Zur schnellen Bereitstellung von Energie steht dem Körper neben dem ATP noch Creatinphosphat (CP) zur Verfügung.
Creatinphosphat ist eine energiereiche chemische Verbindung und besteht aus Creatin und einem Phosphatrest.
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Fig: Molekularstruktur Creatinphosphat |
Das Energiepotential der Bindung zwischen Creatin und dem Phosphat gleicht dem von ATP.
Creatin wird von Leber, Pankreas und Nieren gebildet und befindet sich hauptsächlich im Muskel.
Der CP-Speicher im Muskel liegt bei ca.15-20 mmol/kg Muskelfeuchtmasse und ist damit 3-4mal größer als der ATP-Vorrat. Das erklärt die größere Zahl von Muskelkontraktionen, die aus den beiden sofort verfügbaren Phosphatspeichern zusammen möglich ist. Die freie Energie aus dem Creatinphosphat ermöglicht maximale Muskelkontraktionen, die ca. 5-6 s ausgeführt werden können. Zusammen mit dem ATP ergibt sich dann eine maximale Arbeitsdauer von ca. 6-8 s.
CP liefert die Energie aber nicht direkt, sondern indirekt über die Resynthese von ATP. Durch die Abspaltung des Phosphatrestes und seine Übertragung auf ADP kann ATP resynthetisiert werden. Diese Reaktion läuft sehr schnell ab und wird durch das Enzym Creatinkinase katalysiert. In der Ruhephase nach der Belastung wird Creatin mit Hilfe von ATP wieder zu Creatinphosphat umgewandelt. Damit ist die Creatinkinase-Reaktion eine Hin- und Rückreaktion.
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Fig: Creatinkinase |
Diese Resynthese läuft während der Muskelkontraktion so schnell ab, dass der ATP-Spiegel im Muskel bei dynamischer Arbeit in etwa konstant bleibt.
Die Creatinphosphat-Konzentration fällt hingegen mit zunehmender Dauer und bei hohen muskulären Belastungen stark ab. Ist sie fast entleert, kommt es zur starken Abnahme der ATP-Konzentration.
Beispiel:
Wir nehmen mal theoretisch an, dass als Energielieferanten für einen simulierten Maximalsprint nur ATP und CP zur Verfügung stehen. Dann würde sich ein zeitabhängiges Konzentrationsverhalten beider Größen zeigen, das in der folgenden Abbildung dargestellt ist.
Fig: Creatinphosphat- und ATP-Verhalten in einer Computersimulation
Bei einer angenommenen Anfangskonzentration für Creatinphosphat von 20 mmol/kg Muskel und für ATP von 5 mmol/kg Muskel und einem Energieverbrauch von 3 mmol/kg pro Sekunde, würde nach ca. 7 s eine Kontraktionsunfähigkeit der Muskulatur auftreten. Die ATP-Konzentration beträgt zu diesem Zeitpunkt nämlich nur noch ca. 2/3 der Ausgangskonzentration und die freie Energie ist soweit abgesunken, dass die Kontraktion nicht mehr möglich ist.
Da bei maximalen muskulären Belastungen häufig wesentlich mehr Muskelkontraktionen über einen längeren Zeitraum erbracht werden, müssen in der tätigen Muskelzelle weitere Reaktionen ablaufen, die Energie zum Wiederauffüllen der Energiespeicher ATP und CP liefern.