Bausteine eines guten Energiestoffwechsels

Für einen reibungslosen Ablauf des menschlichen Energiestoffwechsels ist eine ausreichende Zufuhr von B-Vitaminen nötig. Sie haben verschiedene Aufgaben im Rahmen der zahlreichen Umbauvorgänge im Organismus. Der Abbau von Makronährstoffen (Katabolismus) liefert neben den Endprodukten CO2, Wasser und NH3 energiereiche Phosphate. Eine zentrale Rolle spielt dabei die Elektronenübertragung in der Atmungskette.1 An der Endoxidation von Nährstoffen in der Atmungskette ist Vitamin B2 beteiligt.2
Im Anabolismus werden aus organischen Bausteinen größere Moleküle wie Proteine, Polysaccharide, Lipide und Nukleinsäuren synthetisiert.1 In diese Aufbauvorgänge ist Niacin wesentlich involviert. Ein weiteres wichtiges Vitamin ist Thiamin (Vitamin B1). Es ist für die Funktion von Enzymen der Glykolyse von Bedeutung, einem Stoffwechselweg, der Energie ohne Sauerstoff bereitstellt. Für Auf- und Abbauvorgänge im Aminosäurestoffwechsel ist der Körper auf eine ausgiebige Vitamin-B6-Zufuhr angewiesen.2 Ein wichtiger Teil des Energiestoffwechsels ist der Zitratzyklus. Es wird dabei die Acetylgruppe von Acetyl-CoA (aus der Oxidation von Fettsäuren, aus dem Aminosäureabbau oder Ketonkörperabbau stammend) in acht Reaktionsschritten zu CO2 oxidiert. Die Energie dieser Oxidationen wird in Form von reduzierten Coenzymen NADH und FADH2 konserviert. Diese geben ihre Elektronen an die Atmungskette ab, und es entsteht pro Umlauf zudem GTP (aus dem ATP gebildet werden kann).3 Als Katalysator für Reaktionen im Zitratzyklus fungiert Niacin. Ebenfalls essenziell für die Reaktionen im Zitratzyklus ist Vitamin B1. Vitamin B12 wiederum wird für die Einschleusung von Propionsäure in den Zitratzyklus benötigt,2 die dann in weiteren Reaktionsschritten verstoffwechselt wird.3
Die Gluconeogenese, der Stoffwechselweg zur Synthese von Glukose aus Nichtkohlenhydraten4, benötigt unter anderem Biotin als Katalysator. Die diesbezüglich maßgebliche biotinkatalysierte Carboxylierungsreaktion ist die Umwandlung von 2-Methylmalonyl-CoA und Pyruvat zu Propionyl-CoA und Oxalacetat. Biotin wird weiters für die Fettsäuresynthese und den Abbau von Aminosäuren benötigt.5

Eisen im Energiestoffwechsel

Eisen liegt im Organismus vorwiegend als hämgebundenes oder freies Fe2+ und zu einem geringen Anteil als Fe3+ vor. Die Fähigkeit zum Valenzwechsel ist für viele Funktionen von zentraler Bedeutung. So kommt es zum Beispiel in den Cytochromen der Atmungskette zum Wertigkeitswechsel des Eisens. Unspezifische Symptome wie Müdigkeit und Abgeschlagenheit sowie Erschöpfung bei körperlicher Aktivität können auf einen Eisenmangel zurückzuführen sein. Eisen ist zudem für die Bildung von Hämoglobin essenziell und damit auch für den Sauerstofftransport.2, 5
Eine weitere essenzielle Substanz ist Magnesium. Das Mengenelement katalysiert als Kofaktor vor allem ATP-abhängige Enzymsysteme und ist somit am Energiestoffwechsel jeder Zelle beteiligt. Sowohl der Abbau als auch die energetische Verwertung von Kohlenhydraten, Lipiden und Proteinen über Glykolyse, Zitratzyklus und Atmungskette sind auf die ausreichende Zufuhr von Magnesium angewiesen.2
Als Elektronenüberträger in der Atmungskette spielen Ubichinone eine bedeutende Rolle für den Energiestoffwechsel. Sie sind zwischen den Flavoproteinen und Cytochromen eingeschaltet. Der bekannteste Vertreter ist das Coenzym Q10. In der Literatur wird die Funktion dieses Vitaminoids hinsichtlich der ATP-Synthese beschrieben.

 

Zahlen zum Energiestoffwechsel und -haushalt

  • Pro Tag werden circa 0,43 l Oxidationswasser im Energiestoffwechsel produziert.
  • Die Kraftwerke der Zelle, die Mitochondrien, haben eine Lebensdauer von 1 bis 4 Wochen.
  • Der Vorteil des aeroben Mechanismus gegenüber dem anaeroben Weg ist die hohe Energieausbeute. Sie ist auf molekularer Basis 15-mal höher.
  • Schneller ist allerdings der anaerobe Mechanismus: Dieser kann ATP rund 100-mal schneller bereitstellen als Atmungskette und oxidative Phosphorylierung im Zitratzyklus.

Quelle: Hinghofer-Szalkay H, Energiegewinnung und -speicherung in der Zelle

Begleitende Maßnahmen

Neben einer guten Mikronährstoffversorgung ist körperliche Aktivität und ausreichender Schlaf eine wichtige Voraussetzung, um im Alltag genügend Energie zu haben. So empfiehlt der Nationale Gesundheitsdienst Großbritanniens (NHS) 15-minütige Bewegungseinheiten zwischendurch als „Energieschub“.6 Experten vom britischen Royal College of Psychiatrists raten zu fixen Schlafenszeiten und ausgiebigen Entspannungsphasen vor der Nachtruhe für mehr Energie im Alltag.7 Gerade die Umstellung von Gewohnheiten benötigt jedoch auch Zeit. Eine Studie hat gezeigt, dass Umstellungen beim Lebensstil und hinsichtlich der Aktivitäten 18 bis 254 Tage dauern. Im Schnitt dauerte es 66 Tage, bis sich die Teilnehmer das gewünschte Verhalten nachhaltig angewöhnten.8

Literatur:

1 Hinghofer-Szalkay H, Energiegewinnung und -speicherung in der Zelle. Auf: http://physiologie.cc/I.4.htm

2 Hahn A, Ströhle A, Wolters M, Ernährung, 3. Auflage. Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft 2016

3 Thieme via medici: Citratzyklus: Reaktionen. Auf: https://viamedici.thieme.de/lernmodule/biochemie/citratzyklus+reaktionen

4 Thieme via medici: Gluconeogenese: Überblick und Reaktionen. Auf: https://viamedici.thieme.de/lernmodule/biochemie/gluconeogenese+%C3%BCberblick+und+reaktionen

5 Elmadfa I, Leitzmann C, Ernährung des Menschen. Verlag Eugen Ulmer 2019

6 National Health Service (NHS)

7 Royal College of Psychiatrists

8 Lally P, van Jaarsveld CHM, Potts HWW et al., How are habits formed: Modelling habit formation in the real world. Eur J Soc Psychol 2009

AutorIn: Mag. Martin Schiller

Apo-K 14|2019

Herausgeber: Ärztekrone VerlagsgesmbH
Publikationsdatum: 2019-07-19