Energiestoffwechsel 1
- Phil
- Mar 8, 2023
- 9 min read
In dieser Blogreihe soll es um das Thema Mitochondrien im Kontext unserer Gesundheit gehen. Ich zeige dir was diese Energiekraftwerke ausmacht, deren Funktion und einige tiefe und spannende Verbindungen. Wir betreten nun die Reise in den Mikrokosmos und zwar ins ganz kleine, auf Ebene von Elektronen, Protonen und Photonen. Dabei werden wir Biologie mit Physik, (Elektrotechnik) der Quantenmechanik vereinen.
Halbleiter Ingenieure versuchen Elektronen effizient über Silikon Wafer=Halbleiter Chips (synthetischer Polymere, Silicium Atome mit Sauerstoffatome verknüpft) zu bewegen. Je schneller desto leistungsstärker ist unsere PC. Halbleiter, Transistoren, Wafer etc. steuern den Energie bzw. Elektronenfluss über das Halbleitermaterial. Staunend betrachten wir unser Handy und fragen uns wie ist das alle möglich. Welch Technologie unser Leben bestimmt. Im Grund geht es darum elektrische Ladungen gezielt zu steuern. Das moderne Informationszeitalter basiert auf dieser Technologie. Wusstest du dass in dir dasselbe stattfindet? In unser Mitochondrium flitzen Elektronen entlang der inneren Mitochondrienmembran. Dabei erzeugen sie Energie. Es gilt dasselbe wie im PC, je mehr Elektronen kontrolliert bewegt werden können, desto leistungsstärker. Tiere tragen tausenden dieser Energiestationen in ihren Zellen. Wir Menschen ebenfalls. Das komplexe Leben wie wir es kennen hängt davon ab. Faszinierend oder?
Die Einheit der erzeugten Energie in uns wird als ATP=Adenosintriphosphat bezeichnet. Es ist die Energie des Lebens. Die genannten Elektronen stammen übrigens aus unsere Nahrung, weshalb ich mit dem Thema Ernährung auf GesundheitsPhi begonnen habe. Die Elektronen flitzen entlang der Atmungskette und reagieren unter der Einwirkung von Sauerstoff zu ATP. Jede tierische Zelle nutzt diesen Mechanismus. Dabei entstehen 150 Millivolt in unserer inneren Mitochondrienmembran. Umgerechnet sind das 30 Millionen V/M und gleichen der Energieentladung eines Blitzes.
Nun nutzen wir das Moto Kants:
„Habe Mut, dich deines Verstands zu bedienen“
Energy is everything
Jeder Mensch steht vor der Frage und eigenen alltäglichen Entscheidungen, von wem, welchen Aussagen und Behauptungen man sich führen/beeinflussen lässt. Eine freie Marktwirtschaft ist nicht gesundheitsorientiert. Ihr geht es um Profit, um Produkte und Umsatz. In anderen Worten interessiert das Produkt nicht der Mensch oder Konsument. Dazu werden Werbung und diverse Marketinginstrumente eingesetzt. Leider wird nicht nur die Wahrheit und Tatsachen verkauft. Das ganze funktioniert weil unser Computer im Kopf eine kritische Datenmenge benötiget. Hat er die nicht und damit meine ich wissenschaftliche Tatsachen, dann reimt er aus der vorhandenen Datenmenge=Marketing eine Geschichte zusammen, die für uns plausibel erscheint. Viele glauben zu wissen, da ihr Intellekt aus einer zu geringen Datenmenge ein großes Bild erstellt, welches allerdings nicht der Wahrheit entspricht, sondert Glaubensmuster etc. unterliegt. Das perfekte Beispiel ist das Thema Fett hier. Wissen bedeutet eine Wahrheit entdeckt zu haben.
Das spannende ist nun, jeder muss allerdings seine eigene Wahrheit finden und dazu muss sich jeder Mensch mit sich selbst und seinen Glaubenssystemen auseinander setzen. Die Wahrheit steckt in uns allen und muss von jedem selbst entdeckt werden.
Nun zeig ich dir dein wahres Energiepotential, deine Quelle zur Regeneration und nein wir brauchen dazu keine Lichter, Kerzen oder Engel :) (sry for that)
Das Thema Energie ist ein gutes Beispiel hierfür. Im Grunde dreht sich alles darum, unser ganzes Leben ist ein Spiel der Energie. Kriege und Konflikte handeln meistens um Energie in irgend einer Form. Die heutige Zeit ist geprägt durch einen Kampf um Energie. Erst war es Macht, dann Rohschätze, Gold, Öl...Information/Daten/Währung?...
In diesem Blog geht es um die Zellenergie und woher sie stammt bzw. wie sie aufgebaut wird.
Ernährung ist Energie
Die Energie der Nahrung muss verstoffwechselt werden. Dazu müssen sie im Energiestoffwechsel verarbeitet werden. Nun schauen wir uns an wie die Energie in der Nahrung in uns verstoffwechselt wird.
Ganz grob wird die Energiegewinnung in den Zellen zwischen aerob und anaerob unterschieden. Welchen Energiestoffwechselweg die Zelle nutzt, hängt in gewisser Weise von deiner Ernährung und deinem Gesundheitszustand ab.
Welchen Weg wir einschlagen ist entscheidend. Ob unser Körper den aeroben oder anaeroben Weg nutzt hat aus entwicklungsgeschichtlicher Perspektive enorme Auswirkungen und basieren auf funktionellen Mechanismen, einem biologischen Sinn oder einer entwicklungsbiologischen Anpassung. Darüber wird es in der Blogreihe Entwicklung gehen.
Energiestoffwechsel
Wir befinden uns in den Körperzellen, dem Zytosol/Zellplasma und den Mitochondrien/Zellkraftwerken.
Es wird zwischen einer aeroben (mit Sauerstoff) und anaeroben (ohne Sauerstoff) Verbrennung unterteilt. Um keine falschen mentalen Bilder hervorzurufen, es handelt sich um keine Verbrennung im Sinne von Feuer, sondern um eine Oxidation.
Ursprünglich dachte man an eine Art Verdauungsfeuer. In der östlichen Medizin kennen wir Agni, das Verdauungsfeuer (bzw. Mehrzahl, auch eine Gottheit, es steckt mehr dahinter als Verdauung). Der Magen bzw. die gesamte Verdauung wird hier als ein Kochprozess verstanden, indem "allchemisch" die Nahrungsessenz in Qualität und Essenz entsteht. Auch in der westlichen Medizingeschichte, die historisch auf die östliche Anschauung aufbaut, kennen wir ebenfalls eine Stoffwechselkraft, die durch Feuer repräsentiert wird. Westlich kann das Feuer mit der Kraft von Magen, Pankreas, Enzymen, Wasser etc. verglichen werden. Heute wissen wir es sitzt kein Feuer in unserem Magen-Darmtrakt :)
Viel mehr geht es um Protonen/H+ in unserem Körper, welches einer Art Feuer ähnelt. Die Magensäure mit einem Ph Wert von 1-2 ist stark sauer-ätzend.
Nahrung hält Energie in Form von Elektronen und Protonen. Die Nahrung wird durch enzymatische Prozesse abgebaut und in den Mitochondrien mithilfe von Sauerstoff zu Wasser und ATP oxidiert. Deshalb atmen und essen wir. Die Stoffwechselrate wird genau durch das bestimmt. Je höher der Verbrauch, desto höher die Stoffwechselrate. In den Mitochondrien durchlaufen die Elektronen verschiedene Energiestationen, sogenannte Proteinkomplexe der Atmungskette. Hier werden die Elektronen und Protonen in einer Kettenreaktion weitergereicht. Dabei entsteht ATP, welches zur Energieversorgung genutzt wird.
Der anaerobe Energiestoffwechsel ist 19 mal ineffizienter als der aerobe und findet im Zytosol statt. Das Problem bei der Fermentation ist, dass Stoffwechselendprodukte wie Laktat entstehen, sich anhäufen und die weitere Energieproduktion blockieren. Wir erfahren diesen Mechanismus als Erschöpfung durch Muskelaktivität, dem Muskelkater. Heute wissen wir das jegliche Zellen mit Mitochondrien einen solchen Stoffwechselweg nutzen. (siehe hier)
Schon im 19 Jahrhundert postulierte Justus von Liebig einen Zusammenhang zwischen der Zellatmung und Übergewicht. Je schlechter die Zellatmung, desto eher die Tendenz des Übergewichts. Hier empfehle ich dir die Blogreihe Kalorien weiter zu verfolgen.
Der Unterschied liegt überwiegend in der Nutzung der Kraftwerke.
Der aerobe Stoffwechselweg nutzt die Zellkraftwerke, Mitochondrien um Energie zu erzeugen. Die Mechanismen werden als Glykolyse und Beta-Oxidation bezeichnet. Im Detail, werden im Rahmen der Glykolyse (aerob und anaerob) Glukose (Zucker) zu Pyruvat verarbeitet. Das Pyruvat wird nun, lediglich im aeroben Energiestoffwechsel weiter ins Mitochondrium transportiert, wo es in den Citratzyklus eingeht. Der Citratzyklus ist darauf spezialisiert Energie zu erzeugen und zwar 19 mal so viel wie in der Glykolyse.
Fette können nur über den aeroben Stoffwechselweg abgebaut werden. Am Ende entsteht hier eine Menge an Zellenergie ATP.
Warum überhaupt dieses ganze Drama über Ernährung, Low Carb, was wir essen sollten...
Es geht darum für welchen Energieweg wir uns indirekt entscheiden.
Betrachten wir was im Körper passiert und wie er reagiert, wenn wir Zucker oder Fette essen. Essen wir Zucker oder Kohlenhydrate schüttet unser Körper Insulin aus, um die Glukose schnellst aus dem Blut zu schaffen. Glukose birgt also ein Risiko für den Körper, es muss deshalb von einem Hormon kontrolliert und in Zellen geschleust werden. Bleibt zu viel Glukose über längere Zeit im Blut, läuft man Gefahr Nerven, Augen, Muskel etc. zu zerstören und sich bleibende Schäden einzuholen. Dies sind typische Probleme und Erkrankungen von Diabetikern.
Wie jeder Energie wirtschaften muss, so muss auch unser Körper Entscheidungen fällen, was er mit der zugeführten Energie macht. Wie immer entscheidet die oberste Instanz :)
Auf unsere Volkswirtschaft angewandt die Politiker und Big Player.
Wir müssen verstehen was der Körper mit dem Zucker macht. Er kann zu viel dieser Art von Energie gar nicht auf einmal verarbeiten, deshalb baut er in der Leber Glykogenspeicher (Zuckerspeicher) auf und schleust den restlichen Zucker, nach Modifikation, ins Fettgewebe.
Ein zu viel an Kohlenhydraten wird also auch als Fett abgespeichert. Fett ist Futter für die Mitochondrien. Nun können einige Infos verbunden werden. Siehe hierzu diese Videos (hier) und Blog hier.
Kurz und knapp: Wie auch zu viel Macht und Energie eines Politikers in einer Gemeinschaft zu einer Gefahr werden kann, so kann auch zu viel Zucker zu einer Gefahr werden. Zu viel Zucker macht unruhig, nervös, denn unser Körper muss ihn schnell aus dem Blut schaffen. Am besten in die Muskeln und diese wollen sich dann bewegen und die Energie zu nutzen. So war einst der Plan und Sinn der Natur. Zu viel davon kann zu Problemen führen. Deshalb gibt es den Zuckertest. Das werden wir in weiteren Teilen tiefer behandeln.
Ich find es immer wieder lustig, wenn Eltern ihre Kinder mit Zucker füttern und sich dann wundern warum das Kind so aufgedreht ist. Es ist eine natürliche Schutzreaktion des Körpers. Es sei angemerkt, dass bei einem Signalisierungsproblem auch Müdigkeit eintreffen kann (rein zur Vollständigkeit).
Wusstest du, dass Fette und Proteine von körpereigenen Enzymen verarbeitet werden? Das bedeutet, dass keine Blähungen bzw. deutlich weniger Blähungen entstehen, wenn nur Fette und Proteine gegessen werden. Blähungen entstehen sobald Kohlenhydrate verstoffwechselt werden. (Ausnahme Pankreas, Leber-/Gallenblasenerkrankung). Der Grund, wir haben keine Enzyme für komplexe Kohlenhydrate. Diese müssen und können nur von unseren Darmbakterien abgebaut werden. Hierbei entstehen Gase. Jeder kennt den Effekt von Bohnen. Deswegen rate ich dir nach wie vor zur Steinzeiternährung und auch der Infoveranstaltung.
Nun aber zurück zum Energiestoffwechsel und der Wahl der Energiewege. Ich möchte das Thema einfach halten. Man kann ganz simpel zwischen einem Zucker- und Fettstoffwechsel unterscheiden.
Nun zum Ersten der beiden.
Glykolyse
Hier wird der Zucker in abgebauter kurzer Form, der Glukose, abgebaut. Pro Molekül Glukose werden 2 ATP gewonnen. Die Glykolyse kann an das Mitochondrium angeschlossen werden. Dazu muss Glukose enzymatisch zu Pyruvat und dieses kann, wenn Sauerstoff vorhanden, in das Mitochondrium und wird über die Pyruvatdehydrogenase (PDH-Dehydrogenase) davor zu Acetyl CoA. Dazu ist ein Transporter nötig der H+ und Pyruvat aus dem Zytosol ins Mitochondrium befördert. Liegt kein Sauerstoff vor, dann wird aus dem Pyruvat über die Laktatdehydrogenase Energie gewonnen. Ohne Sauerstoff entstehen aus einem Molekül Glukose 2 ATP. Mit Sauerstoff dagegen 37 Moleküle ATP.
Pentose-Phosphat-Weg (PPP)
Im Rahmen des PPP wird NADPH erzeugt, die zur Biosynthese von Nukleotiden verwendet werden. Der PPP findet in jeder Zelle statt und ist, wenn die Zelle reduziert ist und keine Nukleotide aufgebaut werden müssen, an die Glykolyse gebunden. Die Leber baut so Cholesterin auf. Die Nebennieren Steroidhormone, das Fettgewebe Fettsäuren, die laktierenden Brustdrüse Fettsäuren und Milchfett, die Hoden und Ovarien die Geschlechtshormone u.v.m.,
Citrat-Zyklus/TCA
Der TCA koppelt an die Atmungskette, da ATP, 3NADH und 1FADH2 durch Oxidation aus einem Acetyl-CoA erzeugt wird. Es wird Acetyl-CoA zu 2C02 und obigem verarbeitet. Das Acetyl-CoA kann aus allen drei Makronährstoffen stammen und auch aus Metaboliten des TCA, die unter bestimmten Bedingungen aus und in den TCA mittels Enzymkomplexen gelangen. Außerdem wird oder kann je nach Situation der Zelle Glukose, Häm, Fettsäuren oder Aminosäuren aufgebaut werden. Der TCA ist komplex und kann in beide Richtung ablaufen. Manche Substrate wie Citrat sind in der Lage, bei Bedarf, über die Mitochondrienmembran zu überqueren.
ß-Oxidation
Hier werden Fette abgebaut. Die Fettverbrennung benötigt Sauerstoff und ist sehr effizient. In der Mitochondrien Matrix werden hier Fettsäuren zu Acetyl CoA, NADH und FADH2 abgebaut. Actetyl CoA geht dann in den TCA ein und dabei entstehen Elektronen und Protonen/H+, die dann in die Atmungskette eingehen. Nun gelangen wir wieder an die Ausgangssituation dieses Blog. Denn nun geht es um Elektronen und Protonen aus der Nahrung.
Unterm Strich entsteht hier deutlich mehr Energie als durch den Abbau von Kohlenhydraten und genau dass wollen wir. Der Abbau eines Molekül Acetyl CoAs liefert 10 Moleküle ATP. Langkettige Fette könne aus bis zu 21 Kohlenstoffen bestehen. Hier sollte deutlich werden warum ich Fette häufig als elektronendicht bezeichne.
Das ganze klingt verwirrend und ist es auch :) Aber wir werden das noch oft genug anschauen und irgendwann verstehen. Trust me :)
Wenn du dich das erste mal mit diesem Thema auseinandersetzt dann ist folgender Abschnitt sehr wichtig.
Kurz und knapp: In der ß-Oxidation entsteht mehr Energie mit der die Zelle etwas machen kann. Leben ist Energie. Sehe den Blog hier. Warum sich nicht für ein leben mit mehr Energie entscheiden? Wie jeder Unternehmern oder Politiker den Weg mit dem meisten Energieertrag wählt, warum nicht auch wir?
Auch unsere Zellen stellen sich die Energiefrage. Warum ein Kind, Baby und auch wir Erwachsene den Fettstoffwechselweg einschlagen, sollte nun klar sein. Es geht uns dabei besser, denn es kommt mehr dabei raus. Die Frage ist welche Entscheidungen fällst du, wie lebst du etc.? Denn hiervon hängt der Energiestoffwechsel ab und zwar welcher stattfindet. Aerob oder anaerob.
Für ein besseres Verständnis hier ein wenig Infos aus der Entwicklungsgeschichte.
Wir Menschen sind in der Lage Fette zu verstoffwechseln und die darin reichhaltig gespeicherte Energie zu nutzen. Nicht jedes Lebewesen ist dazu in der Lage und schon gar nicht der Affe! Hierzu benötigen wir den Rezeptor CD36 im Mund und das Hormon CCK, welches unseren Verdauungssystem auf die kommende Fettmenge vorbereitet. Wirbeltiere besitzen dieses Hormon und sind in der Lage Fette zu verstoffwechseln. Das war eine entscheidende Errungenschaft, denn nun stand dem Körper viel mehr Energie zur Verfügung aus der er neue Wege und damit Komplexität einschlagen konnte. Siehe das Video hier und hier. Weiteres in der Blogreihe Entwicklung.
Ich selbst bin sehr experimentierfreudig, doch jedes Experiment muss man überprüfen. Dazu braucht man messbare Kontrollwerte. Eines davon wäre der C02 Gehalt, der in der Sportmedizin und im Leistungssport häufig angewandt wird. Unter aeroben Energiegewinnung fällt weniger C02 an als unter anaerober. So bekommt man Informationen über den Energiestoffwechsel aus einer solchen Messung. Die Untersuchung nennt sich Spiroergometrie.
Damit der Blog nicht zu lang wird stoppe ich hier, möchte dir aber die Möglichkeit geben, wie oben beschrieben, selbst tätig zu werden, Informationen zu lesen und aus der Datenmenge ein Bild aufzubauen.
Bis bald
Phil
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