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Bei sportlicher Belastung steigt unser Energiebedarf. ATP (Adenosin-Triphosphat) ist dabei die einzige Energiequelle, die direkt für Muskelkontraktionen (und auch alle anderen Energie benötigenden Prozesse in unserem Körper) genutzt werden kann. Die Ruhekonzentration von ATP in der Muskulatur ist jedoch sehr gering und nur für wenige Sekunden intensiver Belastung ausreichend. Weil eine Erschöpfung des intrazellulären ATP fatal für die Zelle wäre, muss die ATP-Konzentration durch die Resynthese von ATP aus anderweitigen Quellen aufrechterhalten werden.
Sinkt die ATP-Konzentration im Muskel, beginnt der Abbau von Kreatinphosphat (KP). Die intramuskuläre KP-Konzentration ist um ein drei- bis vierfaches höher als die ATP-Konzentration und steht direkt mit Aufnahme einer sportlichen Belastung zur ATP-Resynthese zur Verfügung. Dieser Prozess erfolgt anaerob (d.h. ohne Sauerstoff, O2) kann schnell ATP und somit Energie für folgende Muskelkontraktionen liefern. Jedoch ist auch die KP-Konzentration im Muskel begrenzt und gerade einmal für zehn bis 20 Sekunden intensiver Belastung ausreichend. Sofern aber weitere Energiequellen vom Muskel genutzt werden können, kann KP zeitgleich aus anderen Substraten resynthetisiert werden und somit wieder Energie für zukünftige Muskelaktionen liefern. Durch eine Kreatinsupplementation ließe sich der intramuskuläre KP-Speicher sogar steigern und dadurch mögliche positive Effekte auf die sportliche Leistungsfähigkeit erzielen (ein interessantes Thema für einen zukünftigen Beitrag).
Fette und Kohlenhydrate sind die wichtigsten weiteren Nährstoffe, die unser Körper als Energiequelle zur Muskelkontraktion nutzen kann. Bei submaximaler Belastung dient meistens eine Mischung beider Substrate der Energiegewinnung, je nach Intensität und Dauer der Belastung in unterschiedlichen prozentualen Anteilen. Während Fette auf das Gramm gesehen zwar mehr als doppelt so viel Energie wie Kohlenhydrate (ca. 9,4 kcal pro g VS. ca. 4,2 kcal pro g) liefern und vor allem bei andauernden Belastungen geringer bis moderater Intensität dominant sind, können Kohlenhydrate uns bei Belastungen mit moderater bis hoher Intensität schneller mit Energie versorgen.
Fette sind im Organismus hauptsächlich in Form von Triglyceriden im weißen Fettgewebe gespeichert. Ein Triglycerid besteht aus einem Glycerinmolekül und drei Fettsäuren. Um aus den Triglyceriden Energie in Form von ATP gewinnen zu können, müssen sogenannte Lipasen (fettspaltende Enzyme) zunächst bewirken, dass das Glycerin und die drei Fettsäuren voneinander getrennt werden (Prozess der Lipolyse). Die Fettsäuren werden dann aus dem Fettgewebe über das Blut zum Muskel transportiert und können vom Muskel aufgenommen werden. Aber auch die Skelettmuskulatur kann Triglyceride speichern. Wie die Triglyceride aus dem Fettgewebe werden diese zu ihren einzelnen Bestandeilen gespalten, mit dem Unterschied, dass diese direkt in der Muskulatur dem Energiestoffwechsel zur Verfügung stehen. In der Muskelzelle werden die Fettsäuren zu den Mitochondrien transportiert, wo sie zunächst den Prozess der Beta-Oxidation durchlaufen, aus welchem Acetyl-CoA (Acetyl- Coenzym A) gewonnen wird. Anschließend führt dessen Verstoffwechselung im Krebyzyklus (Zitratsäure-Zyklus) durch eine Serie von Reaktionen zum Gewinn von ATP, welches unserer Muskulatur als Energiequelle dient.
Genau wie die Fette können auch Kohlenhydrate intra- und extramuskulär (in der Leber) vom Organismus gespeichert werden. Die Speicherform der Kohlenhydrate ist das sogenannte Glykogen, welches wie Stärke aus vielen Glukosemolekülen besteht. Der Prozess der Glykolyse spaltet das Glykogen zu den einzelnen Glukosemolekülen und kann sowohl aerob (mit O2) als auch anaerob (ohne O2) stattfinden. Die aus dem Leberglykogen gewonnene Glukose wird bei Bedarf über das Blut zum Zielmuskel transportiert und von bestimmten Transportproteinen in den Muskel geschleust, während das Muskelglykogen in der Muskelzelle selber zu Glukose gespalten wird. Die anaerobe Glykolyse findet dabei im Sarkoplasma (dem Zellplasma der Muskelzelle) statt und führt über eine Folge von Schritten letzlich zum Gewinn von ATP und einer Formation von Pyruvat und Laktat. Dieses Pyruvat kann auch dem aeroben Stoffwechsel unterzogen und in das Mitochondrium transportiert werden, wo es zu Acetyl-CoA umgewandelt werden kann, welches wie die Fettsäuren für die Generierung von ATP den Krebszyklus durchlaufen kann.
Auch Aminosäuren (die Einzelbestandteile der Proteine) können zur ATP-Resynthese beitragen. Weder im Ruhezustand noch bei körperlicher Belastung ist der Anteil der aus Aminosäuren genutzen Energie jedoch größer als 15% (in Ruhe; bei Belastung maximal fünf bis zehn Prozent). Die Konzentration an freien Aminosäuren im Körper ist nämlich im Vergleich zu den größeren Speichern von Kohlenhydraten und Fetten sehr gering, sodass eben letztere insbesondere bei sportlicher Belastung vom Körper zur Energiegewinnung bevorzugt werden.
Literatur
Jeukendrup, A. & Gleeson, M. (2024). Sport Nutrition (Fourth Edition). Human Kinetics.
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