Wie der Körper aus Zucker (Glucose) Energie gewinnt, habe ich in diesem Artikel detailliert beschrieben. Solltest Du diesen Artikel noch nicht gelesen haben, dann würde ich Dir empfehlen dort anzufangen.

Wie macht die Zelle Energie

Wir steigen somit direkt ein….

Beta-Oxidation

Wenn wir uns erinnern, das Molekül welches IMMER am Anfang des Citrat-Zyklus steht, ist das Acetyl-CoA. Acetyl-CoA ist ein Molekül, welches aus 2 Kohlenstoffatomen besteht. Um aus Fettsäuren Energie in Form von ATP zu gewinnen, müssen wir zuerst Acety-CoA herstellen. Dieser Prozess wird als Beta-Oxidation bezeichnet.

Bevor die Fettsäure in den Mitochondrien oxidiert werden kann, muss sie „aktiviert“ werden. Darunter versteht man die Bindung eines Coenzym A (CoA) an die Fettsäure. Die Aktivierung findet im Cytosol (Zellplasma) statt, direkt an der äußeren Mitochondrienmembran[1].

 

beta-oxidation-TCA

 

 

Transport von Fettsäuren in die Mitochondrien

fettsäurentransport

Abbildung 1: By Cruithne9 (Own work) [CC BY-SA 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)], via Wikimedia Commons

Die Oxidation der Fettsäuren findet in der inneren Mitochondrienmatrix statt. Die aktivierten Fettsäuren, müssen mit Hilfe von Carnitin durch die innere Mitochondrienmembran transportiert werden – dies wird als Carnitin-Shuttle bezeichnet. Kurzkettige Fettsäuren und MCTs (mittelkettige Fettsäuren) können OHNE Transporthilfe in die Mitochondrien gelangen[2].

CAT (CoA Transferase)wird durch hohe Konzentrationen von Manonyl-CoA Zellplasma, dem ersten Schritt der Fettsäurensynthese, gehemmt. Das bedeutet, Fettsäurenabbau und Fettsäurenaufbau können in einer Zelle nicht gleichzeitig stattfinden.

Beta-Oxidation

Die Beta-Oxidation findet im Inneren der Mitochondrien, in der sogenannten Matrix statt. Dort läuft dann auch der Citrat-Zyklus und die Atmungskette ab.

Beim Abbau von Fettsäuren werden immer die zwei ersten C-Atome mit dem Coenzym A versehen und „abgeknipst“. Dieser Vorgang ist in Abb.2 zu sehen und wurde mit einer Schere symbolisch dargestellt. Dabei entsteht ein Acetyl-CoA, Wasser und 5 ATP.

beta_oxidation

Abbildung 2: By Cruithne9 (Own work) [CC BY-SA 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)], via Wikimedia Commons

Das, auf diese Weise entstandene Acetyl-CoA kann nun wie gewohnt in den Citrat-Zyklus eintreten und diesen durchlaufen. Die Energieausbeute pro Fettsäure hängt natürlich von der länge der Fettsäure ab, also von der Anzahl der Kohlenstoffatome. Man geht im Durchschnitt von einem Netto-Energiegewinn von 120 ATP pro Fettsäure aus.

Energieausbeute im Detail

Wie eben besprochen, hängt die Energieausbeute von der Kettenlänge der Fettsäure ab. Man geht theoretisch von einem Gewinn von 17 ATP pro Oxidationszyklus aus. Tatsächlich liegt man irgendwo zwischen 14 und 17 ATP[3].

 

QuelleATPTotal
1 FADH2x 1.5 ATP= 1.5 ATP (theoretisch 2 ATP)
1 NADHx 2.5 ATP= 2.5 ATP (theoretisch 3 ATP)
1 acetyl CoAx 10 ATP= 10 ATP (theoretisch 12 ATP)
TOTAL = 14 ATP

 

Der gesamte Energiegewinnungsprozess, also Beta-Oxidation, Citratzyklus und Atmungskette, am Beispiel der Palmitinsäure (C16):

 

QuelleATPTotal
7 FADH2x 1.5 ATP= 10.5 ATP
7 NADHx 2.5 ATP= 17.5 ATP
8 acetyl CoAx 10 ATP= 80 ATP
Activation= -2 ATP
NET = 106 ATP

 

Wir sehen also, je tiefer man in die Details einsteigt ums so klarer wird, dass die einfache Kalorien-Hypothese immer schwerer zu halten ist. Denn nun wissen wir, dass 1g Fett unterschiedlich viel Energie liefert, abhängig von der Fettsäurenzusammensetzung.

Im Gegensatz zu der oft zitierten Annahme, dass Kohlenhydrate in irgendeiner Weise an der Fettverbrennung beteiligt wären, ist dies nicht der Fall. Wen sie beteiligt sind, dann höchstens in einer hemmenden Weise, denn sowohl Insulin als auch erhöhter Blutzucker wirken hemmend auf die Fettoxidation.  Aber hierzu mehr in einem nächsten Artikel.


 

[1] Berg, Jeremy M., John L. Tymoczko, and Lubert Stryer. „The Utilization of Fatty Acids as Fuel Requires Three Stages of Processing.“ (2002).

[2]http://oregonstate.edu/dept/biochem/hhmi/hhmiclasses/biochem/lectnoteskga/2kjan14lecturenotes.html

[3] https://en.wikipedia.org/wiki/Beta_oxidation

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Julia Tulipan ist Biologin (Mag.) und Personal Fitness and Health Trainer (Dipl.) und schreibt für verschiedene Online-Magazine und für ihr eigenes Blog paleolowcarb.de vor allem zu den Themen gesunde und artgerechte Ernährung und Bewegung. Julia hat selbst lange mit ihrer Gesundheit gekämpft. So wurde ihr Interesse an gesunder Ernährung geweckt. Seither hat sie sich mit Low Carb und der Paleo-Ernährung Stück für Stück mehr Lebensqualität zurück erkämpft. Heute verhilft sie auch als Food-Coach und Personal Trainerin anderen zur Topform. Von Julia kannst Du Dich hier individuell beraten lassen.