Energiakulu ja toiduenergia võrdlus

 

Ainevahetus ehk metabolism on iga elusa organismi tunnus, mille käigus võetakse väliskeskonnast vastu toitained, töödeldakse need ümber organismi poolt omastatavateks ühenditeks, kasutatakse ära organismi elutegevuseks ning eritatakse organismist tekkinud lõpp-produktid.

Kogu aine- ja energiavahetuse saame jaotada kaheks:

• assimilatsiooniprotsessiks ja
• dissimilatsiooniprotsessiks

Assimilatsioon - organismi viidud ainete ümbertöötlemine ja omastamine ning uute kudede ülesehitamine

Dissimilatsioon - erinevate ainete lõhustamine ja laguproduktide eemaldamine organismist.

Noores organismis on valdavalt ülekaalus assimilatsioon, vanemas eas katabolism. Täiskasvanud organismis on aga need kaks protsessi tasakaalus.

Elutegevuse käigus vajab organism pidevalt energiat. Energiat vajab inimene nii organismi talitluseks kui ka liikumiseks ja erinevate liigutuste sooritamiseks. Vajalik energia vabaneb toitainetest bioloogilise oksüdatsiooni käigus .

Kuna aine- ja energiavahetus on lahutamatult seotud, hinnatakse ainevahetuse taset soojushulga mõõtmise abil. Sõltuvalt sellest, kas eritatavat energia hulka mõõdetakse otseselt või leitakse see oksüdatsiooniprotsessides kasutatud hapniku hulga järgi, on tegemist kas otsese või kaudse kalorimeetriaga.

Energiat mõõdetakse kilokalorites (kcal), kilodžaulides(kJ) või megadžaulides (MJ)

1 kcal = 4,2 kJ ja 1000kJ = 1 MJ

Peamisteks energiaallikateks on süsivesikud, rasvad ja valgud, mille lõhustamisel sünteesitakse adenosiintrifosfaati (ATP). ATP on organismis universaalne energiavahendaja ja osaleb kõikide rakkude metabolismis. ATP molekul koosneb: 1. lämmastikalusest adeniin (A), 2. riboosist ja 3. kolmest fosfaatrühmast (2 fosfaatrühma -> ADP). ATP moodustub glükolüüsi käärimise, hingamise ja fotosünteesi käigus (ADP + P -> ATP + 30 kJ/mol energiat). Seda ATP-sse akumuleeritud energiat kasutab organism vastavalt vajadusele erinvate funktsioonide täitmiseks, mille käigus vabaneb soojus.

Erinevate toitainete oküdatsioonil kulutatakse ja antakse ära erinevad kogused O₂ ja CO₂. Organismi poolt kasutatud CO₂ ja tarbitud O₂ suhet nimetatkase hingamis- ehk respiratoorseks koefitsiendiks (RQ).

Kui organismis toimuks ainult süsivesikute oksüdatsioon, siis oleks hingamiskoefotsient võrdne ühega:

C₆H₁₂O₆ +6O₂ =6CO2 + 6H2O + 2826 kJ(674,95 kcal)

RQ = 6CO₂/6O₂ = 1

Nagu näha , kulub 1 mooli glükoosi oksüdatsiooniks 6 mooli hapnikku, mille ruumala on 6 x22,4 = 134,4 l. Vabanenud energia hulk on seejuures 2826 kJ. Edasi vaatame kui palju vabaneb energiat siis, kui oksüdatsiooniks kasutatakse 1 liiter hapnikku:

2826 : 134,4 = 21,03 kJ (5,02 kcal)

Tegelikult ei oksüdeeri organism mitte ainult süsivesikuid, vaid ka rasvu Rasvade oksüdatsioonil kulub hapnikku lisaks süsiniku oksüdeerimisele veel ka vesiniku oksüdatsiooniks. Sellisel juhul on hingamiskoefitsient 0,71.

C57H104O6 + 80O2 = 57CO2 + 52H2O + 3433 kJ(8200 kcal)

RQ = 57CO2/80O2 = 0,71

Seega 1 mooli trioleeni oksüdatsiooniks kulub 80mooli hapnikku, mille ruumala on

80 x 22,4 l = 1792 l ja seejuures vabaneb 3433kJ energiat. 1 l hapniku kasutamisel trioleeni osüdeerimiseks kulub:

433 : 1792 = 19,16 kJ (4,58 kcal)

Suurust, mis näitab kui palju vabaneb soojust ühe liitri hapniku kasutamisel oksüdatsiooniprotsessides, nimetatakse hapniku kaloriliseks ekvivalendiks e. hapniku soojusväärtuseks.

Teades lähteaine oksüdatsioonil vabanenud energia hulka leida ka 1 grammi antud aine oksüdatsioonil vabanenud energia hulka.

1 mooli glükoosi mass on 180g, siis 1 g oksüdatsioonil vabaneb

2826 : 180 = 15,7 kJ (4,0 kcal)

1 mooli trioleeni mass on 884 g, siis 1 g oksüdatsioonil vabaneb
3433 : 884 38,8 kJ (9,0 kcal)

Ühe grammi toitaine oksüdatsioonil vabanenud soojusthulka nimetatakse selle aine energeetiliseks väärtuseks e. energiaekvivalendiks.

Süsivesikute keskmine energeetiline väärtus on - 15,7 kJ ( 4,0 kcal)

Valkudel - 15,7 kJ ( 4,0 kcal)

Lipiididel - 38,1 kJ ( 9,0 kcal)