Energi, kraft, arbeidsevne. Energi er en forutsetning for arbeid, og har samme benevning: kraft · vei. I SI-systemet er joule (J) enheten for energi, newton (N) enheten for kraft og meter (m) enheten for lengde. En newton har benevning kg · m/s2, det vil si en kraft som gir en masse på 1 kg en akselerasjon på 1 m/s2. Fortsatt brukes betegnelsen kalori som enhet for varmeenergi og til å angi forbrenningsverdien («kaloriinnholdet») i næringsmidler. Én kalori (cal) er den energimengde som skal til for å varme opp 1 g vann fra 15 til 16 °C. 1 kcal (som er 1000 cal) er lik 4184 J eller 4,184 kJ.

Energi kan opptre i forskjellige former: Som mekanisk energi, kjemisk energi, elektrisk energi o.a. I forbrenningsmotoren omformes kjemisk energi til bevegelsesenergi. Denne omformingen er ikke komplett; mye av den kjemiske energien tapes som varme. Det samme gjelder for «menneskemotoren». Strengt tatt kan man ikke si at energi går tapt, siden den totale energimengden er konstant. Det er bare innenfor begrensede referanserammer at energi «tapes». Det man mener, er at den ikke bidrar til nyttig arbeid. Ut fra samme betraktning kan energi heller ikke produseres.

Hver celle i kroppen er en energiomformer. Kjemisk energi tas opp i form av næringssubstrater som glukose, fettsyrer og aminosyrer. Energiomformingen skjer gjennom intracellulær oksidasjon som leverer energi i egnet form til cellulært arbeid. Man kan inndele arbeidet i a) biosyntese av enhver type, b) energikrevende transportprosesser over cellemembranen og c) mekanisk arbeid ved bevegelse av intracellulære komponenter som f.eks. kromosomer.

Karbon- og hydrogenatomene i næringssubstratene foreligger ikke i sin mest stabile form. Fordi Jordens atmosfære inneholder mye oksygen, er CO2 den energimessig mest stabile form for karbon og H2O for hydrogen. En celle kan derfor skaffe seg nyttbar energi fra næringssubstratene ved at karbon- og hydrogenatomene kombineres med oksygen og produserer henholdsvis CO2 og H2O. Den cellulære oksidasjon forløper ikke i ett trinn, men omfatter mange mellomliggende kjemiske reaksjoner, hvor oksygen ikke inngår, men som kontrolleres av enzymer i cytoplasma og i mitokondriene. Det kan derfor være nyttig å gi oksidasjon en videre definisjon: nemlig enhver kjemisk reaksjon hvor elektroner overføres fra ett atom til et annet. Et atom som avgir elektroner, blir oksidert, og et atom som mottar elektroner, blir redusert (får større minusladning). Molekylært O2 er en nærmest perfekt elektronmottaker, fordi dets affinitet for hydrogenioner og de medfølgende elektroner er så høy at bindingen blir meget sterk, og mye energi frigjøres.

Den trinnvise cellulære oksidasjon i levende celler skjer ikke spontant. Årsaken er den samme som hindrer at f.eks. en bok forsvinner i flammer: molekylene i cellene og i boken er det som kalles metastabile, og krever aktiveringsenergi før de kan nedbrytes til mer stabile konfigurasjoner. For boken kan aktiveringsenergien være en tent fyrstikk. I cellene skjer forbrenningen mindre destruktivt, ved at spesialiserte katalysatorer eller enzymer binder seg selektivt til biologiske molekyler på en slik måte at aktiveringsenergien blir redusert. Ved en slik selektiv senkning av aktiveringsenergi bestemmer enzymene hvilke av flere mulige reaksjonsveier de forskjellige molekylene omdannes gjennom. På denne måten frigjøres energi til nyttig cellearbeid (og varme) og, gjennom oksidativ fosforylering, til dannelse av energirike fosfatforbindelser: adenosintrifosfat (ATP) og kreatinfosfat (CP). Disse molekylene utgjør et raskt tilgjengelig energilager, f.eks. i muskelceller som deltar i plutselig kontraksjon. Hvis derimot muskelarbeidet varer mer enn 10–15 sekunder, må mer energi bli tilgjengelig ved nedbrytning av næringssubstrater som f.eks. glukose og tilførsel av oksygen med blodet. Se også arbeid, musklene.

Den komplette forbrenning av glukose til CO2 og H2O i menneskets celler skjer med ca. to dusin reaksjoner og et like stort antall enzymer. Det dannes 36 molekyler ATP for hvert molekyl glukose som blir oksidert. Et mol glukose frigjør 2,870 kJ (686 kcal) energi, og det blir brukt 6 mol O2. Forbrenningen inndeles ofte i de følgende tre hovedtrinn: glykolyse, Krebs' syklus og respirasjonskjeden.

Den basale metabolske energiomsetning for en voksen mann er ca. 8,4 MJ eller ca. 2000 kcal per dag (M = «mega», dvs. 106). Til dette kommer energiomsetning i forbindelse med arbeid, som kan være ca. 2 MJ for en kontorarbeider og ca. 18 MJ for en tømmerhugger som arbeider på den gamle måten. På vanlig norsk kost vil opptak av 1 liter oksygen svare til en energiomsetning på 20 kJ eller 4,82 kcal.

Foreslå endring

Kommentarer

Har du spørsmål til artikkelen? Skriv her, så får du svar fra fagansvarlig eller redaktør.

Du må være logget inn for å kommentere.