Brandstof voor de spieren

Energiebronnen

Als mens halen we onze energie uit het consumeren van voedsel dat tijdens het verteringsproces langzaam wordt afgebroken door de chemische verbingen in het voedsel te verbreken.

Bij het verbreken van een chemische verbinding komt er energie vrij. De chemische verbingen in onze voeding zijn relatief zwak en leveren dus weinig energie als ze worden verbroken. Om deze reden worden voedingsstoffen niet direct gebruikt voor het leveren van energie aan de (spier)cellen.

De voedingsstoffen worden omgezet naar bruikbare vormen en circuleren als beschikbare voorraad in het bloed of worden opgeslagen in weefsels om vervolgens te worden gebruikt voor het vormen van bruikbare energie.

Deze bruikbare energie wordt uiteindelijk in de cellen opgeslagen in de hoogenergetische verbinding ATP (adenosinetrifosfaat). ATP is de direct bruikbare bron van energie voor de meeste lichaamsfuncties.

Een ATP mocecuul bestaat uit adenosine en drie fosfaatgroepen. De grote hoeveelheid energie in de verbinding komt vrij wanneer de laatste fosfaatgroep afsplitst. Er blijft dan één vrije fosfaatgroep en ADP (adenosinedifosfaat) over.

Energie voor celstofwisseling wordt verkregen uit drie substraten in de voeding: koolhydraten, vetten en eiwitten.

Koolhydraten

Alle koolhydraten die we eten worden uiteindelijk omgezet naar de meest simpele vorm van suiker, glucose. In rust worden de geconsumeerde koolhydraten opgeslagen in de spieren en de lever in de vorm van glycogeen. Glucose en glycogeen kunnen vervolgens worden gebruikt in de glycolyse en/of het oxidatieve systeem om ATP te genereren.

Vetten

Vetten leveren een groot deel van de energie tijdens langdurige, minder intensieve inspanning. Uit 1 gram vet wordt bijna de dubbele hoeveelheid energie verkregen in vergelijking met 1 gram koolhydraten. Maar de snelheid van energievrijmaking uit vetten is aanzienlijk langzamer. Vetten moeten eerst worden afgebroken in o.a. vrije vetzuren die kunnen worden gebruikt in het oxidatieve systeem om ATP te genereren.

Eiwitten

Eiwitten worden alleen in uitzonderlijke gevallen gebruikt als energiebron. Hiervoor moeten de eiwitten eerst worden afgebroken in losse aminozuren die vervolgens weer omgezet moeten worden in glucose of vrije vetzuren alvorens ze gebruikt kunnen worden bij de generatie van ATP.

Energiesystemen

Cellen kunnen slechts een kleine hoeveelheid ATP opslaan en moeten daarom nieuwe ATP uit ADP blijven vormen om de benodigde energie voor de celprocessen te kunnen blijven leveren. Dit gebeurt door een van de drie (of een combinatie van) verschillende energiesystemen:

• het ATP-CP-systeem
• de glycolyse
• het oxidatieve systeem

Het ATP-CP-systeem

Naast de kleine voorraad ATP, bevatten de cellen ook een kleine voorraad CP (creatinefosfaat). CP kan één P afstaan waarmee ADP weer in ATP kan worden omgezet. ATP depletie wordt zo voorkomen door het afbreken van CP. Echter, de voorraad CP is dusdanig klein dat het ATP-CP systeem tijdens inspanning voor hooguit 10 seconden lang energie kan leveren. Tijdens rust worden de voorraden CP en ATP weer aangevuld.

Doordat dit systeem kan werken zonder zuurstof en er geen lactaat wordt gevormd is dit systeem ook bekend als het anaeroob-alactisch systeem.

• geen zuurstof nodig
• geen lactaatvorming
• capaciteit: < 15 sec.
• 1 ATP per molecuul substraat

De glycolyse

Het tweede energiesysteem werkt door de afbraak van glucose (lyse = afbraak). Deze glucose kan afkomstig zijn uit direct beschikbare glucose in het bloed of kan worden gevormd door het omzetten van glycogeen uit de spieren en/of lever. De glycolyse is een complex proces met grofweg 10 losse stappen waarbij er voor enkele van deze stappen ook ATP nodig is. De netto eindproducten van de glycolyse zijn 2 (of 3 bij start vanuit glycogeen) ATP moleculen en 2 pyruvaatmoleculen. Bij de afwezigheid van zuurstof worden deze pyruvaatmoleculen omgezet in lactaat.

Ook dit systeem heeft geen zuurstof nodig om te werken maar er wordt wel lactaat gevormd waardoor dit systeem ook het anaeroob-lactisch systeem kan worden genoemd.

• geen zuurstof nodig
• vorming van lactaat
• capaciteit: +/- 1 min.
• 2-3 ATP per molecuul substraat

Het oxidatieve systeem

Het derde en laatste energiesysteem breekt koolhydraten of vetten (en in uitzonderlijk gevallen eiwitten) af met behulp van zuurstof. De oxidatie van koolhydraten is daarbij gelijk aan de glycolyse met als toevoeging dat de aanwezigheid van zuurstof zorgt dat het pyruvaat niet in lactaat maar in acetyl-CoA wordt omgezet. De vetten worden, zoals eerder besproken, eerst omgezet in vrije vetzuren waarna ze dankzij oxidatie uiteindelijk ook naar acetyl-CoA worden omgezet.

Na het doorlopen van een nog complexer proces dan de glycolyse waaronder oxidatieve fosforylering (Krebs-cyclus of citroenzuurcyclus) en de elektronentransportketen levert dit systeem uiteindelijk een grote hoeveelheid ATP op.

Dit systeem heeft zuurstof nodig om te werken maar er wordt geen lactaat gevormd waardoor dit systeem ook het aeroob systeem wordt genoemd.

• zuurstof nodig
• geen lactaatvorming
• vorming van koolstofdioxide en water
• capaciteit: +/- 90 min. (koolhydraten)
• capaciteit: dagen (vetten)
• 36-39 ATP per molecuul substraat (koolhydraten)
• > 100 ATP per molecuul substraat (vetten)