Skelettmuskelenergetik

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Adenosintriphosphat (ATP) liefert die Energie für die Muskelkontraktion und -entspannung. Das im Zytosol der Muskelzellen gespeicherte ATP reicht nur für wenige Muskelzuckungen aus. Um länger kontrahieren zu können, müssen die Muskelzellen ihr intrazelluläres ATP wieder auffüllen. Dies geschieht über drei Stoffwechselwege:

Aus Kreatinphosphat über die Lohmann-Reaktion: Kreatinphosphat + ADP ↔ Kreatin + ATP. Die Kreatinkinase speichert im Ruhezustand Phosphatbindungen in Kreatinphosphat und bildet bei Bedarf aus Kreatinphosphat wieder ATP. Die begrenzten Kreatinreserven der Muskelfasern beschränken den Einsatz dieser Reaktion auf die Energieversorgung von Muskelkontraktionen mit einer Dauer von bis zu 10 Sekunden. Dieser Prozess benötigt keinen Sauerstoff und bildet kein Laktat (Milchsäure); er ist also anaerob-alaktazid.

Glykolyse: wandelt Glukose in Pyruvat um. Die Glukose stammt hauptsächlich aus dem Abbau von Glykogen und zu einem geringeren Teil aus freier Glukose. Der Glykogenabbau liefert 3 mol ATP pro mol Glukose, während die freie Glukose 2 mol ATP pro mol Glukose liefert. Steht Sauerstoff zur Verfügung, tritt das Pyruvat in den oxidativen Abbau ein; andernfalls wird es zu Laktat umgewandelt, womit der Prozess anaerob-laktazid abläuft. Die Glykolyse ermöglicht bis zu einer Minute Muskelkontraktion, bevor Ermüdung eintritt.

Oxidative Phosphorylierung: verstoffwechselt Biomoleküle wie Pyruvat, um daraus ATP zu regenerieren (aus den Pyruvaten eines Glukosemoleküls 28-30 ATP). Dieser Prozess erfordert Sauerstoff und findet in den Mitochondrien statt, vorwiegend in Typ-I-Fasern. Zudem entsteht dabei kein Laktat; der Prozess ist somit aerob-alaktazid. Die oxidative Phosphorylierung kann die Muskelkontraktion über Stunden hinweg mit Energie versorgen. Das in den Mitochondrien gebildete ATP kann die Mitochondrien jedoch nicht direkt verlassen. Über die Lohmann-Reaktion wird das Phosphat auf Kreatin übertragen und gelangt als Kreatinphosphat ins Sarkoplasma, wo es zur Regeneration von ATP aus ADP dient.

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Glykolyse und oxidative Phosphorylierung

Das bei der Glykolyse gebildete Pyruvat gelangt in die Mitochondrien, wo es bei Vorhandensein von Sauerstoff der oxidativen Phosphorylierung unterzogen wird. Andernfalls wird der Großteil des Pyruvats in Laktat umgewandelt.

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Zusammenfassung