Приставка «макро» (macro переводится с греческого как «большой» или «далеко») подразумевает, что макронутриенты — это большие (на молекулярном уровне) питательные вещества, требующиеся организму в больших количествах. Они необходимы для осуществления всех жизненно важных функций в основном потому, что эти элементы — наше топливо (энергия), на котором работают все системы организма. И топливо это — углеводы, жиры и белки, то есть продукты, в которых они содержатся.

Три главных макронутриента в нашем рационе — белки, жиры (липиды) и углеводы — это три главных источника энергии для организма. И хотя многие клетки своим главным энергетическим ресурсом выбирают углеводы, жиры и белки также могут расщепляться для выработки энергии. Липиды распадаются на более простые и стабильные соединения (говоря научным языком, они катаболизируются) на необходимые нам полимеры, глицерол и жирные кислоты, которые затем используются в процессе клеточного дыхания. Белки также катаболизируются на аминокислоты, которые затем участвуют в процессе гликолиза, известного также как цикл Кребса, и обеспечивают нас энергией.

Цикл Кребса (также известный как цикл лимонной кислоты) — главный процесс в аэробном (с использованием кислорода) метаболизме. В целом этот цикл позволяет нашим клеткам получать энергию из глюкозы (так мы называем сахар). Углекислый газ, который мы выдыхаем, — это результат распада глюкозы, происходящего в фазе получения энергии в процессе аэробного дыхания клеток. Цикл Кребса был открыт в 1937 г. немецким химиком Хансом Адольфом Кребсом (1900–1981), который в 1953 г. за свое открытие был удостоен Нобелевской премии.

В основном для получения энергии организм сжигает углеводы, которые состоят из углерода, водорода и кислорода. По своему размеру молекулы этих макронутриентов меньше молекул жиров, из-за чего сжигать их проще, в то время как белки дают энергию только в том случае, если организм больше ничем не располагает. К тому же углеводы могут накапливаться в организме для будущего использования, и почти каждая система организма — от нервной системы и почек до мозга и мышц — нуждается в углеводах.

Глюкоза (сахар) — главный энергетический ресурс животных и растений, но способы его накопления различаются. Например, животные накапливают глюкозу в виде гликогена, представляющего собой длинные разветвленные цепи, состоящие из молекул глюкозы, а растения — в виде крахмала, образованного из длинных неразветвленных цепей.

Клетки мышечной ткани, из которой состоят наши мускулы, для сокращения используют разнообразные энергетические источники. Если энергия требуется срочно, они могут использовать молекулы уже накопленные в клетках (аденозинтрифосфат [АТФ] и креатинфосфат), запасы которых обычно исчерпываются примерно через 20 секунд физической активности. Затем мускулы обращаются к другим источникам — как правило, это гликоген, углевод, состоящий из цепочки молекул глюкозы. Именно гликоген и дает нам энергию для физических упражнений — от поднятия тяжестей до бега, — и производится он организмом из полученной пищи. В таблице, приведенной ниже, перечислены наши главные энергетические ресурсы и органы, в которых они накапливаются в организме.

Термин «аэробный» относится к организмам, которым для выживания требуется кислород; кислород жизненно необходим большинству живых существ. С помощью кислорода клетки нашего организма вырабатывают энергию для осуществления обмена веществ. При дыхании молекулярный кислород поступает в организм, преобразуется клетками и поддерживает в нас жизнь. Термин «анаэробный» относится к организмам, которым для существования кислород не нужен или требуется в маленьких количествах. Это определение подходит к бактериям, живущим в темных, бескислородных глубинах нашего тонкого кишечника, переваривающего пищу, чтобы организму было легче усваивать питательные вещества.

С точки зрения питания калория — это единица измерения энергии, выработанной в процессе поглощения и переваривания пищи. Полученная энергия не только позволяет нам выжить, но и возмещает потерянные молекулы и помогает нам бегать, прыгать, сидеть и делать все остальное. Но для получения калорий нужно есть продукты, способные высвободить тот вид энергии, который тело сможет использовать. В противном случае их нельзя считать в буквальном смысле слова «пищей».

Разные молекулы обладают разным запасом энергии, которую используют наши клетки. Ниже приведена таблица, где перечислены энергетические ресурсы и их энергетическая ценность для клеток, выраженная в килокалориях на грамм (ккал/г, килограмм-калория).

Если вы спросите определение калории у химика, то вам ответят, что это количество энергии (тепла), необходимое для нагрева 1 г (1 мл) воды на 1 °C. Диетолог использовал бы термин «килокалория» (ккал), чтобы измерить количество энергии, содержащейся в питательных веществах. В этом случае 1 ккал — это количество энергии, необходимой для нагрева 1 кг (1 л) воды на 1 °C. Например, если сжечь одно печенье с шоколадной крошкой, то высвободившегося тепла хватит для нагрева 1 л воды примерно до 300 °C. Но, если вы вдруг забыли вовремя вытащить печенье из духовки, не бойтесь, что она сгорит — она вряд ли способна превращать продукты в энергию так же эффективно, как лабораторное оборудование.

Калории и питательные вещества в продуктах — совершенно разные понятия; их содержание зависит от самого продукта. Например, овощи и фрукты содержат много питательных веществ (витаминов и минералов), но мало калорий, и наоборот, продукты, в которых присутствует большое количество сахара и жиров, например, пончик из местной пекарни, содержат мало питательных веществ и очень много калорий.