Thema: Mechanismen der Energiebereitstellung

Institut für Sportwissenschaft
HS: Neuere Erkenntnisse zum Training der konditionellen Fähigkeiten
Dozent: PD Dr. Theodor Stemper
Datum: Mi 6.11.2002
WS 2002/03
Referenten: Jochen Diller, Anke Totzauer
Mechanismen der Energiebereitstellung
Thema:
1.
Einführung
Filmausschnitt: Quarks & Co extra: Laufwunder Mensch
vom 6.10.2002
2.
Querbrückenzyklus: Mechanismus der Energiebereitstellung beim Abbau
von ATP im Muskel
3.
ATP-Resynthesewege (Anke Totzauer)
•
•
•
•
4.
anaerob-alaktazider Prozess
anaerob-laktazider Prozess
aerober Prozess (oxidativer Glykogenabbau)
aerober Prozess (oxidativer Fettabbau)
Energiebereitstellung aus Proteinen (Einweißen) (Jochen Diller)
5.
Enzyme im Energiestoffwechsel (Jochen Diller)
5.1
Allgemeines
5.2
Schlüsselenzyme
5.2.1
Myosin-ATP-ase
5.2.2
Die Kreatinkinase
5.2.3
Die Phosphofruktokinase (PFK)
5.2.4
Die Zitratsynthetase (CS)
5.2
Die Bedeutsamkeit der Enzymaktivität für das Training
6.
Coenzyme (Jochen Diller)
7.
Die Substrate im Energiestoffwechsel (Jochen Diller)
8.
Energetische Anforderung – energetische Absicherung (Jochen Diller)
3. ATP-Resynthese
Die primäre Energiebereitstellung für die Kontraktion von Muskelfasern wird durch den Abbau von ATP zu ADP geleistet. Dabei wird Bindungsenergie frei, die in den Muskel fließt.
Das Prinzip ist ähnlich einer Batterie. Durch chemische Reaktionen kommt es zum Fluss von
Elektronen.
Der Wirkungsgrad beträgt ca. 25%, d. h. 75% der gewonnenen Energie werden in Wärmeenergie umgewandelt.
Die lokal vorrätige ATP-Menge im Muskel reicht jedoch nur für etwa 2 s aus.
Alle anderen energieliefernden Prozesse können nicht direkt zur Energiebereitstellung genutzt
werden. Dauern Muskelkontraktionen länger als 2s oder erfolgen sie öfter hintereinander,
dann muss die Resynthese (Wiederaufbau) von ATP aus ADP durch den Abbau von Kohlenhydraten und Fetten erfolgen. Dies bezeichnet man als sekundäre Energiebereitstellung. Welche Energiebereitstellung dominiert hängt von der Intensität und der Dauer der Belastung ab.
Abb. 1: Zentrale Rolle des Adenosintriphosphats (ATP) im Energiestoffwechsel
der Muskelzelle (Zintl 2001, 51)
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Abb. 2: Vereinfachte Darstellung der Energienachschub-Reaktionen für die ATPResynthese (Zintl 2001, 52)
Als zeitlich erster Mechanismus der sekundären Energiebereitstellung setzt die Spaltung von
Kreatinphosphat ein, das in der Muskulatur gespeichert ist und etwa für 10 s ausreicht Der
Kreatinphosphatabbau verläuft ohne Laktatbildung und ohne Sauerstoff, weshalb diese Form
der Energiebereitstellung anaerob-alaktazid genannt wird. Typische Bewegungsformen beim
Fußball, bei denen diese Art der Energiebereitstellung dominiert, sind z.B. Antritte, kurze
Sprints, Schüsse, Sprünge oder Tacklings.
Wird durch hochintensive Belastung das Kreatinphosphat ausgeschöpft, dann wird die erforderliche Energie, durch die weiterhin anaerobe Spaltung von Glykogen, die sogenannte anaerobe Glykolyse gewonnen. Dabei wird Glykogen zu Pyruvat abgebaut. Das Pyruvat wird zu
Laktat hydriert und nimmt dabei Wasserstoffionen auf. Die Höhe des Laktatspiegels gibt
Auskunft über den Grad der Übersäuerung der Muskulatur. Laktat geht ins Blut über und
kann in der Leber wieder zu Pyruvat aufgebaut werden . In der Leber sind ca. 75-100g Glykogen speicherbar, im Muskel ca. 350g.
Die anaerobe Glykolyse wird durch das Schlüsselenzym Phosphofructokinase aufrechterhalten. Pro Mol Glukose können 2 mol energiereiches Kreatinphosphat wiederhergestellt werden, das wiederum zur Gewinnung von ATP dient. ATP selbst lässt sich kaum speichern. Da
ATP meist aus Kreatinphosphat nachge-liefert wird, ist eine kontinuierliche Auffüllung der
sich leerenden Kreatinspeicher notwendig.
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Bei zu hohen Laktatkonzentrationen wird das Schlüsselenzym Phosphofructokinase gehemmt
und dadurch unweigerlich der Abbruch der Bewegung herbeigeführt. Die anaerobe Glykolyse
erreicht ihren Höhepunkt nach etwa 45 s und dominiert die Energiebereitstellung bis etwa 2
min., bevor die aeroben Prozesse überwiegen und die Leistung deutlich nachlässt.
Überwiegen anaerob-laktazide Energiebereitstellung hat man beim Fußball z.B. bei langen
maximalen Sprints über das gesamte Spielfeld oder mehreren maximalen kurzen Sprints nach
kurzer Pause.
Anaerobe Reaktionen finden im Zytoplasma statt, während aerobe in den Mitochondrien stattfinden.
Bei Belastungen von mehr als 2 min bis ca.30 min (Untrainierte) bzw. 60 -100 min (Trainierte/Hochtrainierte) dominiert die aerobe Glykolyse. Dabei wird Glukose über das Pyruvat
(C3-Atom) durch Abspaltung von CO 2 zu Essigsäure (C2-Atom) abgebaut, dann durch Coenzym A ( CoA) zu Acetyl-CoA aktiviert wird. Acetyl-CoA ist ein sogenannter Katalysator.
Katalysatoren beschleunigen chemische Reaktionen ohne mit den beteiligten Stoffen zu reagieren.
Acetyl-CoA reagiert mit Oxalessigsäure (C4-Atom) zu Zitronensäure (C6-Atom). Diese wird
im sogenannten Citratzyklus durch Abspaltung von H + und CO 2 wieder zu Oxalessigsäure
abgebaut. Dabei reagieren die abgespaltenen Wasserstoffionen mit dem Blutsauerstoff (Atmungskette) zu Wasser (Schwitzen). Bei dieser Reaktion wird viel Energie frei, die zur Resynthese von Kreatinphosphat dient, welches wiederum ATP aufbaut. Die Reaktion von Wasserstoff mit Sauerstoff nennt man Knallgasreaktion. Das entstandene CO 2 geht ins Blut über
und wird über die Lungen ausgeatmet.
Die aerobe Glykolyse ist zwar mit einer deutlich geringeren Energieflussrate (Bereitstellungsgeschwindigkeit), dafür aber mit einer besseren Energie-ausnutzung verbunden: Durch den
vollständigen aeroben Abbau von 1mol Glukose zu Kohlendioxid und Wasser können 36 mol
Kreatinphosphat wiederhergestellt werden, die ihrerseits 36 mol ATP resynthetisieren.
Bei anschließen reduzierter oder bereits von Beginn an niedrig intensiver Belastung werden
die Glykogenspeicher geschont und die Energie über die aerobe Oxidation von Triglyzeriden
(körpereigene Speicherform von Fett) zu Glyzerin und 3 freien Fettsäuren bereitgestellt. Dabei werden die freien Fettsäuren durch die ß-Oxidation in C2-Atome gespalten welche zu
Acetyl-CoA aktiviert werden, das dann wiederum in den Zitratzyklus geschleußt wird. Dabei
entstehen aus 1 mol Triglyzeriden ca. 130 mol ATP (hängt von der Länge der Fettsären ab,
wieviel ATP entsteht).Fette können nur oxidativ abgebaut werden und stellen einen nahezu
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unerschöpflichen Energiespeicher dar. Die Energieflussrate ist nochmals deutlich geringer als
bei der aeroben Glykolyse und liegt bei 0,4 mmol/min.
Eiweiße werden nur bei extremen Ausdauerbelastungen zur Energiebereitstellung genutzt.
(HOHMANN/LAHMES/LETZELTER 2002,52,55 )
Abb. 3: Energetische Flussraten bei verschiedenen Formen der Energiebereitstellung
(Zintl 2001, 56)
4. Energiebereitstellung aus Proteinen (Einweißen)
In den meisten Fällen spielen die Proteine beim Energiestoffwechsel nur eine untergeordnete
Rolle und unter Ruhebedingungen liegt ihr Anteil an der Energiebereitstellung beispielsweise
bei etwa 2 Prozent. Bei langandauernder körperlicher Belastung oder beim Fasten kann der
Anteil an der Energiebereitstellung auf 5 – 10 Prozent steigen (Rost, 2001).
Unter solchen Bedingungen werden dann die Aminosäuren, die die Grundbausteine der Eiweiße sind, zu Pyruvat, Acetyl-CoA bzw. zu passenden Bruchstücken abgebaut und in den
Zitronensäurezyklus eingeschleust. Auch die Aminosäuren können nur oxydadtiv abgebaut
werden (Badtke, 1999).
In der Phase der Nachbelastung können die Aminosäuren über die Zwischenstation Pyruvat
oder Acetyl-CoA in Glykogen umgebaut werden. Dieser Vorgang wird, wie auch bei der Synthese aus Fetten, Glukoneogenese genannt (Badtke, 1999).
Werden Aminosäuren allerdings zur Energiebereitstellung verwertet, so gehen sie möglicherweise als Grundbausteine für Strukturproteine, Enzyme und Immunglobuline verloren, was
sowohl zu einer verzögerten Regeneration als auch zu gesundheitlichen Schädigungen wie
einer erhöhten Infektanfälligkeit führt (Rost, 2001).
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Deshalb ist in Phasen von hohen, langandauernden Belastungen auf eine verstärkte Proteinzufuhr zu achten, die allerdings auch dann nicht mehr als 2,0 g/kg Körpergewicht überschreiten
sollte (Rost, 2001).
Beim Abbau und Umbau der Aminosäuren entsteht das für das Zentralnervensystem toxische
Ammoniak. Eine vermehrte NH3-Bildung führt deshalb zu der sogenannten zentralen Ermüdung, die sich durch eine Abnahme der Leistungsbereitschaft und Leistungsfähigkeit äußert
(Rost, 2001).
Das Ammoniak wird vor allem in der Leber mit CO2 zu harmlosen Harnstoff umgewandelt,
der dann im Blut zur Niere transportiert wird und im Urin ausgeschieden wird (Rost, 2001).
Abb. 4: Aus dem Ammoniak aus zwei Aminosäuren und Kohlendioxid entsteht Harnstoff (Aus: Kleinert & Ruppert & Stratil, 1997)
Ein chronisch erhöhter Harnstoffwert im Blut wird übrigens mit der Entstehung einer Übertrainingssymptomatik in Verbindung gebracht.
5. Enzyme im Energiestoffwechsel
5.1 Allgemeines
Eine der fundamentalen Voraussetzungen des Lebens ist die Reaktionsträgheit fast aller biologisch bedeutsamer Moleküle, da diese dem Organismus Stabilität verleiht (Kleinert & Ruppert & Stratil, 1997).
Für Funktionen wie Wachstum und Vermehrung oder Bewegung müssen aber auch in jeder
Zelle vielfältige Reaktionen in Sekundenschnelle ablaufen. Die Reaktionsträgheit wird in biologischen Systemen deshalb durch Enzyme überwunden.
Jeder Umwandlungsschritt sowie seine Schnelligkeit und sein Umfang bei der Substratverwertung im Energiestoffwechsel wird durch die Enzyme, die auch Biokatalysatoren genannt
werden, ermöglicht (Badtke, 1999).
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Enzyme sind Proteine deren Aminosäurenkette eine muldenartige Vertiefung aufweisen – das
aktive Zentrum – in die das Substrat hineinpasst wie ein Schlüssel zum Schloss.
Die folgende Abbildung zeigt die Raumstruktur eines Enzyms mit und ohne angelagerten
Substrat.
Abb. 5: Die Raumstruktur von Lysozym a) ohne Substrat und b) mit Substrat (Aus:
Kleinert & Ruppert & Stratil, 1997 )
Die enzymatisch katalysierten Reaktionen laufen alle nach einem einheitlichen Grundschema
ab, dessen einzelne Phasen mit der folgenden Abbildung kurz erläutert werden sollen.
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Abb. 6: Phasen einer enzymatisch katalysierten Reaktion; Erläuterungen im Text (Aus:
Kleinert & Ruppert & Stratil, 1997)
In der Phase 1 muss sich das Substrat an das aktive Zentrum des Enzymmoleküls anlagern.
In der Phase 2 befindet sich das Substrat in größtmöglichster Reaktionsbereitschaft: dem aktivierten Übergangsbereich.
In der Phase 3 hat die chemische Reaktion bereits stattgefunden und das Substrat hat sich so
verändert, dass es nun nicht mehr ins aktive Zentrum passt.
Deshalb löst es sich in der Phase 4 ab. Das Enzymmolekül bleibt hingegen unverändert und
steht für die nächste Reaktion zur Verfügung.
Enzyme haben unterschiedliche chemische Strukturen. Besonders wichtig zu nennen für den
Komplex der Energiebereitstellung ist hier einmal, dass eine Reihe von Enzymen einen Aktivator, wie zum Beispiel Ca++, benötigt, um wirksam zu werden. Andere Enzyme können nur
in Verbindung mit einem Coenzym aktiv werden (Badtke, 1999).
Die Aktivität der Enzyme kann stimuliert oder gehemmt werden, wobei die Aktivität eines
Enzyms von folgenden Faktoren bestimmt wird, durch (Rost 2001; Badtke, 1999):
•
ihre Konzentration, d.h., dass die Enzymaktivität um so größer ist, je mehr Enzym
vorhanden ist
8
•
der Wasserstoffionenkonzentration des Reaktionsorts, da jedes Enzym bei einem bestimmten PH-Wert seine optimale Aktivität hat
•
der Temperatur am Reaktionsort, da jedes Enzym bei einer bestimmten Temperatur
seine optimale Wirksamkeit entfaltet
•
die Konzentration der Reaktionspartner, da bei einem Mangel an Substart das Enzym
nicht in vollem Umfang wirksam werden kann.
Gehemmt wird ein Enzym nicht nur durch ein ungünstige Temperatur oder einen ungünstigen
pH-Wert sowie unzureichend vorhandenes Substrat, sondern auch durch dem Reaktionspartner ähnliche Verbindungen, die das Enzym besetzen und blockieren können (Badtke, 1999).
Durch die Messung von Schlüsselenzymen kann berechnet werden, welche Aktivität andere
Enzyme dieses Stoffwechselganges haben müssen (Badtke, 1999). Im Folgenden sollen die
aus sportmedizinsicher Sicht für die Energiebereitstellung wichtigsten Enzyme näher vorgestellt werden und einige der für das sportliche Training bedeutsamen Erkenntnisse kurz dargestellt werden. Zuvor soll noch einmal darauf hingewiesen werden, dass sich die Enzyme des
anaeroben Energiestoffwechsel logischerweise im Zellplasma befinden, während die Enzyme
des aeroben Stoffwechsel natürlich in den Mitochondrien zu finden sind (Badtke, 1999).
5.2 Schlüsselenzyme
5.2.1 Myosin-ATP-ase
Wie bereits vorgestellt gilt ATP als primäre Energiequelle und spielt die entscheiden Rolle bei
der Muskelkontraktion. Damit die im ATP enthaltene Energie verwendet werden kann, muss
ATP gespalten werden. Dies geschieht dadurch, dass die sich in der Nähe der Myofibrillen
befindlichen CA++-Ionen das am Myosinkopf befindliche Enzym Myosin-ATP-ase aktivieren.
Dadurch kommt es zur Spaltung des ATP in ADP, Phosphat und Energie. (Marees/Martin).
Abb. 7: Das Enzym Myosin-ATPase katalysiert die Spaltung von ATP (Aus: Weineck,
2000)
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Die Schnelligkeit des Umsatzes, also die Aktivität der Myosin-ATPase kann deutlich ansteigen.
5.2.2 Die Kreatinkinase
Die Kreatinkinase katalysiert die Abspaltung und Übertragung des Phosphatrestes aus dem
Kreatinphosphat auf ein ADP (ROST, 2001).
Wird diese Reaktion häufig gefordert – wie beispielsweise beim Sprinter - dann steigt die
Aktivität des Enzyms an.(Badtke, 1999).
Abb. 8: Die Kreatinkinase katalysiert die Abspaltung und Übertragung des Phosphatrestes aus dem Kreatinphosphat auf ein ADP (Aus: Weineck, 2000)
5.2.3 Die Phosphofruktokinase (PFK)
Die Phosphofruktokinase gilt als ein Schlüsselenzym der Glykolyse. Sie bereitet die Spaltung
der Hexose in zwei Triosen vor.
Bei hoher Aktivität des Enzyms und hohen Durchsatzraten kommt es allerdings aufgrund der
hohen Stoffwechselrate verstärkt zur Bildung von Milchsäure (Laktat) (Badtke, 1999). Erreicht der Laktatwert eine bestimmte Höhe, so wird die Aktivität durch das Absinken des pHWerts in der Zelle gebremst bzw. gestoppt und der Sportler muss die Belastung abrechen
(Badtke, 1999).
Eine Zunahme der freien Fettsäuren senkt ebenfalls die Aktivität des Enzyms.
Gefördert wie sie hingegen, wenn die Glykolyse häufig gefordert wird, wie etwa bei einem
400-m-Läufer. Aber auch hier gilt, dass die PFK wieder von der gleichen Säuerung gebremst
wird.
5.2.4 Die Zitratsynthetase (CS)
Die Zitratsynthetase kann auch als Pförtner des Zitronensäurezyklus bezeichnet werden, da
sie die Zusammenführung der aktivierten Essigsäure und der Oxalessigsäure katalysiert.
Wird die aerobe Energiebereitstellung lange Zeit gefordert und geschieht dies häufiger, beispielsweise im Ausdauertraining, dann ist schon nach wenigen Wochen eine deutliche Zu10
nahme der Aktivität der CS zu beobachten, was auch soviel bedeutet, dass in einer Zeiteinheit
mehr ATP auf aeroben Weg produziert werden kann.
5.3 Die Bedeutsamkeit der Enzymaktivität für das Training
Insgesamt kann festgehalten werden, dass eine verstärkte Forderung der Glykolyse die Aktivitäten der Enzyme des anaeroben Energiestoffwechsels fordern.
Auf die aerobe und anaerobe Energiebereitstellung bezogen lässt sich feststellen, dass die
Aktivitäten der Enzyme des aeroben Energiestoffwechsels sinken, wenn der anaerobe Energiestoffwechsel einseitig entwickelt wird. Dies trifft auch umgekehrt auf die anaeroben Aktivitäten bei einseitiger Entwicklung des aeroben Energiestoffwechsels zu (Badtke, 1999).
Durch geeignete Mischung der Trainingsmittel können aber auch zum Beispiel die Enzymaktivitäten des anaeroben Energiestoffwechsels neben der oxydativen Phosphorylierung (und
umgekehrt) gefördert werden (Badtke, 1999).
Dabei ist aber zu beachten, dass Dominanz der Enzymaktivitäten des für die Leistung wichtigen Stoffwechsels erhalten bleibt. Die Enzymproportionen bleiben dann also im Idealfall auf
einer höheren Ebene gewahrt (Badtke, 1999).
Bei hoher Aktivität der CS wird außerdem auch Laktat schneller abgebaut, d.h. auch, dass
eine gute Entwicklung des aeroben Energiestoffwechsels eine schnelle Erholung sichert.
Durch mittlere Belastung des aeroben Stoffwechselwegs wird der Laktatabbau weiter beschleunigt, da durch die bessere Durchblutung der Muskeln der Übertritt des Laktats in die
Blutbahn und ihr Transport zur Weiterverwertung in Leber, Herz, Niere und die nicht oder
nicht anaerob arbeitenden Muskeln gefördert wird (Badtke, 1999).
Die Reaktionen von Enzymen auf Trainingsreize beginnen schon nach wenigen Tagen und
bei gut dosiertem und wirksam gesteigerten Training sind bereits nach 4 bis 8 Wochen deutliche Anpassungserscheinungen zu beobachten (Badtke, 1999).
Allerdings sagt die Enzymaktivität allein nur wenig über die Leistungsfähigkeit eines Sportlers aus. Allerdings kann sie sehr wohl Aussagen zur Ausprägung eines Stoffwechselweges
machen und an ihre Veränderung innerhalb eines Trainingsabschnitts ist ein eindeutiger Indikator für die Wirksamkeit eines Trainings (Badtke, 1999).
In der Regel liegen die Enzymaktivitäten bei Frauen etwas niedriger.
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6. Coenzyme
Viele der enzymatisch katalysierten Reaktionen können nur ablaufen wenn neben dem Enzym
und dem entsprechenden Substrat noch ein Coenzym als weiterer Reaktionspartner vorhanden
ist (Kleinert & Ruppert & Stratil, 1997).
Coenzyme gehören stofflich nicht zu den Proteinen und sind auch viel kleiner als die Enzymmoleküle.
Eine ganz entscheidende Rolle spielt im Energiestoffwechsel spielt das Coenzym NAD (Nicotinamid-Adenin-Dinukleotid), das das Coenzym aller Dehydrogenasen – also aller Enzyme,
die ihren Substraten zwei Wasserstoffatome entziehen – ist (Kleinert & Ruppert & Stratil,
1997).
Der Wasserstoff wird dabei auf den Reaktionspartner NAD übertragen, wobei also das Substrat oxidiert und das Coenzym zu NADH2 reduziert wird (Abb. 6).
Das NADH2 kann den aufgenommen Wasserstoff in einer anderen enzymatisch katalysierten
Reaktion an ein anderes Substrat abgeben. Es wird also wieder zu NAD oxidiert und das neue
Substrat wird reduziert.
Abb. 9: Wasserstoffübertragung durch NAD (Aus: Kleinert & Ruppert & Stratil, 1997)
NAD ist also ein wasserstoffübertragendes Coenzym, das mit mehreren verschiedenen Enzymen und Substraten in Reaktion treten kann.
Die Konzentration des NAD in der Zelle ist jedoch begrenzt, da sich die NAD-Konzentration
zugunsten von NADH2 verschiebt, wenn viele Substrate oxidiert werden. Dadurch ist die Ge12
schwindigkeit dann bei durch Dehydrogenasen katalysierten Reaktionen selbst bei hohem
Substratangebot gering. Umgekehrt steigt natürlich die Dehydrogenasen-Aktivität wenn
NADH2 schnell oxidiert wird.
Das Nicotinamid ist ein Vitamin der B-Gruppe und muss über die Nahrung in ausreichender
Menge zugeführt werden, da es vom Körper nicht hergestellt werden kann. Die Vitamine der
B und C-Gruppen sind Wasserlöslich und können deshalb im Körper nicht gespeichert werden und müssen deshalb regelmäßig zugeführt werden.
7. Die Substrate im Energiestoffwechsel
Die Phosphagene sind nur in geringer Menge in der Zelle vorhanden. Für das ATP gilt, dass
die Menge in der Muskelzelle relativ konstant bleibt, da es sofort aus dem Kreatinphosphatspeicher erneuert wird. Während die Menge an ATP in der Muskelzelle kaum
durch Training zunimmt, ist der Kreatinphosphatspeicher deutlich trainierbar (Badtke, 1999).
Besonders konzentriert liegen die Phosphagene in den TF-Fasern vor und das trainingsbedingte Ansteigen zeigt sich dort am deutlichsten.
Zur Nutzung im Energiestoffwechsel werden Kohlenhydrate als Glykogen in Muskel und
Leber gespeichert, wobei die Leber etwa 80 –120 Gramm und das Organ Muskel 350 – 650
Gramm speichern (Badtke, 1999).
Ausdauertrainierte Sportler können wesentlich mehr Glykogen speichern. Im Blut wird Glukose transportiert.
Abb. 10: Leber- und Muskelglykogen im Verhältnis; über die Blutglukose erfolgt die
Nachlieferung (schwarz = untrainiert; rot = trainiert) (Aus Badtke, 1999)
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Abhängigkeiten von der Menge des gespeicherten Muskelglykogens und der Leistung lassen
sich besonders gut bei Langzeitausdauerbelastungen finden (Badtke, 1999).
Die Fettreserven sind nahezu unerschöpflich.
Gerade in den langsamen Muskelfasern sind sie deutlich nachweisbar und auch durch Anforderung erweiterbar. Langkettige Fettsäuren können die Mitochondrienmembran allerdings nur
mit Hilfe der Trägersubstanz Karnitin passieren. Karnitin besteht aus 2 Aminosäuren und wird
im Körper selbst gebildet und v.a. mit der Nahrung zugeführt. Durch die zusätzliche Zufuhr
eines synthetischen Karnetin-Präparats sind allerdings mit hoher Wahrscheinlichkeit entgegen
der verbreiteten Annahme keine den Fettstoffwechsel steigernde Effekte zu erzielen, weil bei
Gesunden eine ausreichend hohe Menge an Karnitin im Körper selbst gebildet werden kann
(ROST, 2001).
Auch die Milchsäure kann als ein durchaus bedeutsames Substrat betrachtet werden, das zwar
nirgends gespeichert wird, aber über den Blutstrom auf die Leber (0,5), den Herzmuskel (0,1),
die Niere (0,1) und die nicht oder nicht anaerob arbeitenden Muskeln (0,3) verteilt wird und
dort zu Glykogen umgebaut wird oder über den Zitronesäurezyklus zu CO2 + H2O + Energie
abgebaut wird. Nach jeder Belastung werden über 70 Prozent des Laktats wieder zu Glykogen
aufgebaut oder sogar zur Phosphagenauffüllung abgebaut (Badtke, 1999).
5. Energetische Anforderung – energetische Absicherung
Die folgende Abbildung verdeutlich, dass abhängig von der Intensität und der Dauer der Belastung Phosphagene, Glykolyse und/oder oxydative Phoshorylierung beansprucht werden.
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Abb. 11: Möglichkeiten der Energiebereitstellung bei maximaler Beanspruchung in Abhängikeit von der Zeit (Aus: Zintl, 1997)
Entscheidend in diesem Zusammenhang ist, dass bei der sportlichen Beanspruchung meist
nicht nur ein Weg, sondern verschiedene gleichzeitig genutzt werden (Zintl, 1997). Deshalb
können nur gewisse Zeitbereiche mit dominanter Energiebereitstellung herausgestellt werden.
D.h., dass
•
im Zeitbereich unter 10 Sekunden der Phosphatspeicher ausschlaggebend ist
•
die Glykolyse den Zeitbereich bis etwa 2 Minuten dominiert und der aerobe Glykogenabbau an Bedeutung gewinnt
•
im Zeitbereich von 2 und 10 Minuten der aerobe Glykogenabau an erster Stelle steht, aber
auch der anaerob-laktazide Weg noch einen bedeutenden Anteil hat
•
oberhalb der 10 Minuten der aerobe Weg mit zunächst dominierender Fettverbrennung
und ab 45 bis 60 Minuten mit steigender Fettverbrennung die entscheidende Rolle spielt.
Die anaerob-laktazide Energiebereitstellung spielt zwar weiterhin noch ein Rolle, jedoch
nur zu einem sehr kleinen Anteil (Zintl, 1997).
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Literaturverzeichnis:
Badtke, G. (Hrsg.) (1999): Lehrbuch der Sportmedizin (4. Aufl.). Heidelberg, Leipzig: J.A.
Barth.
Kleinert, R. & Ruppert, W. & Stratil F. X. (1997): Biologie – Oberstufe. Stoffwechselbiologie. Stoff- und Energiegewinnung bei Pflanze, Tier und Mensch. Mentor Abitur-Hilfe, 691.
München: Mentor Verlag.
Marees, H. de & Mester, J. (1990) : Sportphysiologie – Band 2 (2. Auflage). Frankfurt am
Main: Diesterweg (u.a.).
Rost, R. (2001): Lehrbuch der Sportmedizin. Köln: Deutscher Ärzte-Verlag.
Weineck, J. (2000): Sportbiologie (7. Auflage). Balingen: Splitta-Verlag.
Zintl, F. (1997): Ausdauertraining. Grundlagen, Methoden, Trainingssteuerung. München:
BLV-Verlag.
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