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Regulation des Energiestoffwechsels

Jede Intensitätsänderung der Muskelarbeit führt zu einem höheren oder niedrigeren Verbrauch an ATP pro Zeiteinheit.
Die verschiedenen Energiebereitstellungswege sind eng miteinander verknüpft und werden nach Bedarf geregelt. Dies kann durch Stoffwechselmetaboliten und durch Aktivierung bzw. Hemmung der Enzyme geschehen.

Enzyme
Enzyme sind größtenteils Eiweißverbindungen, die jeweils bestimmte chemische Reaktionen beschleunigen.

Der Enzym-Name ergibt sich meist aus dem Substrat und/oder die Bezeichnung der chemischen Reaktion, die am Substrat erfolgt, und der Endung "-ase". Die Aktivität von Enzymen kann entweder gehemmt oder stimuliert werden, so kontrollieren und koordinieren sie den Ablauf der Stoffwechselprozesse im Organismus.

Für den Energiestoffwechsel sind folgende Enzyme bedeutsam:

Die Creatinkinase katalysiert die Übertragung des Phosphatrestes vom Creatinphosphat auf ADP . Ihre Aktivität ist innerhalb der Muskelzelle hoch.

Im Blut sind hohe Konzentrationen der CK nur bei Störungen der Muskelzellmembranfunktion und
Muskelzellzerstörungen (z.B. Muskelverletzungen , Herzinfarkt) zu finden, da hier mehr CK ins Blut gelangt.

Die Abspaltung der Glucose vom Glycogen wird durch ein Phosphorylasesystem katalysiert. Aktiviert wird die Phosphorylase durch die Freisetzung von Ca++ aus dem sarkoplasmatischen Retikulum.

Das Schlüsselenzym der Glycolyse ist die Phosphofructokinase . Sie katalysiert die Umwandlung von Fructose-6-Phosphat in Fructose-1,6-Biphosphat.

Eine hohe ATP-Konzentration hemmt die PFK, während sie bei Anwesenheit von Orthophosphat , ADP und AMP aktiviert wird.
 
Außerdem wird die PFK durch den intramuskulären pH-Wert beeinflusst. Die Aktivität des Enzyms nimmt mit steigender Wasserstoffionenkonzentration ab, d.h. bei sinkendem pH-Wert. Bei einem muskluären pH von 6,3 ist sie fast vollständig gehemmt.

Der Pyruvatdehydrogenasekomplex besteht aus mehreren Einzelenzymen und beschleunigt die Umwandlung von Pyruvat in Acetyl-CoA.
 Somit reguliert er den Einstrom von Acetyl-CoA aus der Glycolyse in den Citronensäurezyklus.

Bei einer hohen ATP- und Creatinphosphatkonzentration wird die oxidative Phophorylierung gehemmt und bei einer niedrigen Konzentration aktiviert.

Weiterhin reagiert die aerobe Energiebereitstellung empfindlich auf Konzentrationsänderungen des ADP. Wenn ausreichend Sauerstoff zur Verfügung steht, bestimmt vor allem die freie intrazelluläre ADP-Konzentration die Aktivität der Atmungskette.

Ein wichtiges Enzym bei der ATP-Bildung der Atmungskette ist die ATP-Synthetase. Ist nicht genügend ADP vorhanden ist ihre Funktion gehemmt und kein neues ATP entsteht. Außerdem kann kein NADH + H+ zu NAD+ umgewandelt werden.