Vorlesung: Energiestoffwechsel

• für alle Prozesse braucht man Energie

  • Biosynthese

  • Aktiver Transport

  • Muskelkontraktion

  • 100m Sprint

• Grundprinzip:

  • Energiebereitstellung durch Oxidation von Brennstoffmolekühlen

  • Nährstoffe werden verbrannt

  • CO2 + H2O entsteht = Energiearme Verbindung

  • Energiereiches ATP wird abgebaut zu ADP+P

  • ATP leitet Prozesse

ATP = Adenin-Tri-Phosphat:

3 Komponenten:

• Base: Adenin

• Ribose: 5fach Zucker

• 3 Phosphatgruppen

  • Abspaltung der Phosphate erzeugt Energie

  • ca. 30 kj/mol ATP bei einer Abspaltung

  • Es entsteht: ADP + Phosphat+ Energie

• Joule= Energieeinheit

• Mol= Stoffmenge (Einheit für ATP)

Energiestoffwechsel = Resynthese (Neubildung) aus ADP und freien Phosphathgruppen

3 Mögliche Resynthese Wege:

1. Aus Kreatinohosphat = anaerob alaktazid Resynthese

   • Sauerstoff und Laktat spielt keine Rolle

2. via anaerobe Glycolyse = anaerobe laktazide Resythese

   • kein Sauerstoff

   • Zucker gespalten und Milchsäure produziert

3. über aerobe Oxidation = aerobe Resynthese

   • Verbrennungsprozesse

• Nahrungsergänungsmittel

• Gespeichertes Kreatin in Muskulatur: 15-20 mmmol/kg

• Kreatin verbunden mit Phosphat ist Äquivalent des ATP

• Gewinnung von ATP:

  • Kreatinphosphat + ADP + H

  • Phosphat wird abgespalten und an ADP gegeben

  • Wasserstoff wird entzogen aus Zelle

  • Es entsteht: Kreatin + ATP

  • Enzym Kreatinkynase löst diese Reaktion aus

  • 5mm/kg ATP in Muskelzelle

• 6-8 maximale Kontraktionen möglich durch diese Verbindung

• hochintensive kurze Belastung

• Kreatinphosphat als indirekter Energielieferanten:

  • Phosphat muss sich erst abspalten um zu ATP zu werden

• Messung des Enzyms um Regenerationsprozesse zu fördern

  • 0= Ruhephase: 20mm/kg in Muskulatur

  • Maximaler Verbrauch von ATP

  • Konstanter ATP Verbrauch für 5-6 Sekunden

  • ATP wird dauerhaft durch Kreatin Neugebildet

  • Belastung kann nicht mehr aufrecht erhalten werden wenn ATP unter einen Wert von 4mmmol/kg sinkt

  • Kontraktion nicht mehr möglich

  • Speicher nach einigen Sekunden erschöpft

  • Je höher die Ausgangsmenge von Kerstin desto höher ist die Grenze wo ATP einknickt und die Kraft nachlässt

    • deshalb nehmen viele Kreatin ein

  • Problem: Kreatin bindet Wasser:

    • Wassereinlagerungen bei den Sportlern

    • Mehr Masse

    • höherer Energieverbrauch

    • Verletzungsrisiko größer

      Lohmann

Grundlage: Kohlenhydrate die Glycosw in Sekelttmuskulatur liefern

1. Schritt: investieren

   • 2 ATP wird bereitgestellt

2. Schritt: Zerlegen in 2 Teile

   • 2 ATP werden aufgespalten zu 2 ADP + P = Bereitstellung Energie

3. Schritt: Elektronen speichern:

   • 2 ADP+ P wird weiter abgebaut zu 2 NAD+

   • 2 NAD+ nimmt geladenen Wasserstoff auf und wird zu 2 NAD + H+

4. Schritt: ATP gewinnen:

   • erneute Veränderungen erzeugen 4 ADP+ P die zusammengesackt werden zu 4 ATP

5. Schritt: Endprodukt

   • 2 Pyruvat: Brenztraubensäure

• 1 Molekühl Glycose ergibt 2 ATP

• Besonderheit:

  • Reaktion läuft nur so lange wie freie Wasserstofftransporteure (NAD+) da sind

  • Umbau zu NADH + H+ nicht mehr möglich

  • Folge: kein ATP Gewinnung

• Lösung:

  • Brentztraubensäure wird zu Laktat

  • Abspaltung der zwei Hs aus NADH + H+ = Laktatdehydrogenase ( Enzym das diesen Prozess steuert)

  • Freies NAD kann wieder verbunden werden um ATP zu produzieren

Laktatbildung:

• Übersäuerung der Muskelzelle von innen heraus wenn immer mehr laktakt produziert wird

• Schutzmechanismus:

  • Enzym wird bei dem ersten Schritt reduziert

  • Je größer der Säurewert desto mehr wird das Enzym gehemmt

• Säure wird angeben in Nachbarzellen oder ins Blut

• Messung Blut: >20mmmol/l Blut bei maximaler Belastung

  • über das Ohrläppchen

• In Ruhe: Glycolyse läuft auf Sparflamme

• +- 1mmmol/ l Blut im Ruhezustand

• Kurze maximale Leistungen, die nicht mehr alleine durch Kreatinphosphat erbracht werden können (Mittelstreckenläufe)

1. Messung

2 Minuten hochintensive Belastung:

• Anstieg Laktatwerte sehr schnell in Muskelzelle

• Verzögert steigt es auch im Blut an

  • werte nicht so hoch weil sie sich verteilen

• Laktat im Muskel sinkt aber im Blut steigt sie

• Konzentration nimmt langsam ab

• Blutlaktat spiegelt relativ das Muskellaktat wieder, etwas verzögert

• Abbau Laktat im Blut dauert sehr lange

1. Messung

• Je nach Strecke Sauerstoff unterschiedlich

  • 100 m Lauf 95% anaerob

  • 5000m Lauf aerob

• Laktatwerte trotzdem gleich

• Belastung bei Messung wichtig

• Gleiche Laktatwerte trotz unterschiedlicher Energiegewinnung

100 m Lauf = 15mmmol/l

200m Lauf = 20 mmmol/l

400 m Lauf = 23 mmmol/l

800m Lauf = 20 mmmol/l

1500 m Lauf = 20 mmmol/l

5000 m Lauf = 15mmmol/l

10000 m Lauf = 10 mmmol/ l

Laktatabbau:

• nach 4 Minuten Belastung

• passive Erholung: keine Bewegung

  • Eliminationshalbwertszeit: 15 Minuten nach der Hälfte

    • nach 15 Minuten hat man die Hälfte des Laktakts abgebaut

  • Abbau in Herz & Skelettmuskel & Leber

• Aktives Erholen: in leichter Bewegung bleiben

  • beschleunigt Abbau

  • Nach 5 Minuten wird Laktat Halbiert

  • Nach 25-30 Minuten Laktat Ausgangswert erreicht

• Verbrennung von Sauerstoff

• Anaerobe Engergiebereitstellungen zeitlich limitiert

• Oxidationsprozesse: wichtig für längere Belastung

  • Oxidation = Elektronenabgabe

• Vorraussetzungen:

  • Sauerstoffangebot durch Lunge und Herzkreislauf

  • Nährstoffe die verbrannt werden können (Pyruvat, Fette, Eiweiße)

Keratin und Glycose Prozesse finden in Skelettmuskelzelle statt

• Oxidation in Mitochondiren

• Pyruvat spaltet CO2 & H+ ab und wird zu Acetyl-CoA ( Essigsäure)

• Altivierte Essigsäure wird in den Zitratzyklus eingefügt

Im Mitochondrien: Zitratzyklus/ Keebszyklus

1. Acetyl-CoA wird an vier Kohlenstoff Moleküle gebunden

2. Entstehung: 6 Kohlenstoff Moleküle (Zitrat)

3. Abspaltung eines Kohlenstoffmolekühls: 5 übrige Kohlenstoff Molekülen

4. Erneute Abspaltung: 4 Kohlenstoff Moleküle

5. Umbau zur anfangs 4er Form lässt Energie frei

6. Es entsteht GTP und Elektronen werden gespeichert

Fazit:

• 1 Glucose bildet 2 Pyruvat

• 2 Pyruvat durchlaufen Kreislauf

• Es entstehen 2 GTP / ATP, 4CO2 & viele Reduktionsäquivalente (Wasserstofftransporteure) NADH

• Abgabe von CO2

Atmungskette:

• große Mengen von ATP werden gebildet durch Elektronen

• Letzte Station der aeroben Energiegewinnung

• Abfolge von Veränderung der energetischen Substanzen

• Verlangsamte Knallgasreaktion:

  • Wasserstoff (NAD+ H+) reagiert mit Sauerstoff

  • Entstehung von Wasser und viel Energie

  • Reaktion wird ganz klein heruntergebrochen um Mitochondrien zu schützen

• Pro Mol Glucose entstehen 28 ATP