Energiesysteme der Muskeln: ATP, Glykolyse und Stoffwechsel

Das Phosphagensystem

Dieses System liefert Energie bei Aktivitäten mit sehr hoher Intensität und kurzer Dauer sowie zu Beginn einer Belastung.

• Wichtigstes Substrat: ATP

ATP-Hydrolyse

ATP wird durch das Enzym ATPase in den Myosinköpfen hydrolysiert, um die Bewegung von Aktin auszulösen und die Muskelkontraktion zu ermöglichen. Die bei der Hydrolyse während des Trainings frei werdende Energie beträgt etwa 7.300 Kalorien (T°/pH). Diese Energie wird für Muskelarbeit und metabolische Synthesen verwendet. Der Vorrat ist bei körperlicher Anstrengung in ca. 1 Sekunde erschöpft.

Phosphokreatin (PC)

Phosphokreatin dient der schnellen Resynthese von ATP. Die Umwandlung wird durch das Enzym Kreatinkinase (CPK) katalysiert, welches bei steigender ADP-Konzentration aktiviert wird. Die PC-Reserven in der Muskelzelle würden bei sehr intensivem Training in etwa 2 Sekunden erschöpft sein, wenn sie die einzige Energiequelle wären.

Anaerobe Glykolyse

In diesem System werden ausschließlich Kohlenhydrate im Cytosol der Muskelzelle ohne Sauerstoff metabolisiert. Es liefert genug Energie, um eine Übungsintensität von wenigen Sekunden bis zu einer Minute aufrechtzuerhalten. Der Glukosetransport in die Zellen erfolgt durch den Membrantransporter GLUT 4.

Cori-Zyklus (Alanin-Glukose-Zyklus)

Alanin wird im Muskel aus dem bei der Glykolyse entstandenen Pyruvat synthetisiert und über das Blut zur Leber transportiert. Dort wird es in Glukose und Harnstoff umgewandelt. Die Glukose kehrt anschließend zum Muskel zurück, um als Energiesubstrat zu dienen. Während des Trainings trägt die erhöhte Produktion und Abgabe von Alanin dazu bei, den Blutzuckerspiegel für das Nervensystem und die Muskulatur stabil zu halten.

Aerobes System

Pyruvat-Oxidation

Das in der Glykolyse gebildete Pyruvat gelangt in die Mitochondrien und wird durch die Pyruvat-Dehydrogenase in Acetyl-CoA umgewandelt, um in den Citratzyklus einzutreten. Die wichtigste Funktion dieses Zyklus ist die Bereitstellung von Elektronen für die Atmungskette, in der durch oxidative Phosphorylierung große Mengen ATP resynthetisiert werden. Das Schlüsselenzym Isocitrat-Dehydrogenase wird durch ATP gehemmt und durch ADP stimuliert.

Citratzyklus

Kohlenhydrate, Fette und in geringerem Maße Proteine können zur Energiegewinnung genutzt werden. Die Energieausbeute ist wesentlich höher als bei der Glykolyse. Dabei entstehen ATP, CO₂ und Wasserstoff. Die Elektronen des Wasserstoffs werden auf die mitochondriale Atmungskette übertragen, wo sie mit O₂ zu H₂O reagieren und durch Kopplung von Oxidation und Reduktion weitere Energie erzeugen.

Fettstoffwechsel

Für die Energiegewinnung müssen Triglyzeride (TG) in ihre Grundbausteine zerlegt werden: ein Molekül Glycerin und drei freie Fettsäuren (FFA). Dieser Vorgang wird als Lipolyse bezeichnet und durch das Enzym Lipase gesteuert (moderate Intensität fördert die Lipolyse). Die steigende Konzentration von FFA im Blut treibt den Transport in die Muskelfasern an. Dort werden die FFA durch die β-Oxidation enzymatisch abgebaut, zu Acetyl-CoA umgewandelt und anschließend im Citratzyklus zur Energiegewinnung genutzt.