Energiebereitstellung

Energiebereitstellung beschreibt die Mobilisierung, den Transport sowie den Abbau energiereicher Substrate unter der Gewinnung von Adenosintriphosphat (ATP). Verschiedene Nahrungsbestandteile die mit der Nahrung aufgenommen werden, können im Rahmen des Stoffwechsels schrittweise in energieärmere Formen umgewandelt werden. Dabei wird Energie frei, welche der Körper zur Bildung von ATP nutzt. Adenosontriphosphat ist der universale Energieträger welche von jeder Zelle unseres Körpers zur Energiegewinnung synthetisiert werden kann.

Energieliefernde Nahrungsbestandteile

Zu den Energieträgen, die wir mit der Nahrung aufnehmen gehören Kohlenhydrate, Lipide und Proteine. Diese können nun entweder in Zellen gespeichert werden (anabole Situation) oder schrittweise in energieärmere Formen abgebaut werden (katabole Situation). Beim Abbau wird nun Energie frei, welche zum Aufbau von ATP genutzt wird, welches wiederum in der Atmungskette genutzt wird. Jeder Energieträge hat unterschiedliche Brennwerte. Der Brennwert gibt an, wie viel Energie beim Abbau einer Substanz frei wird.

Kohlenhydrate: Physiologischer Brennwert von 17,2 kJ/g
Lipide: Physiologischer Brennwert von 38,9 kJ/g
Proteine: Physiologischer Brennwert von 17,2 kJ/g

Das bedeutet, dass aus einem Teil Lipide mehr als doppelt so viel Energie liefert als ein Teil Kohlenhydrate oder Proteine.

Verschiedene Stoffwechselwege

Je nach Energieträge und je nach Vorhandensein oder Abwesenheit von ausreichend Sauerstoff können verschiedene Stoffwechselwege unterschieden werden. Am Ende der Verstoffwechslung entsteht immer Adenosintriphosphat. Je vollständiger der Abbau stattfindet, desto höher ist die Energieausbeute. Anaerobe Stoffwechsellagen bringen hier deutlich weniger ATP als aerobe.

Anaerobe Energiebereitstellung

Anaerob alaktazid

Benötigt keinen Sauerstoff
Ohne Entstehung von Laktat
Reicht nur für wenige Sekunden (bis max 30 sec)
ATP + H₂O → ADP + P + Energie
ADP + Kreatinphosphat ↔ ATP + Kreatin

Anaerob laktazid

Benötigt ebenfalls keinen Sauerstoff
Abbau von Glykogen mit Bildung von Lactat
Bei 95% Belastung ca. 20-40 sec
1 Glykogen ↔ 2ATP + Laktat

Aerobe Energiebereitstellung

Aerob glykolytisch

Benötigt Sauerstoff und nützt Kohlenhydrate
Schneller als Fettstoffwechsel, langsamer als anaerober Stoffwechsel
Nutzung von Glykogen/Glukose sowie Lactat und Pyruvat
Ca. 60-90min maximal
Kohlenhydrat + Sauerstoff → Wasser + Kohlendioxid + Energie
1 Mol Glukose bringt ca. 34 Mol ATP

Aerob lipolytisch

Mittels ß-Oxidation
Benötigt Sauerstoff und nützt Fettsäuren
Fett + Sauerstoff → Wasser + Kohlendioxid + Energie
1Mol FFS ergibt ca. 130 Mol ATP
Langsamste Form der Energiebereitstellung

Unterscheidung nach Belastung

Unterschiedliche Belastungsformen haben verschiedene Anforderungen an die Energiebereitstellung. So unterscheiden sich vor allem die Anteile der verschiedenen Stoffwechsellagen je nach Belastung. Bei Ausdauerbelastungen kann aufgrund der niedrigeren Intensität als bei Schnelligkeitsbezogenen Belastungen (z.B. 100m Sprint) in höheren Anteilen auf eine aerobe Energiebereitstellung zurückgegriffen werden und umgekehrt.

Energiespeicherung

Wird dem Körper mehr Energie zugeführt, als er verbrauchen kann, so legt er Energiespeicher an. Dies geschieht zuerst in Form von Glykogen, und in weiterer Folge als Triacyglycerine (TAGs) im Fettgewebe. Diese TAGs werden im Fetttgewebe gespeichert und Stellen mit Abstand den größten Energiespeicher des Körpers da. Glykogen wird in der Leber sowie im Muskelgewebe gespeichert.

Etwa 1/3 der Glykogenspeicher liegen in der Leber. Sie dienen dazu, den Blutzuckerspiegel während Nahrungskarenz aufrecht zu halten und sind nach ca. 12-24h aufgebraucht. Die restlichen 2/3 des Glykogenspeichers liegen direkt in der Muskulatur vor ohne dienen hauptsächlich dem Eigenbedarf des Muskels.

Jede Zelle besitz zusätzlich einen gewissen Vorrat an ATP welcher jedoch, wenn nicht ständig resynthetisiert, nach wenigen Sekunden bis Minuten aufgebraucht wäre.

Quellen

Behrends et al.: Duale Reihe Physiologie. 1. Auflage Thieme 2009, ISBN: 978-3-131-38411-9.

Wonisch, M., Hofmann, P., Förster, H., Hörtnagl, H., Ledl-Kurkowski, E., & Pokan, R. (2017). Kompendium der Sportmedizin – Physiologie, Innere Medizin und Pädiatrie. In Journal of Chemical Information and Modeling (Vol. 53, Issue 9)

Abbildungen

Energiestoffwechsel