Energiestoffwechsel – Ein Fall für schnelle Zellen

Schnelle Energie für das Leben – Der Energiestoffwechsel

In den Naturwissenschaften gilt eine These als gesichert: Energie kann weder geschaffen werden, noch kann sie verloren gehen. Energie kann nur in verschiedene Energiearten umgewandelt werden.

Die Gewinnung von Energie stellt eine wichtige Aufgabe unseres Stoffwechsels dar. Dafür ist in unserem Körper der Energiestoffwechsel zuständig.


Was passiert beim Energiestoffwechsel im Körper?

In den menschlichen Körperzellen findet der Energiestoffwechsel statt, indem chemische Stoffe so umgewandelt werden, dass bei der dazugehörigen Reaktion Energie frei wird. Diese Zell-Energie dient in unserem Organismus sehr vielen Aufgaben. So wird sie benötigt, um Zellen zu ernähren und am leben zu erhalten. Aber auch Erneuerung und Reparatur schadhafter oder kranker Zellen sind Vorgänge, für die wir Energie benötigen. Und was für die Zellebene gilt, gilt auch für den gesamten Körper. Die Körpertemperatur, der Herzschlag, das Denken und jede Art von Bewegung benötigen eine erhebliche Menge dieser in den Zellen gebildeten Energie. In der Tat ist es sogar so, dass die meiste Energie, die wir täglich verbrauchen genau für diese Prozesse benötigt werden.

Energiestoffwechsel

Wie viel Energie wird beim Energiestoffwechsel freigesetzt?

Da jedoch ein menschlicher Körper aus etwa 100 Billionen Zellen besteht, muss die freiwerdende Energie jeder einzelnen Zelle nur verhältnismäßig klein sein, um im Ganzen sehr viel Arbeit leisten zu können. So genügen die 64,6 kJ/mol, die bei der Umformung von ATP in ADP frei werden, durchaus, um uns zu Leistungssportlern, Schwerarbeitern und vielem mehr zu machen. Dabei bezeichnet die Einheit kJ/mol die Energiedichte. Ein anderer Ausdruck dafür, wie viel mögliche Arbeit man aus einer bestimmten Menge eines Ausgangsstoffs gewinnen kann.

Beispiel: Ein durchschnittlich trainierter Mann von 80kg Körpergewicht produziert täglich ca. 40kg ATP. Werden bei der Umwandlung von ATP in ADP 64,6 kJ/mol frei, bedeutet dies für diesen Mann, dass er am Tag ca. 1218 Kalorien aus seinen Mitochondrien bereitgestellt bekommt. Diese 1218 Kalorien stehen ihm dann für Muskelarbeit, Körpertemperatur, Denken, den Zellstoffwechsel und vieles mehr zur Verfügung.

Zellatmung und β-Oxidation – die Formen der Energiegewinnung

In den Kraftwerken unserer Körperzellen, den Mitochondrien, geschieht der eigentliche Energiestoffwechsel. Im Alltag, also wenn wir uns keiner Maximalbelastung aussetzen, stehen den Mitochondrien zwei Stoffwechselwege zur Verfügung, mit deren Hilfe sie dem Körper Energie liefern können.
Einer davon ist die so genannte Zellatmung. Die andere nennt man β-Oxidation.

Die Zellatmung – Oxidation von Traubenzucker

Bei der Zellatmung der Körperzellen wird die Energie dadurch frei, dass Adenosintriphosphat, das ATP, gespalten wird. Adenosintriphosphat ist eine chemische Verbindung, die ständig in unserem Körper aus Kohlenhydraten und Phosphor gebildet wird. Das ATP ist eine chemische Verbindung, die unter Freisetzung von Energie aufgespaltet werden kann. Und genau diese Tatsache nutzen Lebewesen, um die Energie freizusetzen, die sie für das Leben und die Arbeit der Zellen benötigen. Bei der Aufspaltung von ATP werden Adenosindiphosphat (ADP), Phosphor und eben Energie frei.

β-Oxidation – Wenn Fettsäuren Energie liefern

Die Diät, die die meisten Menschen tagtäglich zu sich nehmen, besteht aus einer Mischung aller drei Makronährstoffe.

Lebensmittelpyramide

  • Empfohlen wird im Allgemeinen, dass der mengenmäßig geringste Anteil durch Fette gebildet wird.
  • Proteine, also Eiweiße stehen in der Nahrungspyramide im Allgemeinen an zweiter Stelle.
  • Die Basis, also den Hauptanteil der Ernährung eines Durchschnittsbürgers bilden die Kohlenhydrate.

Als Kohlehydrate zählen alle Lebensmittel und Getränke, die Stärke oder Zucker enthalten.

Der Verzicht auf Kohlehydrate – so reagiert der Stoffwechsel

Stehen dem Körper über einen gewissen Zeitraum keine oder nicht genügend Kohlenhydrate zur Verfügung, wird er gezwungen, seine Energie aus anderen Quellen zu erzeugen. Hierbei sollte man beachten, dass man den schädlichen Hungerstoffwechsel vermeidet. Je nach Alter, Verfassung und Ernährungszustand des Menschen kann es zwischen einigen Stunden und wenigen Tagen dauern, bis sich der Organismus umstellt. Er muss zur Energiegewinnung auf andere Makronährstoffe zurückgreifen.

Die erste Reaktion des Körpers auf andauernden Kohlenhydratmangel ist es, die überlebenswichtige Energie zu gewinnen, indem er Proteine in Glykose umwandelt. Fasten wir komplett, dient unser Muskeleiweiß als Ausgangsstoff. Da wir durch die Verdauung allerdings sehr schnell unsere Lebensgrundlage verlieren würden, muss unser Körper langfristig auf eine andere Nahrungsquelle umstellen.

Energiestoffwechsel-PfeileDaher beginnt unsere Leber gleichzeitig damit, aus Fetten einen Glykose-Ersatzstoff zu bilden, die Ketonkörper. Unser Blut reichert sich im Laufe der Zeit, in der wir keine oder kaum Kohlenhydrate zu uns nehmen immer mehr mit Ketonkörpern an. Dies befähigt unseren Körper dauerhaft dazu, die Energiespeicher des Körpers, nämlich die Fettdepots als Energiequelle zu verwenden.

Denn auch aus Fetten, beziehungsweise den Fettsäuremolekülen, sind wir in der Lage, das wichtige ATP herzustellen. Dazu bedienen sich unsere Zellen der so genannten β-Oxidation. Während dieses chemischen Prozesses werden Fettsäuren, also schon vom Körper vorgespaltene Fettmoleküle zu ATP umgebaut.

Der eigentliche Energiegewinnungsprozess innerhalb der Zelle bleibt gleich, unabhängig davon, welche Energiequelle der ATP Gewinnung zu Grunde liegt.

Während aus einem Glykosemolekül 36 ATP Moleküle gewonnen werden können, so sind es sogar 48 der wertvollen Moleküle aus einem einzigen Fettsäuremolekül. Aus der gleichen Volumenmenge Makronährstoff kann also ein Drittel mehr energiefreisetzendes ATP gewonnen werden.

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