Energiebereitstellung - Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf

Energiebereitstellung 

• Abhängigkeit der Energiebereitstellung 

• Energieverbrauch bei unterschiedlichen Sportarten 

• Zusammensetzung der Körpersubstanz 

• Energiespeichergrößen 

• Energiestoffwechsel (ATP-Resynthese, anaerob, aerob) 

• Teilprozesse der Energiegewinnung 

• Energieflussrate 

• Kennzeichen und Bedeutung der verschiedenen Energiespeicher 

• Prozentualer Anteil der energieliefernden Prozesse bei 

unterschiedlichen Belastungsintensitäten 

• Anteil der Fettverbrennung bei Belastung 


Dr. Peter Wastl 

Institut für Sportwissenschaft 

Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf 

Um eine bestimmte Belastungsintensität längere Zeit aufrecht 

erhalten zu können, muss in den Muskelzellen ausreichend 

Energie bereitgestellt werden. 

Diese Energiebereitstellung ist abhängig von: 

• Der Funktionsfähigkeit der Stoffwechselwege in der Muskelzelle, 

welche der Energiegewinnung dienen 

• Der Funktionsfähigkeit des Herz-Kreislauf-Systems einschließlich 

Atmung in Bezug auf: 

� Zufuhr der zur Energiegewinnung notwendigen Stoffe Glucose, 

Fette und Sauerstoff 

� Abtransport von Stoffwechselendprodukten, welche die 

Muskelfunktion stören 


1

Energieverbrauch 

... bei unterschiedlichen Sportarten: 

Laufen (9 km/Std.) 600 kcal 

Laufen (15 km/Std.) 900 kcal 

Skilanglauf (9 km/Std.) 600 kcal 

Skilanglauf (15 km/Std.) 1.300 kcal 

Radfahren (15 km/Std.) 

400 kcal 

Radfahren (30 km/Std.) 900 kcal 

Schwimmen (1,5 km/Std. 

400 kcal 

Schwimmen (3,5 km/Std.) 1.100 kcal 

Tennis (sportl. Einzel) 600 kcal 

Tennis (sportl. Doppel) 

400 kcal 

Fußball 780 kcal 

Golf (18 Löcher) 

330 kcal 

Bergsteigen 540 kcal 

0 500 1000 1500 

Körpersubstanz 

Durchschnittliche Zusammensetzung der Körpersubstanz 

eines erwachsenen Menschen 

Wasser 

60 – 70 % 

Eiweiß 

15 – 20 % 

Fett 

10 – 15 % 

Mineralstoffe 

4 – 6 % 

Kalorienverbrauch 

pro Stunde bei 

70 kg Körpergewicht 

Kohlenhydrate 0,5 % 


2

Energiespeichergrößen 

bei 70 kg Körpergewicht 

ATP / KP 

7 kcal 

anaerob 

relative Energieflussrate 

(nach BLUM/FRIEDMANN 1990) 

Kohlenhydrate 

1.250 kcal 

Primäre Energiequelle: ATP 

Energiefreisetzung durch ATP-Spaltung: 

aerob 

Fette 

150.000 kcal 

Muskel: 

max. Energieverbrauch 

Spaltung 

ATP ADP + P + ENERGIE 

(nach GEIGER 1988, 32) 

BAUSTOFFWECHSEL 

BETRIEBSSTOFFWECHSEL 


z. B. Wiederaufbau von 

verschlissenen Eiweißstrukturen 

z. B. Muskelarbeit bei 

sportlicher Betätigung 


3

Resynthese von ATP aus KP: 

K 

ATP 

ATP 

Vorrat 

ENERGIE 


Energiestoffwechsel 

ADP + P 

KP 

Vorrat 


Das Einwechseln von Stoffen (KH, Fette, EW) gegen Energie 

Vereinfachte Darstellung der Energieschub-Reaktion für die ATP-Resynthese 

4 Systeme des Energiestoffwechsels 

• anaerob alaktazid 

• anaerob laktazid 

• aerobe Glykolyse 

• aerobe Lypolyse 

1. anaerob-alaktazider Prozess 

Kreatinphosphat + Adenosindiphosphat �� Kreatin + Adenosintriphosphat 

(KP) (ADP) (K) (ATP) 

2. anaerob-laktazider Prozess 

Glucose (Glykogen) �� Laktat + ATP 

3. aerober glykolytischer Prozess 

Glucose (Glykogen) + O 2 �� CO 2 + H 2 O + ATP 

4. aerober lypolytischer Prozess 

freie Fettsäuren + O 2 �� CO 2 + H 2 O + ATP 

Beachte: - alle Systeme verlaufen gleichzeitig 

- erst ab dem aerob-anaeroben Übergang kann die aerobe 

Lypolyse nicht mehr ausreichend genutzt werden 


4


Das Einwechseln von Stoffen (KH, Fette, EW) gegen Energie 

Vereinfachte Darstellung der Energieschub-Reaktion für die ATP-Resynthese 

4 Systeme des Energiestoffwechsels 

• anaerob alaktazid 

• anaerob laktazid 

• aerobe Glykolyse 

• aerobe Lypolyse 

Beispiel: Anfeuern eines Kohleofens 

1. Zeitungen (ATP + KP) in 

den Ofen 

2. Zeitungen (ATP + KP) und 

Holz (KH) in den Ofen 

3. Zeitungen (ATP + KP), 

etwas Holz (KH) + Kohle 

(Fette) in den Ofen 


Aerobe und anaerobe Energiegewinnung 

Vergleich zwischen Otto-Motor und Muskelfaser 

Das Feuer wird schnell auflodern und wieder erlischen 

= anaerob alaktazid 

Das Feuer hält länger und gibt viel Wärme ab. Dabei 

kommt es zu einer hohen Aschenproduktion (Laktat) 

= anaerob laktazid + aerobe Glykolyse 

Das Feuer brennt/glüht lange und es kommt zu einer 

langen Abstrahlung von Wärme. Dabei kommt es zu einer 

geringen Aschenproduktion (Laktat) 

= aerobe Lypolyse 

Energieherstellung 

Otto-Motor Muskelfaser 

TANK 

Benzin 

VERGASER 

Benzin-Luft-Gemisch 

ZYLINDER 

Verbrennungsenergie 

Kolbenantrieb 

Abgase 

SUBSTRATSPEICHER 

Glykogen 

Glucose 

ZELLPLASMA 

Depot-Fett 

MITOCHONDRIEN 

Enzymatische Aufbereitung 

2 mol ATP 36 mol ATP 

Energie 

Muskelantrieb 

Protein 

Fettsäuren Aminosäuren 

anaerob aerob 

Laktat 



Wasser 

Kohlendioxid 


5

Energiestoffwechsel Energiegewinnungsprozess (stark vereinfacht) 

Blutkapillare 

Blutkapillare 

--- Nährstoffe --- 

Proteine Kohlenhydrate Fette 

� 

� 

Aminosäuren Glucose Glykogen Fettsäuren 

Milchsäure 

2 CO 2 

4 CO 2 


� 

� 

C 6 H 12 O 6 

Glykolyse 

�� 

� 

Brenztraubensäure (Pyruvat ) 

2 C- 3 

Oxidative Decarboxillierung 

�� 

Aktivierte Essigsäure (Acetyl CoA ) 

2 C- 2 

Citratzyklus 

�� 

+ 6 H 2 O 

H 

Atmungs- 

Kette 

�� 

12 H 2 O 

�� 

Gesamtbilanz (aerob): :C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 + 6 H 2 O �� 6 CO 2 + 12 H 2 O + 38 ATP 

Teilprozesse der Energiegewinnung 

�� 

�� 

�� 

�� 

Teilprozess 

Glykolyse 

Oxidative 

Decarboxilierung 

Citratzyklus 

(Krebszyklus) 

Atmungskette 

Ort 

Zellplasma 

Mitochondrium 

Mitochondrium 

Mitochondrium 

Summe: 

Energieausbeute 

2 ATP 

2 ATP 

34 ATP 

38 ATP 

6 O 2 

24 H 

Hauptaufgaben 

Abspaltung von CO 2 und 

Bildung von aktivierter 

Essigsäure (Acetyl CoA) 

� 

� 

Abbau der Glucose zu Brenztraubensäure 

(Pyruvat) 

Bereitstellung von Wasserstoff 

(H) für die Atmungskette und 

weitere Abspaltung von CO 2 

Resynthese von ATP durch 

Oxidation des Wasserstoffs (H) 

aus den Teilprozessen � bis � 

2 ATP 

Zellplasma 

(anaerob) 

Mitochondrium 

(aerob) 

Laktat 

2 CO 2 

4 CO 2 

2 ATP 

34 ATP 

Abfallprodukt 

12 H 2 O 

Die Energieausbeute ist hoch (40%), pro mol Glucose 1 werden insgesamt 38 mol ATP 

gebildet. Die Geschwindigkeit der ATP-Bildung (Energieflussrate) ist jedoch relativ klein. 

1 mol = Molekülmasse in g (z. B. 1 mol Glucose = 180 g) 


6


Schnelligkeit in Abhängigkeit von der Energiebereitstellung 

Brenndauer und Energieflussrate der einzelnen Energieträger sind aufgrund der 

unterschiedlichen Bevorratung verschieden. 

Brennstoff 

ATP 

KP 

anaerobe Glykolyse 

aerobe Glykolyse 

aerobe Lypolyse 


Brenndauer 

bis 3 sec 

bis 6 – 15 sec 

bis 30 – 40 sec 

bis 30 – 60 min 

mehrere Stunden 

Schnelligkeit 

hoch 

niedrig 

ATP-Bildungsrate 

(mmol/min) 

4,4 mmol/min 

4,4 mmol/min 

2,4 mmol/min 

1,0 mmol/min 

0,4 mmol/min 

Anteil der Energie liefernden Substanzen bei körperlicher Belastung mit 

unterschiedlicher Dauer sowie die jeweils maximale Leistungsfähigkeit 

Anteil der Energiebereitstellung in % 

120 

100 

80 

60 

40 

20 

0 

ATP 

KP 

maximale Leistungsfähigkeit 

anaerobe Glykolyse 

1 5 20 40 60 sec ......... 2 3 20 min ............ 1 2 std 

Belastungsdauer 

aerobe Glykolyse 

aerobe Lypolyse 



7


Kennzeichen und Bedeutung der verschiedenen Energiespeicher 

und Energiegewinnungswege bei jeweils maximaler Belastung 

Speicher 

Kennzeichen 

Energiegewinnung 

Sauerstoffbedarf 

Milchsäurebildung 

Ermüdung 

Beginn der 

ATP-Bildung 

ATP-Bildungsgeschw. 

(ATP-Menge / Zeit) 

Energieausbeute (ATP- 

Menge / mol Nährstoff) 

Speicherkapazität 

Bedeutung 


ATP / KP- 

Speicher 

anaerob-alaktazid 

- 

- 

sehr schnell durch 

Speicherentlehrung 

verzögerungsfrei 

sehr hoch 

- 

gering 

nur für Sekunden 

Sofortdepot, reicht für 

wenige und schnell aufeinander 

folgende Kon - 

traktionen bei maximaler 

Belastung (100m- 

Start, Gewichtheben) 

anaerob-lakatazid 

schnell durch 

Übersäuerung 

schnell anspringend 

hoch 

gering 

kann wegen Übersäuerung 

nicht 

ausgenutzt werden 

dominierend bei intensiven 

Belastungen 

zw. 15 sec und 2 min 

(200m- bis 800m-Lauf, 

100m Schwimmen) 

- 

+ 

Glykogenspeicher 

+ 

- 

sehr langsam, 

da keine Milchsäurebildung 

gering 

hoch 

über 1,5 Stunden 

dominierend bei Belastungen 

zw. 2,5 min 

und 120 min (1000m- 

Lauf bis Marathon- 

Lauf) 

Rechenbeispiel: Energieverbrauch eines Marathonläufers 

Körpergewicht 70 kg, Laufzeit ca. 4 Stunden 

Gesamtbedarf für 4 Stunden: 3.120 kcal 

Kohlenhydratspeicher des Läufers: 

Muskelglykogen 245 g 

Leberglykogen 108 g 

Glucose im Blut und extrazellulärer Flüssigkeit 11 g 

_____ 

Gesamt-Kohlenhydrate im Körper 364 g 

KH-Energievorräte im Körper: 364 g x 4 kcal = 1.456 kcal 

Energiedifferenz: 1.664 kcal 

Für eine bessere Leistung: 

• höhere Kohlenhydratspeicher vorher anlegen 

• Kohlenhydrate während der Belastung sinnvoll 

• KH-Speicher nach der Belastung wieder auffüllen 

aerob 

langsam anlaufend 

hoch 

... aus anderen Energiequellen abdecken ... 

• Körperfett 

• Muskeleiweiß 

• Kohlenhydratzufuhr während der Belastung 

Fettspeicher 

aerob 

höher als aerober 

Glucoseabbau 

niedriger als 

aerober 

Glucoseabbau 

nahezu 

unerschöpfliche 

Energiequelle 

dominierend bei 

allen Belastungen 

über 120 min 

- 


8


Prozentualer Anteil der energieliefernden Prozesse bei unterschiedlichen 

Belastungsintensitäten (nach STEMPER 1993, in Anlehnung an NEUMANN 1991 u. Worm1993) 

100% 

90% 

80% 

70% 

60% 

50% 

40% 

30% 

20% 

10% 

0% 

0 

10 

90 

Fette KH aerob KH anaerob 

5 

15 

80 

10 

40 

50 

Ruhe < 2 mmol < 3 mmol < 4 mmol < 7 mmol > 7 mmol 

„sehr gering“ „gering“ „mäßig“ „mittel“ „submaximal“ „maximal“ 


20 

50 

30 

Belastungsintensität 

Anteil der Fettverbrennung bei Belastung 

Rechenbeispiel: 

Intensität 1 

„gering“ 

Intensität 2 

„mäßig“ 

Intensität 3 

„submaximal“ 

50% Hfmax < 2 mmol Laktat 

3 mal 30 min / Woche 

Anteil Fettverbrennung = 80% 







70 

20 

10 

7 kcal / min 

630 kcal 

504 kcal 

14 kcal / min 

1.260 kcal 

630 kcal 

18 kcal / min 

1.620 kcal 

324 kcal 

80 

20 

0 



9


Fett-Energieumsatz (wenig Trainierte bei unterschiedlicher 

Laufbelastungsintensität) 

Geh-Lauf- 

Tempo 

km / h 

0,0 

5,0 

7,5 

9,0 

10,5 

12,0 

15,0 

Kalorienumsatz 

kcal / min 

1,2 

4,3 

8,3 

10,0 

11,2 

12,4 

15,0 

kcal / h 

72 

257 

500 

600 

672 

744 

900 

Zusammenfassung ... 

sehr gering 

sehr gering 

gering 

mäßig 

mäßig 

mittel 

submaximal 


„Empfinden“ 

Belastungsintensität 

und Fettanteil bzw. Fettkalorien 

Laktat 

0,5 

1,0 

1,5 

2,0 

3,0 

4,0 

7,0 

Fettanteil % 

90 

90 

80 

80 

50 

30 

10 

Fett-Kalorien / h 

0,9 x 72 = 65 

0,9 x 257 = 230 

0,8 x 500 = 400 

0,8 x 600 = 480 

0,5 x 672 = 336 

0,3 x 744 = 223 

0,1 x 900 = 90 

(nach STEMPER 1993) 

• Abhängigkeit der Energiebereitstellung 

• Energieverbrauch bei unterschiedlichen Sportarten 

• Zusammensetzung der Körpersubstanz 

• Energiespeichergrößen 

• Energiestoffwechsel (ATP-Resynthese, anaerob, aerob) 

• Teilprozesse der Energiegewinnung 

• Energieflussrate 

• Kennzeichen und Bedeutung der verschiedenen Energiespeicher 

• Prozentualer Anteil der energieliefernden Prozesse bei 

unterschiedlichen Belastungsintensitäten 

• Anteil der Fettverbrennung bei Belastung 



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