El metabolismo energético generalmente se define como la totalidad de los procesos químicos de un organismo. Estos procesos químicos generalmente toman la forma de vías metabólicas complejas dentro de la célula, generalmente categorizadas como catabólicas o anabólicas. En los humanos, el estudio de cómo fluye y se procesa la energía en el cuerpo se denomina bioenergética, y se ocupa principalmente de cómo las macromoléculas como las grasas, las proteínas y los carbohidratos se descomponen para proporcionar energía utilizable para el crecimiento, la reparación y la actividad física.
Las vías anabólicas utilizan energía química en forma de trifosfato de adenosina (ATP) para impulsar el trabajo celular. La construcción de macromoléculas a partir de componentes más pequeños, como la síntesis de proteínas a partir de aminoácidos, y el uso de ATP para potenciar la contracción muscular son ejemplos de vías anabólicas. Para impulsar los procesos anabólicos, el ATP dona una sola molécula de fosfato, liberando energía almacenada en el proceso. Una vez que el suministro de ATP de una célula activa se agota, el metabolismo de la energía catabólica debe generar más para que continúe el trabajo celular.
Las vías catabólicas son aquellas que descomponen las moléculas grandes en sus partes constituyentes, liberando energía en el proceso. El cuerpo humano es capaz de sintetizar y almacenar su propio ATP a través del metabolismo energético anaeróbico y aeróbico. El metabolismo anaeróbico se produce en ausencia de oxígeno y se asocia con explosiones de energía cortas e intensas. El metabolismo aeróbico es la descomposición de las macromoléculas en presencia de oxígeno, y se asocia con ejercicio de menor intensidad, así como con el trabajo diario de la célula.
El metabolismo energético anaeróbico se produce en dos formas, el sistema ATP-fosfato de creatina y la glucólisis rápida. El sistema de fosfato de creatina ATP utiliza moléculas de fosfato de creatina almacenadas para regenerar el ATP que se ha agotado y degradado a su forma de baja energía, el difosfato de adenosina (ADP). El fosfato de creatina dona una molécula de fosfato de alta energía al ADP, reemplazando así el ATP gastado y energizando la célula. Las células musculares generalmente contienen suficiente ATP flotante libre y fosfato de creatina para alimentar aproximadamente diez segundos de actividad intensa, después de lo cual la célula debe cambiar al proceso de glucólisis rápida.
La glucólisis rápida sintetiza el ATP a partir de la glucosa en la sangre y el glucógeno en el músculo, con ácido láctico producido como subproducto. Esta forma de metabolismo energético se asocia con breves e intensos estallidos de actividad y puré; tales como levantamiento de fuerza o carreras de velocidad, cuando el sistema cardiorrespiratorio no tiene tiempo para suministrar oxígeno adecuado a las células en funcionamiento. A medida que progresa la glucólisis rápida, el ácido láctico se acumula en el músculo, causando una condición conocida como acidosis láctica o, más informalmente, quemadura muscular. La glucólisis rápida produce la mayoría del ATP que se usa desde diez segundos hasta dos minutos de ejercicio, después de lo cual el sistema cardio-respiratorio ha tenido la oportunidad de suministrar oxígeno a los músculos activos y comienza el metabolismo aeróbico.
El metabolismo aeróbico se lleva a cabo de una de dos maneras: glucólisis rápida u oxidación de ácidos grasos. La glucólisis rápida, como la glucólisis lenta, descompone la glucosa y el glucógeno para producir ATP. Sin embargo, dado que lo hace en presencia de oxígeno, el proceso es una reacción química completa. Mientras que la glicólisis rápida produce dos moléculas de ATP por cada molécula de glucosa metabolizada, la glicólisis lenta puede producir 38 moléculas de ATP a partir de la misma cantidad de combustible. Como no hay acumulación de ácido láctico durante la reacción, la glucólisis rápida no tiene fatiga ni quemadura muscular asociada.
Finalmente, la forma más lenta y eficiente de metabolismo energético es la oxidación de ácidos grasos. Este es el proceso utilizado para impulsar actividades como la digestión y la reparación y el crecimiento celular, así como actividades de ejercicio de larga duración, como correr maratón o nadar. En lugar de utilizar glucosa o glucógeno como combustible, este proceso quema los ácidos grasos que se almacenan en el cuerpo y es capaz de producir hasta 100 moléculas de ATP por unidad de ácidos grasos. Si bien este es un proceso altamente eficiente y de alta energía, requiere grandes cantidades de oxígeno y solo ocurre después de 30 a 45 minutos de actividad de baja intensidad.