ATP

Adenosintriphosphat (ATP) ist als die universelle Energiequelle der Zelle bekannt und spielt eine zentrale Rolle in fast allen zellulären Prozessen. Wenn Du jemals gefragt hast, wie Dein Körper die Energie aus der Nahrung nutzt, die Du isst, oder wie Deine Muskeln sich während des Sports bewegen können, ist ATP die Antwort. Wir zeigen dir in diesem Artikel alles, was du über Adenosintriphosphat wissen musst. Wie immer, wissenschaftlich, verständlich und unterhaltsam.

Was ist ATP?

Adenosintriphosphat  besteht aus Adenin, Ribose (ein Zucker) und drei Phosphatgruppen. Die Energie stammt aus der Spaltung einer Phosphatbindung – ein Prozess, der als Hydrolyse bekannt ist. Diese Reaktion setzt Energie frei, die dann von der Zelle genutzt werden kann.

Wofür brauchen wir die ATP?

Jede Zelle in Deinem Körper benötigt Adenosintriphosphat, um zu funktionieren. ATP liefert die Energie für viele Prozesse, darunter Muskelkontraktion, Nervenimpulsübertragung, Proteinbiosynthese und Zellteilung. Kurz gesagt, ohne ATP könnten unsere Körper nicht existieren.

Wo finden wir ATP?

ATP wird in jeder lebenden Zelle gefunden, insbesondere in den Mitochondrien, die oft als die “Kraftwerke” der Zellen bezeichnet werden. Die Mitochondrien sind für die oxidative Phosphorylierung verantwortlich, einen Prozess, bei dem die meiste Adenosintriphosphat in unseren Zellen produziert wird.

Wie stellt unser Körper Energie her?

Um diese Frage zu beantworten, versuchen wir dir die komplexe Biochemie möglichst einfach und mit visuellen Analogien zu erklären:

Stell dir vor, dein Körper ist eine Stadt und ATP (Adenosintriphosphat) ist die Energie oder das Geld, das benötigt wird, damit alles in der Stadt funktioniert – von den Lichtern bis zur Wasserversorgung. Aber wie kommt diese Stadt zu ihrem “Geld”? Hier ist der einfache Prozess, wie unser Körper Adenosintriphosphat herstellt:

1. Die Nahrungsaufnahme – Beginn des Prozesses

Zuerst isst du etwas. Dein Körper nimmt diese Nahrung und bricht sie in kleinere Teile auf, vor allem in Glukose (eine Zuckerart), die wie die Rohstoffe oder das Rohöl für unsere Stadt ist.

2. Glykolyse – Die erste Umwandlung

Die Glukose wird in einen Prozess namens Glykolyse eingespeist, der in den Zellen stattfindet, aber außerhalb der Mitochondrien. Denke dabei an eine Fabrik in der Stadt, die Rohöl in eine nützlichere Form umwandelt. Dieser Schritt produziert ein bisschen ATP und etwas namens Pyruvat. Es ist wie das Erhalten von ein paar Münzen für das Rohöl, aber es gibt noch viel mehr Potenzial zu erschließen.

3. Zitronensäurezyklus – Die zweite Umwandlung

Das Pyruvat geht in die Mitochondrien, die wie Kraftwerke in der Stadt sind. Hier wird es in den Zitronensäurezyklus (auch Krebs-Zyklus genannt) eingebracht, wo es weiter abgebaut wird. Dieser Prozess erzeugt ein paar mehr ATP-Moleküle und etwas sehr Wichtiges: Elektronenträger, die wie geladene Batterien sind. Diese Elektronenträger sind hauptsächlich NAD.

Wusstest Du?

Der NAD-Stoffwechsel ist eines der spannendsten Forschungsfelder in der Altersforschung. Renommierte Forscher, wie der Harvard Professor David Sinclair, beschäftigen sich mit Vorstufen der “Batterien”, dem NAD. Die NAD-Level sinken nämlich im Alter und durch die Substitution von Vorstufen konnte insbesondere in Tierexperimenten das Leben der Tiere verlängert werden. Mehr darüber in unserem NAD-Artikel.

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4. Atmungskette – Die große Energieproduktion

Diese “geladenen Batterien” gehen zur Atmungskette, einem Prozess, der auch in den Mitochondrien stattfindet. Hier wird der größte Teil des ATP produziert. Du kannst dir das wie ein riesiges Wasserkraftwerk vorstellen, wo Wasser (in diesem Fall Elektronen von den “Batterien”) durch Turbinen (Enzyme in den Mitochondrien) fließt und eine Menge Energie (ATP) produziert.

Während dieses Prozesses nutzen die Mitochondrien Sauerstoff, den wir einatmen, um die Elektronen und Protonen zu Wasser zu verbinden. Es ist ein bisschen so, als würde die Stadt saubere Energie nutzen, um ihr “Geld” zu maximieren.

Ende des Prozesses

Am Ende hat dein Körper aus der Nahrung, die du gegessen hast, eine Menge ATP (Energie) gewonnen, die nun genutzt werden kann, um alles am Laufen zu halten – von der Muskelbewegung beim Laufen bis hin zum Denken über ein kniffliges Rätsel.

Und so, ziemlich vereinfacht, stellt dein Körper ATP her, das Energie-“Geld”, das benötigt wird, damit du leben, atmen, laufen, denken und so viel mehr tun kannst!

ATP und Sport

Während körperlicher Anstrengung benötigen die Muskeln eine schnelle Energieversorgung, um zu kontrahieren und Bewegung zu ermöglichen. ATP ist die unmittelbare Energiequelle, die diese Muskelbewegungen antreibt. Da die Vorräte in den Muskeln begrenzt sind, muss ATP während des Sports kontinuierlich regeneriert werden, um Leistung zu erbringen. Wie genau das Ganze funktioniert, zeigen wir dir hier:

Wo kommt die Energie her?

  1. Bevor du anfängst: Deine Muskeln haben schon ein bisschen ATP gespeichert, aber nicht genug für lange Aktivitäten. Es ist wie eine Taschenlampe, die nur für ein paar Minuten leuchten kann.
  2. Während du Sport machst: Dein Körper fängt an, mehr ATP zu produzieren, um die Muskeln am Laufen zu halten. Er macht das hauptsächlich auf drei Arten:
    • Direkte Phosphorylierung: Deine Muskeln haben eine andere Art von Batterie namens Kreatinphosphat. Es kann schnell ATP nachfüllen, aber es geht auch schnell aus. Das ist für kurze, schnelle Anstrengungen wie einen Sprint.
    • Spaltung von Glukose: Wenn die schnelle Methode ausgeschöpft ist, beginnt dein Körper, Zucker (Glukose) abzubauen, um mehr ATP zu machen. Dies funktioniert gut für Aktivitäten, die ein bisschen länger dauern, aber es erzeugt auch Abfallprodukte, die dich müde machen können.
    • Aerobe Atmung: Für lang andauernde Aktivitäten, wie Laufen oder Radfahren, beginnt dein Körper, noch mehr ATP mit Hilfe von Sauerstoff zu produzieren. Diese Methode liefert die meiste Energie und kann lange aufrechterhalten werden, solange du genug Sauerstoff bekommst.

Wusstest Du?

Deine Kreatinphosphatspeicher kannst du verbessern. Diese “schnell entladbaren” Batterien sind besonders wichtig beim Kraftsport oder beim Sprinten. Durch die Substitution von Kreatin erhöhst du den Gehalt an Kreatinphosphat in deinen Muskeln. Zusammen mit Calcium-Alphaketoglutarat und Magnesium kannst du mit einer Leistungssteigerung rechnen. Doch nicht nur das. Kreatin spielt auch in der Altersforschung eine Rolle, da es die kognitive Leistung positiv beeinflussen kann. Mehr dazu in unserem Kreatin-Artikel.

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Was passiert mit dem ATP?

  • Wenn ATP benutzt wird: Die Energie, die ATP liefert, wird freigesetzt, indem eine seiner Phosphatgruppen entfernt wird. Das hinterlässt ein Molekül namens ADP (Adenosindiphosphat). Es ist, als wäre die Batterie entladen.
  • Wiederaufladen: Dein Körper nimmt dieses “entladene” ADP und fügt wieder eine Phosphatgruppe hinzu, um es zurück in ATP zu verwandeln, damit es wieder Energie liefern kann. Es ist, als würdest du die Batterie wieder aufladen.

Während des Sports:

Je intensiver der Sport, desto schneller wird ATP abgebaut und muss wieder aufgebaut werden. Wenn du anstrengenden Sport machst und deine Muskeln sehr viel ATP sehr schnell verbrauchen, könnte dein Körper Schwierigkeiten haben, genug Sauerstoff zu liefern, um ATP schnell genug wieder aufzubauen. Dann fühlst du dich müde und musst langsamer machen oder eine Pause einlegen.

Zusammengefasst: ATP ist wie eine wiederaufladbare Batterie, die deine Muskeln mit Energie versorgt. Während des Sports baut dein Körper ATP ab, um zu arbeiten, und baut es wieder auf, um weitermachen zu können. Die Art und Weise, wie dein Körper ATP wieder auffüllt, hängt davon ab, wie lang und wie intensiv du dich bewegst.

ATP und Longevity

Interessanterweise gibt es Forschungen, die darauf hindeuten, dass ein effizienter ATP-Stoffwechsel mit Langlebigkeit verbunden sein könnte. Studien haben gezeigt, dass die Fähigkeit der Mitochondrien, ATP effizient zu produzieren, bei langlebigen Spezies oft besser erhalten bleibt. Dies deutet darauf hin, dass eine optimale Energieproduktion und -nutzung eine Rolle in der Langlebigkeit spielen könnte.

Literatur

  • Bonora, Massimo et al. “ATP synthesis and storage.” Purinergic signalling vol. 8,3 (2012): 343-57. Link
  • Rajman, Luis et al. “Therapeutic Potential of NAD-Boosting Molecules: The In Vivo Evidence.” Cell metabolism vol. 27,3 (2018): 529-547. Link
  • Butts, Jessica et al. “Creatine Use in Sports.” Sports health vol. 10,1 (2018): 31-34. Link
  • Gyanwali, Bibek et al. “Alpha-Ketoglutarate dietary supplementation to improve health in humans.” Trends in endocrinology and metabolism: TEM vol. 33,2 (2022): 136-146. Link