, det är alltså en anaerob fas. I denna fas bildas fyra ATP. Men först kräver processen en investering på två ATP. Processen måste bootas, alltså lyfta sig själv i håret som en dator. Det krävs en gnista – en tändningsnyckel – för att sätta eld på bensinen.

Vi startar alltså med 6 kolatomer (6C) i en molekyl glukos (C6H12O6). Dessutom har vi två ATP som startnyckel:
C-C-C-C-C-C + 2 ATP
Dessa sex kolatomer splittras sedan i två delar med tre kolatomer (C-C-C och C-C-C) var och vid delningen skapas 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 några vätejoner H (inkl elektroner) frigjorts som lagrar sin energi i molekylen NADH. De två ATP som tände gnistan har tappat var sin fosfatgrupp och blivit 2 ADP – adenosindifosfat. Det ser alltså ut så här:
C-C-C + C-C-C + 4 ATP + 2 ADP + 2 NADH
Om det inte finns tillgång till syre hamnar cellandningen i en återvändsgränd här. Men det har kroppen löst genom att vätejonerna som lagrats i NADH används för att reducera pyruvatet till laktat; därmed kan cellen fortsätta producera ATP. Laktat kan i sin tur skapa ny glukos i levern eller fraktas till andra ställen i kroppen som behöver energi (laktat – eller mjölksyra som det brukar kallas – ser alltså till att vi orkar mer och har oförtjänt dåligt rykte). När syre sedan finns tillgängligt finns det nytt NAD+ som kan återta vätejonerna och föra över dem till syret så småningom. 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 oxideras till pyruvat igen. Det är pyruvat som sedan utgör råvara till nästa steg i processen, citronsyracykeln.
Steg 2: Citronsyracykeln
Innan pyruvatmolekylerna går in i citronsyracykeln spjälkar de av en koltatom vardera. De båda kolatomerna oxiderar och lämnar kroppen som koldioxid(CO2). Kvar är då två molekyler som kallas acetyl-CoA med två kolatomer vardera, C-C och C-C. I citronsyracykeln slås sedan varje acetyl-CoA ihop med oxalättiksyra (som har 4C) och bildar citronsyra (6C) och snurrar sedan ett varv där två C oxideras till CO2 andas ut och lämnar kropp och process, två ATP bildas och ett antal vätejoner frigörs och lagrar sin energi i NAD+ och FAD+ genom att reducera dem till NADH och FADH. Den lagrade energin i vätebärarna tas om hand i nästa steg.
Sedan börjar nästa varv med de kvarvarande oxalättiksyrans fyra kolatomer som förenas med nya acetyl-CoA så länge kroppen behöver energi. Om inte kroppen behöver energi, vilket kroppen märker om det finns ett överskott på ATP i förhållande till ADP, omvandlas acetyl- CoA från maten till fett för framtida energiförbrukning.

Efter glykolys och citronsyracykel har vi nu netto: 4 ATP, 10 NADH och 2 FADH2. Resultatet skulle bli 38 ATP. Det återstår alltså att skapa 34 ATP. Det blir en uppgift för vätejoner och elektroner som är lagrade i NADH och FADH.
Steg 3: Elektrontransportkedjan
Detta steg kallas också andningskedjan och det är här det mesta händer, och det sker i mitokondrierna. Det är här syret vi andas in kommer till användning. In kommer vätejoner (och elektroner) som lagrats med mycket energi i form av 10 NADH och 2 FADH2 och som nu faller ner vidare i en kedja av proteinkomplex där elektronerna frigör energi i varje fall. Denna elström genom proteinkomplexen pumpar vätejoner från mitokondriens inre till utrymmet mellan membranen. Den spänning som uppstår mellan membranen används sedan för att driva det enzym som kallas ATP syntas. ATP syntas kan liknas vid en kvarn, där vätejonerna faller ner och vrider runt ett hjul som mekaniskt fogar samman tre ADP med tre fosfatjoner (P) till tre energirika ATP-molekyler.

De tio vätejonerna som kommer från NADH räcker till att skapa 30 ATP, medan FADH2 bildar 4 ATP. Sammantaget bildas alltså 38 ATP-molekyler (i idealfallet). Dessa ATP-molekyler kanske hamnar i en muskel där de ser till att dra ihop fibrer. Efter det blir de ADP igen. Så snurrar de på alla kretslopp i kroppen.
Filmen ovan visar cellens kraftverk mitokondrierna där ATP tillverkas. Efter 1,10 ser man ATP syntas som pressar fram nya ATP. Det finns biljontals mitokondrier i en kropp.
Det stora kretsloppet
I slutet på elektrontransportkedjan reduceras det syre vi andats in med kvarvarande vätejoner och elektroner från vätebärarna NAD+ och FAD+ och bildar vatten. Den mat vi förbränner slutar som koldioxid och vatten. Vi andas alltså ut den mat kroppen tagit upp. Utandningsluften kan innehålla högst 4,4 % koldioxid, enligt lagen om partialtryck. En vanlig utandning består av ca 500 ml luft, vilket således rymmer maximalt 22 ml koldioxid. Densiteten på koldioxid är 1,98 g/liter, vilket ger en vikt på 0,04 gram koldioxid per utandning. Säg att man andas i snitt 17 000 gånger på ett dygn, då släpper vi ut 0,04 x 17000 x 30 = 20,4 kilo koldioxid på en månad.
Eftersom vi inte äter fossil mat så sker inget nettotillskott av växthusgaser (om vi bortser från industri och transporter som förser oss med mat). Människor är organiska organismer och ingår i naturens kretslopp. Koldioxiden vi andas ut tas upp av växter som med hjälp av solljus och vatten släpper loss syre och bygger socker av kolatomerna. Växterna äts sedan upp av djur och vi äter en del växter och djur och använder – i likhet med djuren – syret till att utvinna ATP ur de djur och växter som vi nyss ätit upp.
Den mest aktuella bilden av livets kretslopp. Källa: Scientific American.
Av den massa vi andas ut under en månad i exemplet är 14,8 kilo syre och 5,6 kilo kol. Det motsvarar en genomsnittlig persons intag av kolhydrater, fett och protein under en månad. Förmodligen motsvarar det också den genomsnittliga förbrukningen som styrs av hur mycket ATP vi använder och följaktligen hur många kolatomer vi andas ut. Om jag springer en timme andas jag ut mer än om jag sitter framför teven en timme. Kruxet är att kroppen gärna vill fylla på efteråt genom att göra mig hungrig eller få mig att ta det lite lugnare och andas lite mindre. Men om man är tillräckligt motiverad brukar det gå. Det visar inte minst Biggest loser men frågan är vad händer med motivationen när de inte längre är med i en TV-serie?
Skriver och springer
Det är kanske lite glesare mellan inläggen nu. Jag lägger 90 % av allt skrivkrut på boken. Det känns nytt och spännande, till skillnad från blogginlägg som jag skrivit i 6 år. Men ett minimum är ett inlägg i veckan. Jag ska inte sluta blogga som LG, inte än på ett tag i alla fall. Bloggandet ger för mycket rolig återkoppling och ibland kommer jag undan med nördiga inlägg som det här:)

Just nu känner jag mig motiverad, både att skriva och att träna. I lördags sprang jag min morgonrunda då en kompis från Sundsvall ringde och sa att han var på väg upp för att springa och undrade om jag ville hänga på och det ville jag förstås. Det blev därmed ett mycket längre pass än planerat. Jag kände mig pigg trots att jag inte hade någon energi med mig. Jag brände fett för att pressa fram ATP ur cellerna. Det kräver mer syre och det går inte lika fort, men fettet räcker länge. Jag skulle nog kunna springa till Portugal på fettet inom mig.
Antal kommentarer: 6
Johan Renström
Tack Ola, kul att du hörde av dig och att du gillar den här typen av nördiga vetenskapsinlägg som kanske inte vinner några populäritetstävlingar:)
Johan Renström
Tror du inte Anna? Jag kanske är jättefet och räcker ända till Mombasa:) Nä jag har inte räknat på hur långt mina reserver räcker, men kanske genom Sverige då som de där sverigetrampet kanske ska göra. Ska kollar det, tack för tipset och jättekul att du ser fram mot en bok. Nu har jag tre köpare:D
Johan Renström
Haha, ja kanske på sätt och vis. Om man gillar den här bloggen så torde man gilla boken. Tack för feedback Mattias:) 4 böcker sålda!
Johan Renström
Härligt att höra Stig! Ja 1600 km är ju inte dåligt, synd att Monte Gordo är så långt borta.
Johan Renström
Tack Hans:) Idag brann några gram upp, men inom kort återställer jag balansen.
Johan Renström
Haha ledsen TOL:) Kanske lite väl komplicerat men kul att du gillar mina försök till förenklingar och syftet är förstås att väcka intresse. Naturvetenskap är så spännande eftersom verkligheten är spännande. I den vardagliga verkligheten jobbar jag just nu inom IT-branschen. Siktar på att gå ner på halvtid i höst under en tid så att jag kan nörda ner mig ännu mer men det återstår att se om det lyckas.