Woher die Energie für Leistung kommt – Mitochondrien

Mitochondrien stecken in so gut wie jeder unserer Zellen, aber auch in den von Tieren und Pflanzen, sie sind etwa 0,001 bis 0,005 mm groß und kugel- oder röhrenförmig. Sie stammen vermutlich von Bakterien ab, die in den Anfängen der Evolution eine Symbiose mit den Zellen unserer Vorfahren eingegangen sind. Je aktiver eine Zelle ist, sprich Energie für seine Funktion benötigt und verbraucht, desto mehr Mitochondrien schwimmen im flüssigen Inneren der Zelle. Unsere Leberzellen haben zum Beispiel etwa einen Anteil von 13 % Mitochondrien, die daueraktiven Herzmuskelzellen von bis zu 50 % im Verhältnis zu gesamten Zelle. Meist heften sie sich aneinander und bilden ein Netzwerk, das die ganze Zelle durchzieht und sich permanent verändert.

mitochondria-3016868_960_720Dank Ihrer eigenen DNA können Sie sich fusionieren und, wie Zellen auch, teilen, bleiben aber immer innerhalb dieser. Die Hülle eines Mitochondriums besteht aus einer äußeren und einer inneren Lipid-Membran die mit verschiedenen Proteinen durchsetzt sind. Die äußere Membran ist durchlässig für den Austausch von benötigten Molekülen und Ionen aus der Zelle, größere Proteine werden aktiv von Transportproteinen in der Membran durch diese gleitet. Die innere Membran ist stark gefaltet und hat damit eine weit größere Oberfläche auf der ebenso viele verschiedene Proteine sitzen. Auf und innerhalb der inneren Membran finden die für unseren Körper wichtigsten Stoffwechselvorgänge statt. Daher wird das Mitochondrium auch als Kraftwerk der Zellen genannt.

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Umwandlungsprozess im Zellkraftwerk
Vereinfacht werden die über die Nahrung aufgenommen Kohlenhydrate, Fette und Eiweiß über das Blut zu den vielen Zellen unseres Körpers geleitet. Dort nehmen die Mitochondrien die Stoffe auf und wandeln sie in mehreren Reaktionsschritten mittels Oxidation um. Das Funktionsprinzip ist dem eines Verbrennungsmotors nicht unähnlich, nur das die chemischen Umwandlungen in kleinen Schritten und nicht mit einem großen Knall passieren. Am Ende entstehen aus z.B. aus einem Molekül Glucose 36 Moleküle ATP hinzu kommen 12 Wassermoleküle und 12 Enzymmoleküle, die aber für den Reaktionsprozess wiederverwendet werden. Der energetische Wirkungsgrad der biologischen Oxidation entspricht etwa 40 %, der Rest geht als Wärme verloren, kann aber für die Regulierung der Körpertemperatur verwendet werden.

Energiemolekül ATP
Aber warum erzählen wir Ihnen hier im Blog von den Mitochondrien? Vor allem weil sie das vorhin genannte aber nicht näher erklärte ATP produzieren. Die Abkürzung steht für Adenosintriphosphat, eine chemische Verbindung mit hohem Energiepotenzial. Wird diese durch weitere Prozesse, z.B. durch die Reaktion mit Enzymen und Wasser, in der Zelle gespalten, wird Energie freigesetzt. Das kann bis zu dreimal geschehen und setzt insgesamt eine Energie von ca 100 kJ/mol frei. Diese Zahl ist für Nicht-Chemiker und Physiker abstrakt, viel wichtiger ist aber, dass diese Energiefreisetzung recht hoch ist und viel schneller vonstattengeht als zum Beispiel bei der direkten Aufspaltung von Glucose in der Zelle. Die freigewordene ATP-Energie treibt Synthesevorgänge, den Transport von Stoffen zwischen und innerhalb von Zellen (Ionen, Molekülen, Neurotransmitter etc.) und die mechanische Arbeit (Bewegung, Verformung, Muskelkontraktion) an. Somit ist das ATP die Grundlage für so gut wie alle Vorgänge in unserem Körper und beeinflusst damit unsere Leistungsfähigkeit erheblich.

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Möglichkeiten der Energieumwandlung

Ein andauernder Energiemangel in den Zellen ist häufig der Anfang einer der Zivilisationskrankheiten wie Krebs, Diabetes oder Depression. Was wir unserem Körper zuführen und wie wir Ihn bewegen, hat direkten Einfluss auf unsere Zellen und die Mitochondrien darin. Gesundheit fängt mit einer gesunden Zelle an. Die größte Auswirkung hat unsere Lebensgestaltung auf die Energiegewinnung in unseren Zellen, diese wiederum positive wie negative Wirkungen auf unseren Stoffwechsel und Wohlbefinden hat. Für die verschiedenen Möglichkeiten bietet sich eine Analogie mit dem Feuer an. Ein Feuer lässt sich mit Papier, Holz oder Kohle entfachen. Papier entzündet sich sehr schnell, die Flammen bzw. die Energie verpufft aber genauso schnell wieder. Holz liegt im Mittelfeld in Sachen Entflammbarkeit und Brenndauer. Kohle hingegen ist schwierig zu entzünden, hält aber dementsprechend lange. Die Zellen haben ebenso drei Möglichkeiten ATP zu produzieren.

  • Papier: Energie aus Zucker ohne Sauerstoff
  • Holz: Energie aus Zucker mit Sauerstoff (aerob in den Mitochondrien)
  • Kohle: Energie aus Fett mit Sauerstoff (aerob in den Mitochondrien)

Die Zelle bevorzugt die Energiegewinnung aus Zucker da dieser Prozess schnell und einfach vonstattengeht. Besonders wenn wir im Stress sind oder schnell Leistung erbringen müssen, sei es im Sport oder Beruf. Erst wenn der Zucker im Blut verbraucht wird Fett als Energieträger herangezogen.

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Abbildung von Seite 9 aus dem Buch „Das Geheimnis der Leistungsfähigkeit“ von Dr. Sebastian Spörer und Miriam Fühler.

Mitochondrien vermehren sich bei steigender Benutzung und umgekehrt. Nur bei Bewegung im Sauerstoffüberschuss (Holz und Kohle) werden sie dafür genug beansprucht. Bei intensiven Sportarten wie Badminton, Fußball, Gewichtheben, Tennis etc. werden kaum mehr Mitochondrien gebildet. Aber auch im Stress, in Notsituationen oder auf der Arbeit ist unser Körper im Papier-Stoffwechsel, da er schnell an Energie kommen will, um möglichen Gefahren und Situationen aufmerksam begegnen zu können. Wer sein Leben im „Dauersprint“ lebt, trainiert alle Muskeln (auch die im Gehirn) auf schnelle Energiegewinnung ohne Sauerstoff. Beim Sport sind die Folgen zwar dicke Muskeln aber wenige Mitochondrien und kaum Fettverbrennung. Bei Stress sind es eine fehlende Ausdauer bis hin zu Diabetes und Übergewicht.

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Leichter Sport und Ernährung für mehr Mitochondrien

Um sich vor Krankheiten und Leistungsabfall zu schützen, ist es daher sinnvoll, sich zu bewegen, aber wenig intensiv. Bei ca. 65-75 % der max. Herzfrequenz erhalten wir die besten Trainingsergebnisse, daher kann eine Pulsuhr, eine sinnvolle Investition sein. Alles was sich auf das Herz-Kreis-Laufsystem positiv auswirkt, wirkt logischerweise auf die Mitochondrien: gezielte Warm-Kalt Wechsel (Sauna), leichtes Ausdauertraining oder Wandern in hohen Höhen, also in einer sauerstoffarmen Umgebung – klinkt paradox, führt aber zu erhöhtem Blutfluss und damit zu einer besseren Sauerstoffversorgung.

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Wie so oft lässt sich eine ausgewogene Ernährung für die Vermehrung der Mitochondrien empfehlen, diese Brauchen Enzyme, Kalzium, Magnesium und Phosphor um gut zu funktionieren und sich teilen zu können. In Sachen Fett ist Omega-3 (aus Fisch und Algen) für die Membranen von Zellen und Mitochondrien besonders gut, da diese aus Fettsäuren, sogenannten Lipiden bestehen. Alle ungesättigten Fettsäuren sind für den Aufbau der Membranen zuständig, sind davon genug vorhanden, sind diese flexibel und lassen die nötigen Stoffe wie Mineralien, Vitamine usw. ins Innere gelangen. Viel Zucker, der leider so gut wie in allen verarbeiteten Lebensmitteln steckt, sorgt dafür das die Mitochondrien ausschließlich Glucose zu ATP verarbeiten. Im Gegensatz zur Verbrennung von Fetten, entstehen dabei viele freie Radikale, also Moleküle denen Elektronen fehlen und diese dann für ihren Ladungsausgleich von anderen Verbindungen „stehlen“ und damit schädigen. Das hat zur Folge das die zuckerverbrennenden Mitochondrien schneller Altern und die Fähigkeit verlieren, effektiv Fettsäuren zu verbrennen und damit in einen Teufelskreis geraten und immer stärker auf die Zuckerverbrennung angewiesen sind. Neben der Abhängigkeit von Zucker und der Zunahme von Fettablagerungen hat dies auch, die schon genannten Auswirkungen die bei sehr intensivem Training oder einer stressigen Lebensführung entstehen.

Das Fazit für gesunde Zellen ist also einfach: Bewegung ist gut, aber nicht zu intensiv, abwechslungsreiche Nahrung mit Fisch oder Algen ist förderlich, zu viel Zucker hingegen nicht.

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