Samenvatting Bewegen en Presteren
Hoofdstuk 2 Brandstof voor de spieren: bio-energetica en
metabolisme
Energie wordt in voedsel opgeslagen in de vorm van koolhydraten, vetten en eiwitten. Deze
basisbrandstoffen of energierijke substraten kunnen uiteindelijk in onze lichaamscellen
worden afgebroken om de opgeslagen energie vrij te geven. Deze energie kan worden
gebruikt door de cel zelf of door andere cellen in het lichaam, dit wordt bio-energetica
genoemd. Alle chemische reacties in het lichaam worden samen metabolisme of
stofwisseling genoemd.
Bij een mens wordt energie uitgedrukt in kilocalorieën (kcal), 1 kilocalorie is gelijk aan 1000
calorieën.
Energiebronnen
Energie voor celstofwisseling wordt verkregen uit drie substraten in de voeding:
koolhydraten, vetten en eiwitten. In normale omstandigheden leveren eiwitten maar een
zeer klein deel van de energie. Binnen cellen is de bruikbare vorm van energie die we
verkrijgen uit voedsel, de hoogenergetische verbinding ATP. Koolhydraten en eiwitten
leveren elk ongeveer 4,1 kcal aan energie per gram, vetten ongeveer 9,4 kcal/g.
Koolhydraten, opgeslagen als glycogeen in spieren en lever, zijn sneller te gebruiken dan
eiwit of vet. De bruikbare vorm van koolhydraat is glucose, direct uit de voeding of
afgebroken uit glycogeen. Vetten, opgeslagen als triglyceriden in vetweefsel, zijn een ideale
opslagvorm van energie. Triglyceriden moeten worden afgebroken tot vrije vetzuren (FFA’s)
om omgezet te kunnen worden in energie. De koolhydraatvoorraden in de lever en
skeletspieren zijn beperkt tot ongeveer 2500-2600 kcal aan energie. Ongeveer voldoende
voor het hardlopen van bijna 40 km. De vetvoorraad kan meer dan 70.000 kcal aan energie
bevatten.
,Het sturen van de snelheid van energievrijmaking
Enzymen
beïnvloeden de
snelheid van de
stofwisseling en
energieproductie.
Enzymen kunnen
de snelheid van de
totale reactie
verhogen door het
verlagen van de
benodigde
activatie-energie
en door het
katalyseren van
verschillende
stappen in de
reactieketen. Enzymen kunnen worden afgeremd door negatieve feedback van bijproducten
uit de reactieketen (of vaak door ATP), waardoor de snelheid van de reactie afneemt.
Meestal betreft dit een specifiek enzym dat vooraan in de reactieketen actief is en het
snelheidsbeperkend enzym wordt genoemd.
Opslag van energie: hoogenergetische fosfaten
De vorming van ATP geeft cellen een hoogenergetische stof voor het opslaan en/of snel
vrijgeven van energie. ATP is de direct bruikbare vorm van energie voor de meeste
lichaamsfuncties, inclusief spiercontractie.
De basisenergiesystemen
ATP wordt geproduceerd door drie energiesystemen:
- Het ATP-CP-systeem
- De glycolyse
- Het oxidatieve systeem
In het ATP-CP-systeem wordt Pi afgesplitst van
creatinefosfaat (CP) door de activiteit van creatinekinase
(CK). Het vrije fosfaat kan zich dan verbinden met
adenosinedifosfaat (ADP) om ATP te vormen. Daarbij
wordt de energie gebruikt die vrijkomt uit de afbraak van
CP. Dit systeem is anaeroob en de functie is het op peil
houden van het ATP-niveau. De energieopbrengst is 1 mol ATP per mol CP.
De glycolyse is een proces waarbij glucose of glycogeen
wordt afgebroken tot pyruvaat. Als dit wordt uitgevoerd
zonder zuurstof, wordt het pyruvaat omgezet naar
lactaat. 1 mol glucose brengt 2 mol ATP op, maar 1 mol
glycogeen heeft een opbrengst van 3 mol ATP.
De anaerobe glycolyse heeft als tussenproduct
pyrodruivenzuur dat bij afwezigheid van zuurstof wordt
omgezet in het restproduct melkzuur.
, Melkzuur bevat nog energie en kan (in rust) weer omgezet worden naar glucose. Wanneer
dit niet gebeurt wordt H+ afgescheiden en zal het restant, gekoppeld aan Na+ of K+, een zout
vormen: Lactaat. Concentratie lactaat kun je meten in het bloed. Hoe hoger de concentratie,
hoe hoger de verzuring.
Het ATP-CP-systeem en de glycolyse zijn de belangrijkste leveranciers van energie tijdens
kortdurende activiteiten tot circa 2 minuten en gedurende de eerste minuten van inspanning
met hoge intensiteit.
Het oxidatieve systeem (earoob systeem)
breekt brandstoffen af met behulp van
zuurstof. Dit systeem levert meer energie op
dan het ATP-CP-systeem of de glycolyse.
Oxidatie van koolhydraten bestaat uit drie
processen (zie figuur): glycolyse, de Krebs-
cyclus en de elektronentransportketen (ETK).
Het eindresultaat is H2O, CO2 en 32 of 33
ATP-moleculen per koolhydraatmolecuul.
Wanneer zuurstof aanwezig is en nadat
glucose en glycogeen zijn gereduceerd tot
pyruvaat, wordt pyruvaat gekatalyseerd tot
acetyl-Co-enzym (acetyl-CoA) (A), wat de
Krebs-cyclus binnengaan (B), waar oxidatieve
fosforylering (H+ wordt in een keten van
reacties met zuurstof (O2) omgezet in H2O)
plaatsvindt. Tijdens de Krebs-cyclus
vrijgekomen waterstof verbindt zich met co-
enzymen (NAD en FAD) die de
waterstofatomen naar de
elektronentransportketen brengen (C).
Vetoxidatie begint met β-oxidatie van vrije vetzuren (FFA’s), waarna hetzelfde pad wordt
gevolgd als bij koolhydraatoxidatie: acetyl-CoA gaat naar de Krebs-cyclus en de
elektronentransportketen. De energieopbrengst voor oxidatie van vet is veel hoger dan voor
koolhydraat en varieert met het vrije vetzuur dat wordt geoxideerd. De maximumsnelheid
van vorming van hoogenergetische fosfaten uit oxidatie van lipiden is laag. Te laag om aan
de snelheid van verbruik van hoogenergetisch fosfaat tijdens inspanning met hogere
intensiteiten te voldoen. De energieopbrengst van vet per O2-molecuul is lager dan die van
koolhydraat. Hoewel vet meer kilocalorieën energie per gram levert dan koolhydraat, heeft
vetoxidatie daarvoor wel meer zuurstof nodig dan koolhydraatoxidatie. De energieopbrengst
uit vet is 5,6 ATP-moleculen per gebruikte O2-molecuul. Vergelijk dit met de
koolhydraatopbrengst van 6,3 ATP per O2-molecuul. Zuurstofaanvoer wordt beperkt door
het zuurstoftransportsysteem, dus koolhydraten zijn de voorkeursbrandstof tijdens
inspanning met hoge intensiteit. De maximumsnelheid van aanmaak van hoogenergetische
fosfaten uit oxidatie van lipiden is te laag om de snelheid van gebruik te evenaren tijdens
inspanning met hoge intensiteit. Dit verklaart de afname in het wedstrijdtempo van een
Hoofdstuk 2 Brandstof voor de spieren: bio-energetica en
metabolisme
Energie wordt in voedsel opgeslagen in de vorm van koolhydraten, vetten en eiwitten. Deze
basisbrandstoffen of energierijke substraten kunnen uiteindelijk in onze lichaamscellen
worden afgebroken om de opgeslagen energie vrij te geven. Deze energie kan worden
gebruikt door de cel zelf of door andere cellen in het lichaam, dit wordt bio-energetica
genoemd. Alle chemische reacties in het lichaam worden samen metabolisme of
stofwisseling genoemd.
Bij een mens wordt energie uitgedrukt in kilocalorieën (kcal), 1 kilocalorie is gelijk aan 1000
calorieën.
Energiebronnen
Energie voor celstofwisseling wordt verkregen uit drie substraten in de voeding:
koolhydraten, vetten en eiwitten. In normale omstandigheden leveren eiwitten maar een
zeer klein deel van de energie. Binnen cellen is de bruikbare vorm van energie die we
verkrijgen uit voedsel, de hoogenergetische verbinding ATP. Koolhydraten en eiwitten
leveren elk ongeveer 4,1 kcal aan energie per gram, vetten ongeveer 9,4 kcal/g.
Koolhydraten, opgeslagen als glycogeen in spieren en lever, zijn sneller te gebruiken dan
eiwit of vet. De bruikbare vorm van koolhydraat is glucose, direct uit de voeding of
afgebroken uit glycogeen. Vetten, opgeslagen als triglyceriden in vetweefsel, zijn een ideale
opslagvorm van energie. Triglyceriden moeten worden afgebroken tot vrije vetzuren (FFA’s)
om omgezet te kunnen worden in energie. De koolhydraatvoorraden in de lever en
skeletspieren zijn beperkt tot ongeveer 2500-2600 kcal aan energie. Ongeveer voldoende
voor het hardlopen van bijna 40 km. De vetvoorraad kan meer dan 70.000 kcal aan energie
bevatten.
,Het sturen van de snelheid van energievrijmaking
Enzymen
beïnvloeden de
snelheid van de
stofwisseling en
energieproductie.
Enzymen kunnen
de snelheid van de
totale reactie
verhogen door het
verlagen van de
benodigde
activatie-energie
en door het
katalyseren van
verschillende
stappen in de
reactieketen. Enzymen kunnen worden afgeremd door negatieve feedback van bijproducten
uit de reactieketen (of vaak door ATP), waardoor de snelheid van de reactie afneemt.
Meestal betreft dit een specifiek enzym dat vooraan in de reactieketen actief is en het
snelheidsbeperkend enzym wordt genoemd.
Opslag van energie: hoogenergetische fosfaten
De vorming van ATP geeft cellen een hoogenergetische stof voor het opslaan en/of snel
vrijgeven van energie. ATP is de direct bruikbare vorm van energie voor de meeste
lichaamsfuncties, inclusief spiercontractie.
De basisenergiesystemen
ATP wordt geproduceerd door drie energiesystemen:
- Het ATP-CP-systeem
- De glycolyse
- Het oxidatieve systeem
In het ATP-CP-systeem wordt Pi afgesplitst van
creatinefosfaat (CP) door de activiteit van creatinekinase
(CK). Het vrije fosfaat kan zich dan verbinden met
adenosinedifosfaat (ADP) om ATP te vormen. Daarbij
wordt de energie gebruikt die vrijkomt uit de afbraak van
CP. Dit systeem is anaeroob en de functie is het op peil
houden van het ATP-niveau. De energieopbrengst is 1 mol ATP per mol CP.
De glycolyse is een proces waarbij glucose of glycogeen
wordt afgebroken tot pyruvaat. Als dit wordt uitgevoerd
zonder zuurstof, wordt het pyruvaat omgezet naar
lactaat. 1 mol glucose brengt 2 mol ATP op, maar 1 mol
glycogeen heeft een opbrengst van 3 mol ATP.
De anaerobe glycolyse heeft als tussenproduct
pyrodruivenzuur dat bij afwezigheid van zuurstof wordt
omgezet in het restproduct melkzuur.
, Melkzuur bevat nog energie en kan (in rust) weer omgezet worden naar glucose. Wanneer
dit niet gebeurt wordt H+ afgescheiden en zal het restant, gekoppeld aan Na+ of K+, een zout
vormen: Lactaat. Concentratie lactaat kun je meten in het bloed. Hoe hoger de concentratie,
hoe hoger de verzuring.
Het ATP-CP-systeem en de glycolyse zijn de belangrijkste leveranciers van energie tijdens
kortdurende activiteiten tot circa 2 minuten en gedurende de eerste minuten van inspanning
met hoge intensiteit.
Het oxidatieve systeem (earoob systeem)
breekt brandstoffen af met behulp van
zuurstof. Dit systeem levert meer energie op
dan het ATP-CP-systeem of de glycolyse.
Oxidatie van koolhydraten bestaat uit drie
processen (zie figuur): glycolyse, de Krebs-
cyclus en de elektronentransportketen (ETK).
Het eindresultaat is H2O, CO2 en 32 of 33
ATP-moleculen per koolhydraatmolecuul.
Wanneer zuurstof aanwezig is en nadat
glucose en glycogeen zijn gereduceerd tot
pyruvaat, wordt pyruvaat gekatalyseerd tot
acetyl-Co-enzym (acetyl-CoA) (A), wat de
Krebs-cyclus binnengaan (B), waar oxidatieve
fosforylering (H+ wordt in een keten van
reacties met zuurstof (O2) omgezet in H2O)
plaatsvindt. Tijdens de Krebs-cyclus
vrijgekomen waterstof verbindt zich met co-
enzymen (NAD en FAD) die de
waterstofatomen naar de
elektronentransportketen brengen (C).
Vetoxidatie begint met β-oxidatie van vrije vetzuren (FFA’s), waarna hetzelfde pad wordt
gevolgd als bij koolhydraatoxidatie: acetyl-CoA gaat naar de Krebs-cyclus en de
elektronentransportketen. De energieopbrengst voor oxidatie van vet is veel hoger dan voor
koolhydraat en varieert met het vrije vetzuur dat wordt geoxideerd. De maximumsnelheid
van vorming van hoogenergetische fosfaten uit oxidatie van lipiden is laag. Te laag om aan
de snelheid van verbruik van hoogenergetisch fosfaat tijdens inspanning met hogere
intensiteiten te voldoen. De energieopbrengst van vet per O2-molecuul is lager dan die van
koolhydraat. Hoewel vet meer kilocalorieën energie per gram levert dan koolhydraat, heeft
vetoxidatie daarvoor wel meer zuurstof nodig dan koolhydraatoxidatie. De energieopbrengst
uit vet is 5,6 ATP-moleculen per gebruikte O2-molecuul. Vergelijk dit met de
koolhydraatopbrengst van 6,3 ATP per O2-molecuul. Zuurstofaanvoer wordt beperkt door
het zuurstoftransportsysteem, dus koolhydraten zijn de voorkeursbrandstof tijdens
inspanning met hoge intensiteit. De maximumsnelheid van aanmaak van hoogenergetische
fosfaten uit oxidatie van lipiden is te laag om de snelheid van gebruik te evenaren tijdens
inspanning met hoge intensiteit. Dit verklaart de afname in het wedstrijdtempo van een
