Liebe Blogleserinnen und Leser, Liebe PEAK-Kundinnen und –Kunden,
hier im Peak Blog wird eine Menge über Ernährung, Diäten und Strategien zum Muskelaufbau oder Fettabbau veröffentlicht. Ich möchte behaupten, dass in 9 von 10 Artikeln bestimmte Grundlagen der Biochemie zum Thema Makronährstoffe eingebaut sind und teilweise als Basiswissen vorausgesetzt werden, um die Inhalte der Artikel auch umsetzen und verstehen zu können.
Aus Erfahrung weiß ich, dass es vielen Menschen an genau diesem Basiswissen mangelt oder dass es schlichtweg aus falschen Quellen und ohne Zusammenhang bezogen wurde. Viele kleine Puzzleteile, die im Endeffekt aber kein großes Ganzes ergeben und somit auf dem Holzweg enden.
Ich werde aus diesem Grund eine Artikelreihe starten, in der ich mich ausführlich mit den Basics zum Thema Biochemie und Ernährung befassen werde. Nicht immer wird es einen direkten Bezug zum Thema Sporternährung geben. IMMER aber werden interessante und wichtige Backgroundinformationen enthalten sein die dabei helfen, aus den oben beschriebenen Puzzleteilen mehr und mehr ein vollständiges Bild zu machen.
Heute starten wir mit einem der 3 Makronährstoffe – den Kohlenhydraten. Kämpft Euch gemeinsam mit mir durch den zugegebenermaßen etwas trockenen ersten Teil! Ich verspreche Euch, es wird sich für Euch lohnen!
Kohlenhydrate
Kohlenhydrate sind den Meisten lediglich als Energieträger bekannt. Tatsächlich liefert ihr Abbau etwa 50% der benötigten Gesamtenergie. Als Glykogen stellen Kohlenhydrate den wichtigsten Energiespeicher unserer Zellen dar.
Kohlenhydrate können im Körper auch auf einfachem Weg in Lipide umgewandelt werden (Ja aus Kohlenhydraten wird schnell Fett!!). Kohlenhydrate formen zudem das (Kohlenstoff-) Skelett nichtessentieller Aminosäuren. Als Proteoglykane bilden Kohlenhydrate einen großen Teil der extrazellulären Matrix. Auch viele Membranproteine und extrazelluläre Proteine enthalten Kohlenhydrate und werden aus diesem Grund Glycoproteine genannt.
Fazit
Wenngleich der hauptsächliche Nutzen von Kohlenhydraten in der Bereitstellung von Energie liegt, erfüllen sie dennoch auch andere Aufgaben in unserem Körper
Arten von Kohlenhydraten
Wenn man von Kohlenhydraten spricht, meint man damit mehrere Arten kohlenstoffhaltiger Verbindungen.
Das sog. Monosaccharid Glucose stellt mengenmäßig den bedeutendsten Einfachzucker des Blutes dar. Aus Monosacchariden können über verschiedene Umwandlungsprozesse Zuckeralkohole oder aber Aminosäuren wie z.B. Glucosamin entstehen.
Die Disaccharide (Zweifachzucker) Laktose und Saccharose haben für den menschlichen Stoffwechsel außerordentliche Bedeutung (Warum werden wir noch sehen). Laktose besteht aus den Einfachzuckern Galaktose und Glucose, während sich Saccharose aus Glucose und Fructose zusammensetzt. Fructose zählt übrigens zu den wichtigsten Nahrungskohlenhydraten, auch wenn er oftmals verteufelt wird. (auch hierauf werde ich noch näher eingehen)
Stärke, Glykogen und Zellulose zählen zu den sog. Homoglykanen. Sie besitzen die Eigenschaft eines Polymers (verzweigte Verbindung mehrerer Moleküle), bestehen aber aus nur einem einzigen Monosaccharid. Diese komplexe Eigenschaft macht es vielen oft schwer die Rolle, besonders von Stärke in Sachen Ernährung richtig zu verstehen.
Stärke als wichtigstes Reservekohlenhydrat der Pflanzenwelt und Glykogen als Reservekohlenhydrat tierischer Zellen sind sich strukturell sehr ähnlich. Man könnte sie bildhaft als baumähnliche Gebilde mit unendlich vielen Zweigen und Ästen verstehen. Als Makromoleküle besitzen beide keinerlei osmotische Effekte, d.h. die Strukturen sind in sich nicht durchlässig für Teilchenströme. Bei Zellulose handelt es sich um das Strukturkohlenhydrat pflanzlicher Zellwände.
In die Kategorie der Heteroglykane fallen Verbindungen wie Glycolipide, Proteoglykane, Glycoproteine oder Peptidoglykane. Wie der Name schon zeigt, setzen sich diese Verbindungen aus Glucose und entweder Lipiden oder Proteinen bzw. Peptiden zusammen. Sie befinden sich beispielsweise in bakteriellen Zellwänden und fungieren als Membranproteine, Membranbausteine oder Bestandteil der extrazellulären Matrix.
Fazit
Bei Kohlenhydraten muss man mehrere Arten voneinander unterscheiden. Die einen bestehen nur aus Zuckermolekülen, während die anderen Verbindungen mit Fetten und Protein eingehen und als ein solches Gebilde bestimmte Funktionen fernab von der Versorgung mit Energie zu übernehmen.
Absorption und Verteilung von Kohlenhydraten
Aufnahme
Kohlenhydrate gelangen über den Magen-Darmtrakt ins Blut, um dort entweder zum Energiegewinn abgebaut zu werden oder der Biosynthese von Nicht-Kohlenhydratstrukturen zugeführt zu werden. Andere Kohlenhydrate werden als strukturgebende Teile in bestimmte Verbindungen eingebaut.
Damit der Übertritt ins Blut möglich ist, müssen alle Kohlenhydrate im Duodenum (Zwölffingerdarm) durch dort ansässige Glycosidasen in Monosaccharide gespalten werden. Die eigentliche Aufnahme findet via sekundär aktivem Transport mit Hilfe von Natriumionen in den Mucosazellen des Darmes statt. Die Pfortader erreichen sie durch eine Carrier-unterstützte erleichterte Diffusion. Bei der Pfortader handelt es sich um das Gefäß, welches Blut aus Bauchorganen wie dem Darm, dem Magen, der Milz und der Bauchspeicheldrüse sammelt und es der Leber zuführt.
Interessant
Natrium fördert die Kohlenhydratabsorption!
Fazit
Zur Aufnahme von Kohlenhydraten ins Blut müssen diese in Monosaccharide aufgespalten werden
Die Leber als zentrales Organ des Kohlenhydratstoffwechsels
An der Leber angekommen findet die Aufnahme über die Hepatozyten (Leberzellen) statt. Die Leber kann Kohlenhydrate als Glykogen abspeichern, ist aber auch verantwortlich für die Umwandlung von Fructose sowie Galaktose in Glucose. Sie ist zudem in der Lage, Glucose im Rahmen der Gluconeogenese aus Nichtkohlenhydraten wie Glycerin, Aminosäuren, Pyruvat oder Laktat herzustellen. Dieser Vorgang ist besonders wichtig, wenn nicht ausreichend Kohlenhydrate über die Nahrung zugeführt werden. Letztlich gibt die Leber Glucose wieder in den Blutkreislauf ab, um damit den Blutzuckerspiegel konstant zu halten. (Glucostatfunktion)
Fazit
Die Leber ist DAS Verteilerzentrum, das sich mitunter um die fortwährende Verfügbarkeit von Kohlenhydraten kümmert
Kohlenhydrate als essentieller Energieträger
Einige Einrichtungen unseres Körpers sind ausschließlich auf die Versorgung mit Glucose angewiesen. Zu ihnen zählen die Zellen des Nierenmarks, die Erythrozyten und die Zellen des Nervensystems inkl. unseres Gehirns. Einzige Möglichkeit der Versorgung bei Mangel an Kohlenhydraten ist die Bildung eines Ersatzsubstrates, der Ketonkörper.
Alle sonstigen Gewebe können sich sowohl über Fettsäure- als auch Glucoseoxidation oder dem Abbau von Aminosäuren mit Energie versorgen. Im Fastenzustand läuft die Fettsäureoxidation bevorzugt vor der Glucoseoxidation ab. Prinzipiell sind alle Zellen zur Bildung von Kohlenhydratspeichern (Glykogenbiosynthese) in der Lage, energetisch spielen aber nur die Speicher in der Leber und der Skelettmuskulatur eine Rolle.
Fazit
Für bestimmte Einrichtungen stellen Kohlenhydrate eine essentielle Energiequelle dar. Letzt können sich alle Gewebearten von Kohlenhydraten ernähren
Die Glykolyse – Glucose wird abgebaut!
Bei der Glykolyse wird Glucose anaerob (ohne Beteiligung von Sauerstoff) zu Laktat (Milchsäure) abgebaut. Bei diesem Vorgang entsteht ATP. Der Vorgang findet im Zytosol aller tierischen und pflanzlichen Zellen statt.
In der ersten Phase der Glykolyse entstehen sog. Triosephosphate, in der zweiten Phase werden diese dann unter Gewinn von ATP in Laktat abgebaut. Für Phase 1 wird ATP benötigt. Der Unterschied zur aeroben Energiegewinnung ist die Beteiligung des Enzyms Laktatdehydrogenase. Es reduziert NADH (auch bekannt als Coenzym 1) zu Laktat. Der Energiegewinn aus der anaeroben Glykolyse beträgt letztlich 2 ATP.
Fazit
Durch den Vorgang der Glykolyse kann auch ohne Anwesenheit von Sauerstoff (oder mit zu wenig Sauerstoff) aus Glucose ATP gebildet und so verwertbare Energie bereitgestellt werden
Glucose und der Pentosephosphatweg
Eine interessante Sache ist der Abbau von Glucose über den Pentosephosphatweg. Dieser Abbauvorgang läuft teilweise parallel zur Glykolyse ab und zielt auf die Bildung von NADPH ab. Meist läuft der Pentosephosphatweg unter aeroben Bedingungen ab. Bei NADPH handelt es sich um ein Coenzym, welches an etlichen zellulären Stoffwechselreaktionen beteiligt ist. Einige Gewebe sind auf eine hohe Aktivität an NADPH angewiesen. Im Fettgewebe wird NADPH beispielsweise für die Biosynthese von Fettsäuren benötigt. In der Nebennierenrinde, den Hoden und den Eierstöcken, werden aus Cholesterin Steroidhormone gebildet. Auch hier ist ein bestimmte Menge NADPH notwendig. Letztlich haben auch die Erythrozyten (rote Blutkörperchen) Verwendung für NADPH.
Fazit
Über den Pentosephosphatweg abgebaute Glucose dient der Energiebereitstellung für andere Synthesevorgänge und Stoffwechselwege
Gluconeogenese
Wie wir bereits festgestellt haben, ist Glucose für das Nervensystem (inkl. Gehirn), die Erythrozyten (rote Blutkörperchen) und das Nierenmark die einzige Energiequelle (Ketonkörper mal außen vor gelassen). Der größte Verbraucher von Glucose ist das Nervensystem mit etwa 140g pro 24 Stunden. Da dieser Bedarf durchgängig und täglich besteht, muss immer Glucose vorhanden sein. Der Vorgang der Gluconeogenese sorgt für die Bereitstellung von Glucose über die Umwandlung anderer Energie wie Aminosäuren, Pyruvat, Glycerin und Laktat und greift immer dann, wenn die Glucoseversorgung aufgrund längerer Nahrungskarenz gefährdet ist. Während Laktat als Stoffwechselendprodukt entsteht, wird Glycerin beim Abbau von Triglyceriden in den Adipozyten frei.
Die Gluconeogenese involviert hierzu dieselben Reaktionen und Enzyme wie die Glykolyse aber in umgekehrter Reihenfolge. Damit die Gluconeogenese reibungslos ablaufen kann ist Biotin notwendig.
Leider verläuft die Gluconeogenese alles andere als energiesparend. Der Energiebedarf der Umwandlung von Pyruvat zu Glucose beträgt 6 ATP, weshalb der Körper eher auf Oxalacetat-liefernde Aminosäuren oder Glycerin als Ausgangssubstrate zurückgreift.
Viele Organe und Gewebe besitzen nur über eine sehr geringe Menge notwendiger Enzyme für die Gluconeogenese. Die Ausnahme bilden hier die Nieren und die Leber. Über Sie werden beinahe 100% der gesamten Gluconeogenese-Vorgänge im Körper abgewickelt. Pro 24 Stunden kann der menschliche Körper hierüber etwa 180-200g Kohlenhydrate bilden.
Fazit
Die Gluconeogenese ist quasi der unwirtschaftliche Notfallplan des Körpers, wenn er über die Nahrung zu wenig Kohlenhydrat erhält
Substrate zur Gluconeogenese
Die jeweiligen Ausgangssubstrate gelangen zur Leber, werden dort zu Glucose resynthetisiert und dann wieder ans Blut abgegeben wo sie den Glucoseverbrauchern dann wieder zur Verfügung stehen. Der in diesem Zusammenhang ablaufende Vorgang nennt sich „Cori-Zyklus“.
Besonders im Hungerzustand werden von vielen extrahepatischen Geweben, insbesondere aber von der Skelettmuskulatur Aminosäuren für die Gluconeogenese abgezogen. Bevorzugt werden dabei sog. glucogene Aminosäuren zu denen Alanin, Serin, Threonin, Cystein, Asparagin, Glutamin, Prolin, Arginin, Histidin, Methionin, Lysin, Tyrosin, Tryptophan, Valin und Isoleucin zählen.
Interessant
Unser Körper verwendet mit Vorliebe Aminosäuren aus der Skelettmuskulatur, um daraus Glucose herzustellen
Interessant
Leucin zählt NICHT zu den glucogenen Aminosäuren sondern zu den ketogenen Aminosäuren, weshalb sie eher für die Umwandlung zu Ketonkörpern eingesetzt wird.
Fazit
Die Gluconeogenese dient dem übergeordneten Ziel der Glucoseversorgung wichtiger Systeme. In Zuge dessen kann es zum Abbau von Aminosäuren aus der Muskulatur kommen
Zusammenfassung
Kohlenhydrate sind den meisten nur als Energieträger bekannt, sie erfüllen jedoch weit mehr Aufgaben in unserem Körper. Bei der Art der Kohlenhydrate gilt es Unterscheidungen sowohl in Richtung Kettenlänge als auch hinsichtlich der Verwendung zu treffen. Gemeinsam haben alle Nahrungskohlenhydrate, dass es erst dann zum Übertritt ins Blut kommt, wenn diese im Verdauungstrakt zu Monosacchariden aufgespalten wurden. Im Blut angelangt fungiert die Leber als zentrales Verteilerorgan von Kohlenhydraten und initiiert zudem eine Reihe von Stoffwechselvorgängen, die mit Kohlenhydraten zu tun haben. Letztlich sind Leber und Nieren zudem der zentrale Ort für die sog. Gluconeogenese, eine Umwandlung von Ersatzenergiesubstraten wie beispielsweise Aminosäuren mit dem Ziel, glucoseabhängige System zu versorgen zu denen auch unser Gehirn (ZNS) zählt.
In Teil 2 steigen wir in die grundlegenden Regulationsmechanismen des Kohlenhydratstoffwechels ein und lernen in diesem Zusammenhang auch involvierte Hormone wie Insulin und Glucagon kennen.
Bis dahin verbleibe ich mit freundlichem Gruß
Ihr
Holger Gugg
www.body-coaches.de
