Energimetabolism definieras generellt som helheten av en organisms kemiska processer. Dessa kemiska processer tar vanligtvis formen av komplexa metaboliska vägar inom cellen, vanligtvis kategoriserade som antingen katabola eller anabola. Hos människor kallas studiet av hur energi flödar och bearbetas i kroppen för bioenergetik och handlar huvudsakligen om hur makromolekyler som fetter, proteiner och kolhydrater bryts ner för att ge användbar energi för tillväxt, reparation och fysisk aktivitet.
Anabola vägar använder kemisk energi i form av adenosintrifosfat (ATP) för att driva cellulärt arbete. Byggandet av makromolekyler av mindre komponenter, såsom syntesen av proteiner från aminosyror, och användningen av ATP för att driva muskelsammandragning är exempel på anabola vägar. För att driva anabola processer donerar ATP en enda fosfatmolekyl och frigör lagrad energi i processen. När en fungerande cells försörjning av ATP är uttömd, måste mer genereras av katabolisk energimetabolism för att cellulärt arbete ska fortsätta.
Katabola vägar är de som bryter ner stora molekyler till sina beståndsdelar och frigör energi i processen. Människokroppen kan syntetisera och lagra sin egen ATP genom både anaerob och aerob energimetabolism. Anaerob metabolism sker i frånvaro av syre och är förknippad med korta, intensiva energiutbrott. Aerob metabolism är nedbrytningen av makromolekyler i närvaro av syre, och är förknippad med träning med lägre intensitet, såväl som cellens dagliga arbete.
Anaerob energiomsättning sker i två former, ATP-kreatinfosfatsystemet och snabb glykolys. ATP-kreatinfosfatsystemet använder lagrade kreatinfosfatmolekyler för att regenerera ATP som har utarmats och degraderats till sin lågenergiform, adenosindifosfat (ADP). Kreatinfosfatet donerar en högenergifosfatmolekyl till ADP, och ersätter därigenom förbrukad ATP och återupplivar cellen. Muskelceller innehåller vanligtvis tillräckligt med fritt flytande ATP och kreatinfosfat för att driva cirka tio sekunders intensiv aktivitet, varefter cellen måste byta till den snabba glykolysprocessen.
Snabb glykolys syntetiserar ATP från glukos i blodet och glykogen i muskeln, med mjölksyra som produceras som en biprodukt. Denna form av energimetabolism är förknippad med korta, intensiva utbrott av aktivitet &mash; såsom kraftlyft eller sprint – när hjärt-andningssystemet inte hinner leverera tillräckligt med syre till de arbetande cellerna. När glykolysen fortskrider ackumuleras mjölksyra på muskeln, vilket orsakar ett tillstånd som kallas laktacidos eller, mer informellt, muskelbränna. Snabb glykolys producerar majoriteten av ATP som används från tio sekunder till två minuters träning, varefter kardio-andningsorganen har haft möjlighet att leverera syre till de arbetande musklerna och aerob metabolism börjar.
Aerob metabolism sker på ett av två sätt, snabb glykolys eller fettsyraoxidation. Snabb glykolys, som långsam glykolys, bryter ner glukos och glykogen för att producera ATP. Eftersom det gör det i närvaro av syre är processen en fullständig kemisk reaktion. Medan snabb gykolys producerar två molekyler ATP för varje glukosmolekyl som metaboliseras, kan långsam gykolys producera 38 ATP-molekyler från samma mängd bränsle. Eftersom det inte finns någon mjölksyraansamling under reaktionen, har snabb glykolys ingen associerad muskelbränna eller trötthet.
Slutligen är den långsammaste och mest effektiva formen av energiomsättning fettsyraoxidation. Detta är den process som används för att driva aktiviteter som matsmältning och cellulär reparation och tillväxt, såväl som långvariga träningsaktiviteter, som maratonlöpning eller simning. Istället för att använda glukos eller glykogen som bränsle, bränner denna process fettsyror som lagras i kroppen och kan producera så många som 100 ATP-molekyler per enhet fettsyror. Även om detta är en mycket effektiv process med hög energi, kräver den stora mängder syre och inträffar först efter 30 till 45 minuter av lågintensiv aktivitet.