Die Nährstoffe BIOCHEMISCHE GRUNDLAGEN DER ERNÄHRUNG. Kohlenhydrate (KH)

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1 BIOCHEMISCHE GRUNDLAGEN DER ERNÄHRUNG Die Nährstoffe Nährstoffe sind chemisch definierte organische und anorganische Bestandteile der Nahrung, die zur Lebenserhaltung im Stoffwechsel (STW) verarbeitet werden und als Energieliferanten, Baustoffe und Steuerungssubstanzen dienen. Dr. rer. nat. Marcel Jenny Sektion für Medizinische Biochemie Biozentrum Medizinische Universität Innsbruck med.ac.at essentielle Nährstoffe: nicht essentiellen Nährstoffe: auf die der Betrieb des STW angewiesen ist, der Organismus aber nicht selbst synthetisieren kann und über die Nahrung aufgenommen werden müssen. können im Org. synthetisiert werden, vorausgesetzt, dass die Nahrung ausreichend geeignete Vorstufen enthält. I. Die Nährstoffe II. Konzepte und Grundmuster des Stoffwechsels III. Die Energiegewinnung aus Nährstoffen Glykolyse Citratzyklus Oxidative Phosphorylierung Gluconeogenese IV. Vernetzung der Stoffwechselwege Kohlenhydrate (KH) Hauptnahrungsquelle aller heterotropher Organismen KH werden nicht nur zur Energiegewinnung, sondern auch als Ausgangssubstanzen von Speicher und Gerüststoffen genutzt. Die Grundeinheit aller KH sind einfache Zucker (Monosaccharide), welche eine starke Neigung zur Polymerisierung zeigen. Stärke und Glykogen sind die wichtigsten Polysaccharide für die Ernährung und den STW des Menschen Cellulose ist der wichtigste Ballaststoff KH sind keine essentiellen Nährstoffe, da alle für den Menschen notwendigen KH prinzipell auch vom Menschen synthetisiert werden können. KH freie Ernährung ist nur schwer realisierbar und gilt als ungesund Empfehlung zur Deckung des Energiebedarfs: 50 % KH, 35% Fette und 15% Protein Ernährung in der westlichen Welt: 50% KH und 50 % Fette + Energieaufnahme mit Ethanol (Alkohol konsumierende Teil der Bevölkerung deckt ~8 % der gesamten Energiezufuhr durch Alkohol)

2 Fettsäuren: Lipide Lipide sind eine wichtige Energiereserve, haben aber auch die Funktion als Baustoffe (Bestandteil von biologischen Membranen), als thermische und mechanische Isolatoren, sowie als Lösungsmittel für lipidlösliche Substanzen (z.b. fettlösliche Vitamine) Als Nahrungskomponente sind nur die Triglyceride (Triacylglycerine) von quantitativer Bedeutung (98%) 2% der Nahrungslipide: Cholesterin und Phospholipide Triglyceride sind Ester, aus Glycerin und drei Fettsäuren (FS) gerade Anzahl von C Atomen unverzweigt unterschiedlich lang (C4 C24) können eine oder mehrere Doppelbindungen in ihren C Ketten enthalten einfache bzw. mehrfach ungesättigte FS Die beiden C18 FS Linolsäure (2 Doppelbindungen) und Linolensäure (3 Doppel bindungen), sowie die C20 FS Arachidonsäure (4 Doppelbindungen) sind essentielle FS, während alle anderen aus Acetyl CoA synthetisiert werden können. Vitamine sind essentielle Nährstoffe sind sowohl hinsichtlich ihrer chemischen Konstitution als auch hinsichtlich ihrer biologischen Funktion inhomogen Fettlösliche Vitamine: Vitamin A, D, E und K Wasserlösliche Vitamine: Thiamin, Riboflavin, Niacin, Pyridoxin, Folsäure, Cobalamin, Biotin, Panthothensäure und Ascorbinsäure Fettlösliche Vitamine akkumulieren im Fettgewebe, während wasserlösliche Vitamine nur im geringen Umfang gespeichert werden. Den aktuellen Bedarf überschreitende Mengen, werden renal ausgeschieden. Die Mengen, zur Ausübung der biochemischen Wirkung von Vitaminen, liegen im Bereich von Spuren (Gesamtbestand von z.b. ~0.1 mg Vitamin K oder ~ 3.5 g Vitamin C im Organismus) Alle wasserlöslichen Vitamine haben Coenzymfunktion bei zahlreichen enzymatischen Reaktionen des STW Proteine Die zentrale Stellung der Proteine beruht darauf, dass die genetische Information in Form von Proteinen ausgedrückt wird. Sie sind Baustoffe (u.a. von biologischen Membranen), fungieren in Form von Enzymen als Biokatalysatoren, dienen als Hormone und Rezeptoren der Informations übermittlung und steuern auch sonst in vielfältiger Art die Lebensprozesse jeder Zelle. Im Gegensatzt zu Fett und KH werden Proteine beim Menschen nicht gezielt als Energiereserve gespeichert. Bei entsprechender Anforderung kann aber auch Protein energetisch verwertet werden. Proteine sind Polymere von Aminosäuren (AS), werden im Stoffwechsel ständig abgebaut und müssen durch Biosynthesen ersetzt werden. Der Proteinbedarf ist im Grunde genommen ein Bedarf an AS. Der Mensch benötigt 20 AS zur Proteinbiosynthese: Unbedingt essentiell: Valin, Leucin, Isoleucin, Threonin, Methionin, Lysin, Histidin, Phenylalanin,Tryptophan Bedingt essentiell: Cystein, Tyrosin Nicht essentiell: Glycin, Alanin, Serin, Aspartat, Asparagin, Glutamat, Glutamin, Prolin, Arginin Mineralstoffe Mineralstoffe sind anorganische Nährstoffe und werden im Gegensatz zu organischen Nährstoffe (KH, Lipide undproteine) nicht verstoffwechselt. Mineralstoffe werden in größeren Mengen deponiert, aus den Depots freigesetzt und zwischen Kompartimenten verschoben (Mineralstoffumsatz). Mineralstoffe werden ausschließlich nach quantitativen Aspekt in die Kategorie der Mengenelemente (Tagesbedarf >100 mg) und der Spurenelemente (Tagesbedarf <100 mg) eingeteilt. Mengenelemente (essentiell): Alkalimetalle Natrium und Kalium Erdalkalimetalle Calcium und Magnesium Nichtmetalle Phosphor, Schwefel, Chlor. Spurenelemte: ausnahmlos essentiell: Eisen, Zink, Kupfer, Mangan, Molybdän, Selen, Chrom, Cobalt, Jod und Fluor wahrscheinlich essentiell: Vanadium, Nickel, Aluminium, Silicium, Zinn und Arsen Mineralstoffe erfüllen strukturbildende, katalytische und regulatorische Funktionen.

3 Wasser Das Wasser ist ebenfalls ein essentieller Nährstoff Dank der Polarität des Wassersmoleküls lösen sich Kristallgitter leicht auf, und die entstandenen Jonen umgeben sich mit einer Hydrathülle, wodurch sich Jonen in wässrigen Lösungen beinahe unabhängig voneinander bewegen können, wodurch die Reaktionsfähigkeit stark erhöht wird. Wasser modifiziert auch die Eigenschaften von Makromolekülen, wie Nucleinsäuren, Proteinen und KH, indem es mit polaren funktionellen Gruppen dieser Moleküle leicht spaltbare Wasserstoffbrücken bildet, und so die Voraussetzung für biochemische Reaktionen schafft. Auch die hydrophobe Wechselwirkung unpolarer Moleküle, wie der Lipide, mit Wasser ist eine Grundvorausetzung für viele biologische Funktionen. Wasser tritt als Reaktionspartner in zahlreichen biochemischen Reaktionen auf. Die Befriedigung des Wasserbedarfs hat Vorrang gegnüber der Befriedigung des Bedarfs an sonstigen essentiellen Nährstoffen. Im weitesten Sinn gehöhrt auch der Sauerstoff zu den Nährstoffen. Die Gewinnung biologischer Energie aus Nährstoffen Auf welche Weise gewinnen Zellen aus ihrer Umgebung Energie? Wie synthetisieren Zellen die Bausteine ihrer Makromoleküle und dann die Makromoleküle selbst? Der Stoffwechsel organisiert die Energie und Materialressourcen der Zelle Stoffwechselwege. (Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes; ww.genome.ad.jp/kegg.) Der Zellstoffwechsel ist ein kompliziertes Netzwerk aus mehreren tausend chem. Reaktionen, welche in verzweigten STW Wegen angeordnet sind, in denen Moleküle schrittweise umgesetzt werden. Enzyme schleusen Materie durch die STW Wege, indem sie jeden Schritt selektiv beschleunigen. Regulationsmechanismen balancieren Angebot und Nachfrage innerhalb des STW aus und reagieren so auf einen Mangel oder Überschuß an Nährstoffen. Stoffwechselwege lassen sich in zwei große Klassen unterteilen Energieliefernde Stoffe (Kohlenhydrate, Fette) Makromolekulare Bausteine (Proteine, Lipide, Polysaccharide, Nucleinsäure) Stoffwechsel (Metabolismus): Netzwerk voneinander abhängiger Reaktionen Gesamtheit aller chemischen Prozesse eines Organismus bzw. der Zelle ATP NADH NADPH Lebende Systeme sind auf laufende Energiezufuhr angewiesen: Katabolismus Anabolismus Nährstoffe aus Verdaungs und Resorptionsvorgängen über das Blut Kreislaufsystem zu den Zellen transportiert werden. daraus gewonnene Energie dient hauptsächlich 3 Zwecken : ADP+HPO 4 2 NAD + NADP + Mechanische Arbeit z.b. Muskelkontraktion Transport Arbeit z.b. Aufnahme von Molekülen in die Zelle Chemische Arbeit z.b. Aufbau von Makromolekülen energiearme produkte CO 2, H 2 O,NH 3 Energie gewinnung Vorstufen Aminosäuren, Fettsäuren, Saccharide, Stickstoffbasen

4 Adenosintriphosphat (ATP): der universelle Energieüberträger in biologischen Systemen Kohlenhydrate Fette ATP ist ein energiereiches Molekül, weil seine Triphosphateinheit zwei Phosphorsäureanhydridbindungen enthält Bewegung aktiver Transport Biosynthesen Stoffwechselwege enthalten viele wiederkehrende Muster ATP ist ein aktivierter Carrier von Phosphorylgruppen 1. Aktivierte Elektronen Carrier für die Brennstoffoxidation: Brenstoffmoleküle Pyridinnucleotide, Flavine O 2 Nicotinamidadenindinucleotid (NAD+) e Flavinadenindinucleotid (FAD) e Arbeit (Muskelkontraktion) ATP + H 2 O ADP + P i kj/mol Niacin Riboflavin Die Hydrolyse von ATP ändert das Glgw.-Verhältnis einer Reaktionsfolge um den Faktor von etwa 10 8, wodurch eine thermodynamisch ungünstigen Reaktion eine sehr günstige umgewandelt werden kann. Regeneration: Gewinnung: Mitochondrien ( ATP-Synthase) Substratkettenphosphorylierung (Glycolyse) ADP + Pi ATP + H2O kj/mol ATP-ADP-Zyklus ist der fundamentale Mechanismus des Energieaustausches in biologischen Systemen 2. Aktivierte Elektronen Carrier für reduktive Biosynthese Nicotinamidadenindinucleotidphosphat (NADP+) z.b. bei Fettsäurebiosynthese NADPH wird fast ausschließlich für reduktive Biosynthesen verwendet, NADH dagegen in erster Linie zur Erzeugung von ATP. Das Phosphorylgruppenübertragungspotential ist eine wichtige Form der Energieumwandlung Kreatinphosphat + ADP + H+ Kreatinkinase ATP + Kreatin 3. Aktivierte Elektronen Carrier von Acyl gruppen: Coenzym A Katabolismus, z.b. bei der Oxidation von Fettsäuren Anabolismus, z.b. bei der Synthese von Membranlipiden Muskel (ruhend): ATP [4mM] ADP [0.013 mm] Kreatinphophat [25mM] Panthothensäure Acetyl CoA + H 2 O Acetat + CoA + H kj/mol Verbindungen mit hohem Phosphorylgruppenübertragungspotenzial. ATP-Quellen während körperlicher Anstrengung. In den ersten Sekunden stammt die Energie aus Verbindungen mit hohem Phosphorylgruppenübertragungspotenzial (ATP und Kreatinphosphat). Danach muss ATP durch Stoffwechselreaktionen regeneriert werden. 2 Schlüsselprinzipien des Stoffwechsels: 1. NADH, NADPH und FADH 2 reagieren ohne Katalysatoren nur langsam mit O 2, ebenso wie ATP und Acetyl CoA nur langsam hydrolysiern (viele Stunden bzw. Tage). Enzyme sind dadurch in der Lage den Fluß der Energie zu kontrollieren. 2. Die meißten Austauschreaktionen aktivierter Gruppen werden von einem relativ kleinen Satz von Carrier Molekülen durchgeführt.

5 Schlüsselreaktionen wiederholen sich im Stoffwechsel Oxidations-Reduktions-Reaktionen Gruppentransferreaktionen Die Energiegewinnung aus Nährstoffen Die ATP-Synthese ist an die Oxidation von Kohlenstoffbrennstoffen gekoppelt Ligationsreaktionen Hydrolysereaktionen Isomerisierungsreaktionen Addition oder Abspaltung von funktionellen Gruppen Stoffwechselprozesse werden auf drei grundlegende Arten reguliert 1. Kontrolle der Enzymmenge: Synthese 2. Kontrolle Kontrolle der Enzymaktivität: Abbau v.a. durch Änderungen der Transkriptionsrate der Gene die sie codieren reversible allosterische Kontrolle (z.b. Rückkopplungs Feedback Hemmung) reversible kovalente Modifikation (z.b. Phoshorylierung) Hormone (indem sie reversible Modifikationen von Schlüsselenzymen katalysieren) Energieladung (ATP/AMP Verhältnis) Glucose Gluconeogenese Glykolyse Cytoplasma 2 Pyruvat + 2 ATP + 2 NADH anaerob Citratzyklus Mitochondrien 3. Kontrolle der Verfügbarkeit von Substraten: Kompartimentierung (z.b. findet die Oxidation von FS in den Mitochondrien statt, während die FS Synthese im Cytoplasma erfolgt) Erythrocyten: Zellen: Glykolyse ist die einzige Energiequelle Glykolyse ist nur ein Nebenweg der ATP Gewinnung Kontrolle des Substratflußes (z.b. kann der Abbau von Glucose nur in Anwesenheit von Insulin erfolgen, das den Eintritt in die Zelle ermöglicht)

6 Die Glykolyse 2 Hauptfunktionen: ATP Erzeugung Bereitstellung von Bausteinen für Biosynthesen (z.b. FS) 3 Kontrollpunkte: Hexokinase Phosphofructokinase Pyruvat Kinase Die Geschwindigkeit der Glykolyse hängt ab vom ATP Bedarf, der durch das ATP/AMP Verhältnis signalisiert wird, und vom Bedarf an Bausteinen, den der Citratspiegel anzeigt. Die Aktivität des Pyruvat Dehydrogenase Komplex wird streng kontrolliert. eine spezifische Kinase phosphoryliert und inaktiviert die Pyruvat Dehydrogenase (PDH) eine Phosphatase entfernt das Phosphat und aktiviert dadurch die Dehydrogenase. Die Kinase und die Phosphatase werden ebenfalls reguliert. Der Pyruvat Dehydrogenase Komplex ist so reguliert, dass er auf die Energieladung der Zelle reagiert. A) Der Komplex wird durch seine unmittelbaren Produkte, NADH und Acetyl CoA, wie auch durch das Endprodukt der Zellatmung, ATP, inhibiert. B) Der Komplex wird durch Pyruvat und ADP aktiviert, welche die PDH phosphorylierende Kinase inhibieren. (CZ Citratzyklus.) Glykolyse und Citratzyklus sind durch die oxidative Decarboxylierung von Pyruvat unter Bildung von Acetyl CoA miteinander verbunden Acetyl CoA im Zentrum kataboler und anaboler Prozesse Die Bildung von Acetyl CoA, der Citratzyklus sowie die oxidative Phosphorylierung laufen innerhalb der Mitochondrien ab. Pyruvat + CoA + NAD + Pyruvat Dehydrogenase Komplex: Acetyl CoA + CO 2 + NADH Pyruvat Dehydrogenase Komponenete Dihydrolipoyl Transacetylase Dihydrolipoyl Dehydrogenase Phospholipide Triglyceride Stärke Glykogen Saccharose Proteine Fettsäuren Glucose Pyruvat Alanin Serin Leucin Isoleucin Isopentyl pyrophosphat Acetyl CoA Citratzyklus Mevalonat Cholesterin Acetoacetyl CoA Fettsäuren CDP Diglyceride Cholesterinester Gallen säuren Steroid hormone Triglyceride Phospholipide

7 Citratzyklus und oxidative Phosphorylierung die abschließenden STW Wege bei der Oxidation von Brennstoffmolekülen Die vollständige Oxidation der Glucose zu CO 2 ergibt 30 ATP Moleküle Acetyl-CoA Citrat Der Citratzyklus umfasst eine Reihe von Oxidations Reduktions Reaktionen, die mit der Oxidation einer Acteyl Gruppe zu CO 2 enden. entfernt Elektronen aus dem Acetyl CoA und verwendet diese zur Bildung von NADH und FADH 2. -Ketoglutarat Succinyl CoA Hauptfunktion: energiereiche Elektronen der Brennstofmoleküle zu sammeln, welche in der der darauf folgenden oxidativen Phosphorylierung, die Synthese von ATP antreiben. Acetyl CoA + 3 NAD + + FAD + GDP + P i + 2H 2 O 2 CO NADH + FADH 2 + GTP + 2 H + + CoA Die oxidative Phosphorylierung Bei der oxidativen Phosphorylierung entsteht ATP, wenn Elektronen über eine Reihe von Elektronen Carriern von NADH oder FADH 2 auf O 2 übertragen werden. Elektronentransport (Atmungs)kette: Komplex I: NADH Ubichinon Oxidoreduktase Komplex II: Succinat Ubichinon Reduktase Komplex III: Ubichinon Cytochrom C Oxidoreduktase Komplex IV: Cytochrom C Oxidase. Komplex V: ATP Synthase synthetisiert schließlich ATP Kontrolle des Citratzyklus Der Citratzyklus wird hauptsächlich durch die ATP und NADH Konzentration reguliert. Die Aktivität der Pyruvat Dehydrogenase, beeinflußt den Citratzyklus bereits zu Beginn des Kreisprozesses, indem diese die Menge an gebildetem Acetyl CoA kontrolliert. V Die wichtigsten Kontrollpunkte des Citratzyklus sind die Enzyme Isocitrat Dehydrogenase und Ketoglutarat Dehydrogenase. Die Umsatzrate des Zyklus wird vermindert, wenn die Zelle über einen hohen ATP Spiegel verfügt. Die Regulation der oxidativen Phosphorylierung wird hauptsächlich durch den ATP Bedarf bestimmt

8 Der Citratzyklus liefert zahlreiche Biosynthesevorstufen Glykolyse Phosphofructokinase Die biosynthetischen Aufgaben des Citratzyklus. Zwischenprodukte werden für Biosynthesen abgezweigt (durch rote Pfeile markiert), wenn der Energiebedarf der Zelle gedeckt ist. In der Gluconeogenese entsteht Glucose aus Pyruvat. Lactat: wird vom aktiven Skelettmuskel gebildet, wenn Geschw. der Glykolyse die des oxidat. STW übersteigt. durch die Lactat Dehydrogenase in Pyruvat umgewandelt. Aminosäuren: entstehen aus Proteinen der Nahrung und in Hungerperioden aus dem Abbau von Skelettmuskelproteinen. Glycerin: durch die Hydrolyse der Triacylglycerine in Fettzellen. Das Glycerin kann über DHAP in den STW der Gluconeogenese oder der Glykolyse eintreten. Die wichtigsten Rohstoffe für die Gluconeogenese in der Leber sind Lactat und Alanin Die Zwischenprodukte werden durch die Bildung von Oxalacetat aus Pyruvat wieder aufgefüllt: Pyruvat-Carboxylase Pyruvat + CO 2 +ATP + H 2 O Oxalacetat + ADP + P i + 2 H + Einige der Reaktionen, die Pyruvat in Glucose umwandeln, sind die gleichen wie die der Glykolyse (blau). Jedoch erfordert die Gluconeogenese 4 neue Reaktionen (rot), um die drei praktisch irreversiblen Glykolysereaktionen zu umgehen. Gluconeogenese Die Gluconeogenese ist die Synthese von Glucose aus Substanzen, die keine KH sind, wie Lactat, AS und Glycerin. das Gehirn ist in hohem Maße Glucoseabhängig, und Erythrocyten verwenden nur Glucose als Brennstoff. tägliche Glucosebedarf des Gehirns: ~120g (~160g Gesamt Glucosebedarf) Körperflüssigkeiten: ~20g Glucose aus Glykogen: ~190g Die Gluconeogenese ist während einer längerer Zeitspanne, in der der Körper nur wenig Nahrung bekommt oder sogar hungert, besonders wichtig. Die Gluconeogenese findet hauptsächlich in der Leber statt in geringerem Umfang auch in der Niere. Im Gehirn sowie in der Skelettmuskulatur findet nur sehr wenig Gluconeogenese statt. Die Gluconeogenese in Leber und Niere dient dazu, den Blutglucosespiegel so hoch zu halten, dass Gehirn und Muskeln genügend Glucose entnehmen können um ihren STW zu decken. Die Bildung freier Glucose ist ein wichtiger Kontrollpunkt Wenn nicht sofort Energie benötigt wird, endet die Gluconeogenese beim Glucose 6 Phosphat und wird hauptsächlich zur Synthese von Glycogen verwertet. Glucose 6 phosphat kann nicht wie freie Glucose aus der Zelle diffundieren. die Erzeugung freier Glucose auf zwei Wegen kontrolliert: 1. Regulation der Glucose 6 phosphatase 2. Glucose 6 phosphatase findet man nur in Geweben, die Glucose an das Blut abgeben (Leber und Niere). Die Erzeugung von Glucose aus Glucose 6 phosphat. Mehrere Proteine des endoplasmatischen Reticulums (ER) spielen eine Rolle bei der Erzeugung von Glucose aus Glucose 6 phosphat. T1 transportiert Glucose 6 phosphat in das Lumen des ER, während T2 und T3 das P i bzw.die Glucose zurück in das Cytoplasma bringen. Die Glucose 6 phosphatase wird durch ein Ca 2+ bindendes Protein (SP) stabilisiert. Der Glucosetransporter des ER gleicht jenem, der in der Plasmamembran lokalisiert ist, um die freie Glucose ins Blut zu transportieren.

9 Gluconeogenese und Glykolyse werden reziprok reguliert Vernetzung der Stoffwechselwege: Der Cori Zyklus und der Glucose Alanin zyklus Die Geschwindigkeit der Glykolyse wird auch durch die Glucosekonzentration bestimmt, die Geschwindigkeit der Gluconeogenese von der Konzentration des Lactats und anderer Glucosevorstufen. Kontrollstellen: Phosphofructokinase Fructose 1,6 bihosphatase Pyruvat Kinase Pyruvat Carboxylase Die Gluconeogenese wird bevorzugt, wenn in der Zelle viele Biosynthesevorstufen und ATP enthalten sind. Glucose 6 Phosphat ist ein wichtiger Knotenpunkt des Stoffwechsels Glykogen entsteht, wenn Glucose 6 phosphat und ATP im Überschuß vorhanden sind. Werden dagegen ATP oder Kohlenstoffgerüste für Biosynthesen benötigt, geht Glucose 6 phosphat in die Glykolyse ein. Der Abbau von Glucose 6 phosphat zu Pyruvat sowohl anabol als auch katabol sein. Der Eintritt von Glucose 6 phosphat, in den Pentosephosphatweg, liefert NADPH für reduktive Biosynthesen und Ribose 5 phosphat für die Nukleotidbiosynthese. Glucose 6 phosphat kann auch durch Glykogenabbau entstehen oder über Gluconeogenese aus Pyruvat und glucogenen Aminosäuren synthetisiert weden. Corizyklus: Kontrahierende Skelettmuskelzellen liefern Lactat an die Leber, welches benutzt wird, um Glucose zu synthetisieren und abzugeben. Damit versorgt die Leber den kontrahierenden Skelettmuskel mit Glucose, der durch die glykolyische Umwandlung der Glucose in Lactat, ATP gewinnt. Glucose Alanin Zyklus: Bei längerer körperlicher Anstrengung und in Fastenperioden nutzen die Muskeln Aminosäuren als Brennstoff. Der abgespaltene Stickstoff wird auf Alanin übertragen, das dann ins Blut abgegeben wird. Die Leber nimmt Alanin auf und wandelt es für die nachfolgende Synthese von Glucose in Pyruvat um. Vernetzung der Stoffwechselwege: Wechselwirkung von Glykolyse und Gluconeogenese während eines Sprints. Glykolyse und Gluconeogenese sind gewebespezifisch aufeinander abgestimmt, um sicherzustellen, dass der Energiebedarf aller Zellen gedeckt wird. Im Skelettmuskel des Beins wird Glucose aerob zu CO 2 und H 2 O abgebaut oder, während eines schnelles Laufs, anaerob zu Lactat umgesetzt. Im Herzmuskel kann Lactat in Pyruvat umgewandelt und zusammen mit Glucose als Brennstoff genutzt werden. So wird Energie für die Herzschläge gewonnen, die den Blutfluss des Sprinters aufrecht erhalten. Die Gluconeogenese, eine primäre Funktion der Leber, läuft schnell ab, um sicherzustellen, dass genug Glucose im Blut vorhanden ist, um Skelett und Herzmuskel sowie andere Gewebe zu versorgen. Glykogen, Glycerin und Aminosäuren sind zusätzliche Energiequellen welche in Glucose umgewandelt werden können.

10 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit! Klinische Ernährungsmedizin Maximilian Ledochowski ca S. ISBN Biochemie der Ernährung Gertrud Rehner, Hannelore Daniel 2. Aufl S. ISBN: Stryer Biochemie Berg, Jeremy M., Tymoczko, John L., Stryer, Lubert 6. Aufl S. ISBN:

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