Von Fabrizio Felici
Im Ruhezustand sind die ATP-Anforderungen bescheiden, aber wenn die Fasern zur Kontraktion angeregt werden, steigt diese Anforderung sofort an.
In einer Muskelzelle werden in Ruhe bescheidene Mengen an ATP gespeichert, aber sie kann sich nicht mehr lange darauf verlassen, sobald sie sich zusammenzuziehen beginnt. Um die Abnahme der ATP-Versorgung zu vermeiden, muss die Muskelzelle ihre Produktionsrate erhöhen, um mit der Zunahme der Verwendungsgeschwindigkeit Schritt zu halten. Das ATP, das die für die Kontraktion benötigte Energie liefert, wird in den Muskelzellen durch Phosphorylierung auf Substratebene und durch oxidative Phosphorylierung erzeugt. Wenn der Energieverbrauch in einer Zelle steigt, sinkt die ATP-Konzentration und die von ADP. Diese Variationen führen zu einer Erhöhung der Aktivität der für die ATP-Bildung verantwortlichen Enzyme, was zur Folge hat, dass ATP mit einer höheren Geschwindigkeit produziert wird. Obwohl dies geschieht, sobald sich die Zelle zusammenzuziehen beginnt, dauern diese Reaktionen einige Sekunden, bis die erforderliche Geschwindigkeit erreicht ist. Um die Verfügbarkeit des benötigten ATP währenddessen zu gewährleisten, sind die Muskeln auf ein energiereiches und sofort verfügbares Phosphatreservoir angewiesen, Kreatinphosphat (CP), das seine Phosphatgruppe auf ADP (das immer vorhanden ist) überträgt bilden ATP. Die ruhende Zelle enthält eine Menge Kreatinphosphat, die ausreicht, um eine ATP-Menge bereitzustellen, die dem 4- bis 5-fachen der normalerweise vorhandenen Menge entspricht, wodurch die Zelle ihre Aktivität aufrechterhalten kann, bis die anderen Reaktionen, die zur Erzeugung fähig sind, zum Tragen kommen. ATP.
Die Reaktion von Kreatinphosphat mit ADP wird durch das Enzym Kreatinkinase katalysiert und ist reversibel:
Wenn diese Reaktion von links nach rechts verläuft, werden ATP und Kreatin erzeugt. Wenn es von rechts nach links geht, erzeugt es ADP und Kreatinphosphat. In der ruhenden Muskelzelle ist die Reaktion im Gleichgewicht und für jedes gebildete Kreatinphosphatmolekül wird ein anderes in Kreatin umgewandelt. Wenn stattdessen die Muskelaktivität einsetzt, nimmt die Konzentration von ATP ab, die von ADP nimmt zu und die Reaktion verläuft nach dem Gesetz der Massenwirkung nach rechts. Infolgedessen wird eine bestimmte Menge ADP in ATP umgewandelt, das auf Kosten von Kreatinphosphat, das verbraucht wird, im Kreislauf der Kreuzbrücken verwendet werden kann. Da die CP-Bestände begrenzt sind, kann diese Reaktion nur für kurze Zeit ATP produzieren, reicht jedoch aus, um die anderen Stoffwechselreaktionen, die ATP liefern, in der Zwischenzeit zu aktivieren. Wenn die Muskelzelle die Kontraktion beendet, wird die Kreatinphosphatversorgung wiederhergestellt, da der verringerte ATP-Bedarf eine Zunahme der ATP-Konzentration und eine Abnahme des ADP verursacht, was eine Verschiebung der Reaktion nach links bewirkt, so dass Kreatinphosphat wieder synthetisiert wird aus Kreatin. Auf diese Weise bleiben die CP-Reserven aufgrund eines plötzlichen Aktivitätsanstiegs zu einem späteren Zeitpunkt erhalten.
Die Wiederherstellung der Kreatinphosphatreserven in der schnellen Wiederherstellungsphase
In einer Reihe von Experimenten wurden diesbezüglich wichtige Hinweise hervorgehoben. In einem dieser Experimente wurde eine Muskelgewebeprobe vor Beginn des körperlichen Trainings und anschließend periodisch während der gesamten Wiederherstellungsphase nach dem erschöpfenden Maximalaufwand durch Nadelbiopsie entnommen. Der Test wurde auf zwei verschiedene Arten durchgeführt:
- Muskel mit normaler Durchblutung
- Muskel mit verstopfter Durchblutung
Im ersten Fall wurde beobachtet, dass nach nur 2 Minuten ungefähr 85% des CP wiederhergestellt worden waren, während in der 4. Minute der Wiederherstellung der Prozentsatz 90% erreichte, um nach ungefähr 8 Minuten zu der fast vollständigen Wiederherstellung des Anfangswerts zu gelangen.
Im zweiten Fall hingegen findet bei verstopfter Durchblutung keine Resynthese von Kreatinphosphat statt. Dies hat zur Bestätigung geführt, dass der Regenerationszyklus dank des durch Hämoglobin im Blut transportierten Wiederherstellungssauerstoffs stattfindet.
CP-Wiederherstellung (%) | Zeit (min.) |
85 | 2 |
90 | 4 |
100 | 8 |
Natürlich ist die Erschöpfung von Kreatinphosphat durch körperliche Betätigung umso größer und die Menge an Sauerstoff, die für seine Resynthese erforderlich ist, umso größer.
