Bí ẩn của mỡ - Tại sao cơ thể chọn mỡ làm kho lương chứ không phải glycogen

Bạn đã bao giờ từng thắc mắc tại sao cơ thể chúng ta lại "cuồng" việc tích mỡ đến vậy? Cứ ăn vào dư một tí là "bé mỡ" trong cơ thể lại tăng lên. Trong khi thực ra cơ thể có thể dự trữ năng lượng dưới dạng Glycogen (một dạng carbohydrate có thể chứa 50,000 phân tử glucose, được dự trữ ở gan và cơ). Vậy tại sao cơ thể không chọn tích trữ toàn bộ năng lượng dưới dạng glycogen cho săn chắc, mà lại cứ nằng nặc nhét chúng vào các tế bào mỡ?

Câu trả lời nằm ở một bài toán sinh lý học và tiến hóa cực kỳ xuất sắc. Khi tính toán ra chúng ta sẽ thấy tiến hóa đã cực kỳ "kinh tế" trong việc chọn lựa phương thức dự trữ năng lượng

Bài toán không gian và năng lượng: Mỡ nhỏ hơn và mạnh hơn

Sự thật là mỡ sẽ cung cấp nhiều năng lượng hơn so với carbohydrate. 1 gram chất béo sẽ cung cấp 9 kcal, trong khi 1 gram carbohydrate sẽ chỉ cung cấp được 4 kcal - chưa bằng một nửa so với chất béo. Nhưng nếu chúng ta nhìn sâu hơn khi 1 phân tử glycogen và mỡ được "đốt", tế bào sẽ nhận được bao nhiêu "đơn vị năng lượng ATP", lúc này câu chuyện sẽ thú vị hơn rất nhiều.

Hình minh họa cấu trúc một phân tử Glycogen chứa 30000 đơn vị phân tử glucose

Một phân tử glycogen khổng lồ bao gồm khoảng 50000 đơn vị glucose. Mỗi phân tử glucose tạo ra 32-36 ATP sau quá trình hô hấp ở ty thể. Suy ra, một phân tử glycogen cung cấp khoảng 1.8 TRIỆU ATP.

Còn một phân tử mỡ như Triglyceride sẽ gồm 3 acid béo. Mỗi acid béo sẽ tạo ra được 147 ATP, tổng cộng ta có 441 ATP cho một phân tử mỡ.

441 so với 1.8 triệu. Nghe có vẻ chênh lệch quá mức. Vậy tại sao cơ thể lại ưa chọn mỡ để dự trữ năng lượng thế?

Chúng ta hãy nhìn vào bài toán kích thước.

Một phân tử mỡ có kích thước siêu nhỏ, chỉ khoảng 1.5-2 nm với thể tích 1-2 nm³. Trong khi đó, 1 phân tử glycogen sẽ có đường kính khoảng 42 nm và thể tích lên tới 38000nm³. (1 nm³ = 10⁻²⁷ m³)

Nếu chúng ta nhét đầy không gian 38000nm³ bằng mỡ thay vì glycogen, số ATP có thể sinh ra sẽ là 8.4 x 10⁶ ATP! Gấp hơn 4.5 lần so với glycogen.

Và không chỉ thế, dự trữ glycogen sẽ có thêm một phiền toái khác: Nó quá thích nước.

Glycogen là một phân tử ngậm nước cực mạnh. Để lưu trữ 1g glycogen, cơ thể phải giữ lại 3g nước. Còn mỡ thì không ưa nước, dự trữ trong cơ thể sẽ chỉ là những hạt mỡ khô ráo thôi.

Xét về khối lượng, 1 poung (454g) mỡ dự trữ tới 4100kcal, đủ năng lượng cho bạn hoạt động trong gần 2 ngày. Trong khi đó, 1pound glycogen ngậm nước chỉ chứa vỏn vẹn 680kcal.

Hãy lấy ví dụ một người đàn ông nặng 75kg với cơ thể săn chắc và tỷ lệ mỡ cơ thể thấp. Cơ thể anh ta vẫn mang trong mình hơn 100000 kcal dưới dạng mỡ để dự trữ năng lượng (khoảng 11kg mỡ).

Nếu ngày xưa lúc tiến hóa, cơ thể chọn lưu trữ số năng lượng khổng lồ này dưới dạng glycogen thay vì mỡ, người đàn ông này sẽ phải vác thêm từ 40 đến 60 kg (bởi vì glycogen dự trữ năng lượng ít hơn và do trọng lượng của nước đi kèm). Hãy tưởng tượng tổ tiên chúng ta phải xách thêm hai chiếc vali nặng trĩu đầy nước khi săn bắt hái lượm trên thảo nguyên hoang dã đầy thú săn mồi xung quanh. Chắc chắn tổ tiên sẽ không thể sinh tồn và có khi cũng chả có chúng ta đang ngồi nghịch máy tính hôm nay.

Đó là lý do mỡ trở thành "người bạn tri kỷ" vĩ đại nhất của loài người qua hàng triệu năm tiến hóa. Nhẹ, nhỏ gọn, và cực kỳ giàu năng lượng.

Nguồn:

McArdle, W. ∙ Katch, F.K.V. Essentials of exercise physiology. Lippincott Williams & Wilkins, 2000