Der vollständige Ratgeber zum Thema Protein Anabolismus und Katabolismus

Dieser Ratgeber umfasst Folgendes:

• Die exakte Bedeutung des Begriffs Stoffwechsel.
• Welches die primären Faktoren sind, die Katabolismus und Anabolismus beeinflussen.
• Welchen Einfluss Insulin auf die Proteinsynthese besitzt.
• Welche Rolle die Ernährung bezüglich Wachstumshormone, Insulin und IFG-1 Produktion spielt.
• Wie Testosteron eine signifikante Rolle bei Wachstum und Aufrechterhaltung des Skelettmuskelgewebes spielt.
• Welche Rolle die drei primären Östrogene spielen, die im Rahmen des menschlichen Steroidogenesepfadweges produziert werden: Östradiol, Östron und Östriol.
• Warum Schilddrüsenhormone einen entscheidenden Regulator des menschlichen Stoffwechsels darstellen.
• Warum Stresshormone nichts sind, das um jeden Preis gemieden/unterdrückt werden muss.

 

Die beiden Begriffe, mit denen im Bereich der Bodybuilding Subkultur am meisten herumgeworfen wird, sind “anabol” und “katabol”. Ich könnte jedoch wetten, dass die meisten Menschen nicht viel über diese Begriffe wissen, was darüber hinausgeht, dass der erste Begriff etwas mit dem Aufbau und der zweite Begriff etwas mit dem Abbau zu tun hat.

Wenn man berücksichtigt, dass der Hauptfokus vieler Wettkampfathleten und Freizeitsportler darin besteht, ihre Körperkomposition zu verbessern, sind Muskelhypertrophie und Fettabbau häufig ihre primären Interessen. Deshalb scheint es weise zu sein, die Grundlagen von dem zu behandeln, was Anabolismus und Katabolismus in diesem Zusammenhang bedeuten. Darüber hinaus ist es wichtig zu verstehen, was diese Klassen von Reaktionen im großen Schema der Dinge für einen lebenden Organismus bedeuten.

Diese Artikelserie ist dazu gedacht, die primären Faktoren des menschlichen endokrinen Systems und ihre Rolle beim Protein Anabolismus und Katabolismus abzudecken.

Was ist der Stoffwechsel?

Stoffwechsel ist einer dieser Begriffe, den so ziemlich jeder kennt (und verwendet), aber den nur wenige wirklich verstehen, weshalb dieser Abschnitt dazu dienen wird, Dir eine elementare Vorstellung von den zu vermitteln, was der Stoffwechsel genau ist.

Alle lebenden Organismen bestehen aus der einfachsten lebenden Einheit – der Zelle. Ja, dies bedeutet, dass selbst einfache Mikroorganismen „am Leben“ sind, auch wenn Menschen natürlich aus einer enormen Menge von Zellen (hunderte von Billionen Zellen) bestehen und sehr gehirnlastig sind, während viele Mikroben nur aus einer einzigen Zelle bestehen (und kein Gehirn haben). Aber ich schweife ab…

Doch zurück zum Thema – innerhalb dieser Zellen laufen kontinuierlich chemische Reaktionen ab, die im Rahmen des Prozesses Energie verbrauchen oder Energie abgeben. Diese Reaktionen werden in zwei Klassen aufgeteilt, auf die wir bereits in der Einleitung eingegangen sind: anabole und katabole Reaktionen. Erstere verwenden Energie, um Zellkomponenten und Moleküle aufzubauen, während letztere Energie freisetzen, während sie komplexe Strukturen aufbrechen.

Wenn wir von Stoffwechsel sprechen, beziehen wir uns deshalb auf die Aufsummierung all dieser physiologischen Reaktionen innerhalb der Zelle, die notwendig sind, um das Leben aufrecht zu erhalten. Eine Vielzahl von Variablen wie Hormonsignale, körperliche Aktivität, Nährstoffverfügbarkeit und Energiestatus beeinflussen, wie diese Reaktionen ablaufen und wann sie stattfinden. Für den Augenblick ist es lediglich wichtig, dass Du weißt, dass der Stoffwechsel ein hoch kompliziertes System von Reaktionen in Zellen ist, welches das Leben aufrecht erhält und dass es eine inhärente Energieaufnahme und eine inhärente Energiefreisetzung durch diese Prozesse gibt (deshalb die Notwendigkeit für Nährstoffe).

Verbesserung der Körperkomposition

Das Ziel der meisten Individuen im Fitnessstudio besteht darin, ihre Körperkomposition zu verbessern (d.h. ihren Körperfettanteil zu reduzieren und/oder ihre Muskelmasse zu steigern). Das komplizierte an der ganzen Sache ist, dass eine Verbesserung der Körperkomposition ein Prozess des Gebens und Nehmens ist. Im Bereich der Bodybuilding und Fitness Subkultur sind viele Menschen von der Idee, gleichzeitig Fett zu verlieren und Muskeln aufzubauen, besessen.

Diese Ereignisse schließen sich jedoch zumindest theoretisch gesehen gegenseitig aus, da eines der beiden Szenarien ein Energiedefizit und das andere einen Energieüberschuss benötigt. Wenn mir einer dieser Trainer oder eines dieser magischen Programme über den Weg laufen, die garantieren, dass sie dabei helfen werden gleichzeitig Muskeln auf- und Fett abzubauen, dann weiß ich, dass es sich hierbei um eine ziemlich arrogante Behauptung handelt, solange es diese Personen oder Programme nicht schaffen, die Gesetze der Thermodynamik zu überwinden.

Ein Weg, sich eine Verbesserung der Körperkomposition vorzustellen, ist ein hin- und herschaukeln zwischen Muskelaufbau und Fettabbau – wenn Du eines von den beiden verstärken willst, muss das andere reduziert werden.

Dies ist der Grund dafür, dass der traditionelle Ansatz vieler Fitnessstudiobesucher, die ihre Körperkomposition verbessern möchten, darin besteht, zwischen Phasen des Muskelaufbaus und des Fettabbaus hin und her zu wechseln. Für gewöhnlich wird in diesem Zusammenhang auch von Masse- und Diätphasen gesprochen. Die andere Option besteht darin, sich ständig in einer Aufrechterhaltungsphase zu befinden (während der Du weder Muskeln noch Fett auf oder abbaust). Werfen wir also einen Blick darauf, welche Rolle der Proteinanabolismus und der Katabolismus spielen, wenn es darum geht, die Körperkomposition zu verbessern.

Protein und der Aufbau von Skelettmuskelgewebe

Das Skelettmuskelgewebe dient als größtes Reservoir von Aminosäuren im menschlichen Körper. Viele Bodybuilder und Gesundheitsenthusiasten lieben es, über das Thema der Proteinzufuhr zu diskutieren – hauptsächlich deshalb, weil Proteine die „Bausteine“ / Aminosäuren liefern, die für die Synthese von Muskelgewebe verantwortlich sind.

Viele Menschen deuten die Botschaft, die gesandt wird, wenn sich jemand auf die Proteinsynthese bezieht, falsch. Proteine sind im Grunde genommen Makromoleküle, die beim Menschen eine Vielzahl von Rollen spielen. Sie haben nicht nur etwas mit dem Muskelgewebe zu tun, sondern sind in vielen Körpersystemen allgegenwärtig:

• Ganzkörper Proteinumsatz – dies ist ein Maß für die Synthese und den Abbau aller Proteine in allen Organen und Körpergeweben
• Skelettmuskel Proteinumsatz – dies ist ein Maß für Synthese und Abbau im Bereich der Skelettmuskulatur.

 

Wenn es um eine Verbesserung der Körperkomposition geht, dann sollte es intuitiv Sinn machen, dass wir versuchen spezifisch Skelettmuskelgewebe aufzubauen, da wir nicht auf eine Hypertrophie von - sagen wir - dem Nierengewebe aus sind (nun, zumindest nicht chronisch). Dies bedeutet jetzt natürlich nicht, dass ein Ganzkörper Proteinanabolismus etwas Schlechtes ist (welcher letztendlich ein entscheidender Bestandteil der menschlichen Existenz ist), sondern lediglich, dass ein exorbitanter Ganzkörper Proteinanabolismus über einen längeren Zeitraum zu einer Vergrößerung der Organe und somit letztendlich auch zu Gesundheitsproblemen führen kann.

Synthese, Abbau, Umsatz, Anabolismus, Katabolismus, Hypertrophie…”Ich blicke nicht mehr durch, Hilfe!”

Bevor wir weitermachen ist hier für all diejenigen, für die all die technischen Begriffe etwas verwirrend sind, ein kurzer Überblick über einige der Begriffe, wie in diesem Artikel verwendet werden:

• Muskelproteinsynthese—Dieser Begriff bezieht sich ausschließlich auf die Synthese von Protein im Skelettmuskelgewebe
• Muskelproteinabbau—Dieser Begriff bezieht sich ausschließlich auf den Abbau von Skelettmuskelgewebe
• Proteinumsatz—Der Proteinumsatz ist ein Maß für das Verhältnis von Proteinsynthese zu Proteinabbau
• Muskelproteinanabolismus—Dieser Begriff bezieht sich auf einen Zustand im Skelettmuskelgewebe, bei dem die Muskelproteinsynthese den Muskelproteinabbau übersteigt und es somit zu einem Aufbau von Muskelgewebe kommt
• Muskelproteinkatabolismus—Dieser Begriff bezieht sich auf einen Zustand im Skelettmuskelgewebe, bei dem der Muskelproteinabbau die Muskelproteinsynthese übersteigt und es somit zu einem Aufbau von Muskelgewebe kommt
• Hypertrophie—Dies ist ein anderer Begriff für das Wachstum von Gewebe (im Allgemeinen im Hinblick auf die Muskeln)
• Atrophie—Dieser Begriff steht für einen Abbau von Gewebe und stellt das Gegenteil einer Hypertrophie dar

Primäre Hormone und Faktoren, die im Hinblick auf Skelettmuskelproteinanabolismus und -katabolismus berücksichtigt werden müssen

Okay, jetzt sind wir beim eigentlichen Thema des Artikels angekommen und werden uns mit den Faktoren beschäftigen, die beim Proteinanabolismus und beim Proteinkatabolismus eine große Rolle spielen und somit letztendlich Auswirkungen auf die Körperkomposition besitzen. Wie bereits zuvor angesprochen wurde, dienen anabole Reaktionen dazu, zellulare Komponenten und Moleküle aufzubauen, während katabole Reaktionen das genaue Gegenteil bewirken. Erinnere Dich außerdem daran, dass anabole Reaktionen eine Energiezufuhr benötigen und katabole Reaktionen Energie freisetzen. Wir werden einen detaillierteren Blick darauf werfen, welche Rolle proteinanabole und proteinkatabole Reaktionen im Hinblick auf den Aufbau von Skelettmuskelgewebe spielen – eine der wichtigsten Komponenten bei der Verbesserung der Körperkomposition.

Hier ist eine kurze Vorschau auf die Themen, die wir in diesem Zusammenhang betrachten werden:

• Aminosäurepool, Transport und Oxidation
• Insulin
• Insulin-like Growth Factor-1 (IGF-1) und IGF-Binding Protein-3 (IGFBP-3)
• Wachstumshormone
• Androgene Hormone
• Östrogene Hormone
• Schilddrüsenhormone
• “Stresshormone”—Glucocorticoide, Glukagon und Katecholamine

 

Behalte im Hinterkopf, dass es bei vielen der Hormone und Faktoren, die in diesem Artikel beschrieben werden, ein gewisses Zusammenspiel gibt, weshalb es nahezu unmöglich ist, diese Komponenten zu isolieren.

Aminosäurepool, Transport und Oxidation

Wie bereits erwähnt wurde, dient das Skelettmuskelgewebe als das größte Reservoir von Aminosäuren im Körper und macht gleichzeitig auch die größte Masse an Protein aus. Es gibt im Grunde genommen zwei Aminosäurepools, die für uns interessant sind: der zirkulierende Aminosäurepool und der intrazellulare Aminosäurepool.

Wenn sich der Körper in einem Hungerzustand (oder einem anderen katabolen Zustand) befindet, werden Aminosäuren aus dem Muskelgewebe in den Blutkreislauf freigesetzt und von anderen Körpergeweben verwendet. Wenn hingegen ein Proteinanabolismus notwendig ist, können Aminosäuren aktiv aus dem Blutkreislauf in den intrazellularen Raum transportiert und in Proteine eingebaut werden (d.h. es werden neue Proteine synthetisiert).

Zusätzlich zur Verfügbarkeit intrazellularer Aminosäuren wird die Proteinsynthese/ der Anabolismus also zum Teil auch durch den Transport von Aminosäuren in die Zellen hinein und aus den Zellen heraus reguliert.

Bei Tieren (hauptsächlich Raubtieren) liefern Aminosäuren eine große Menge an Energie über die Oxidation von Aminosäuren. Die Oxidation von Aminosäuren zu Ammoniak und ihren Kohlenstoffskeletten kommt dann zustande, wenn über die Nahrung überschüssiges Protein zugeführt wird oder ein Hungerszustand, eine Kohlenhydratrestriktion und/oder eine Diabetes Mellitus Erkrankung vorliegen.

Ammoniak wird beim Menschen in Form von Harnstoff über die Nieren ausgeschieden, während die Kohlenstoffskelette der Aminosäuren als Substrate des Zitronensäurezyklus zum Zweck der Energieproduktion verwendet werden. Einige Menschen behaupten, dass eine stärkere Belastung der Nieren durch eine hohe Proteinzufuhr gegen traditionelle Bodybuilding Ernährungsformen spricht, aber selbst Proteinmengen oberhalb von vier Gramm pro Kilogramm Körpergewicht scheinen für Menschen mit einer gesunden Nierenfunktion sicher und unbedenklich zu sein (auch wenn dies für die meisten Trainierenden eine eher exorbitante Menge an Protein darstellen dürfte.)

Insulin

Insulin ist ein Peptidhormon, das von der Bauchspeicheldrüse primär in Reaktion auf erhöhte Blutzuckerspiegel ausgeschüttet wird (da es die Aktivität von Glukosetransportmolekülen heraufreguliert). Dank des dramatischen Anstiegs der Typ 2 Diabetes Erkrankungen in der westlichen Welt, wird Insulin unglücklicherweise im Allgemeinen als Feind der menschlichen Physiologie, wie wir sie kennen, angesehen.

Ich kann Dir jedoch versichern, dass Du, wenn Dein Ziel darin besteht, einen schlanken und muskulösen Körper aufzubauen, gut damit beraten bist, Insulin seine anabole Magie entfalten zu lassen, anstatt zu versuchen eine Insulinausschüttung um jeden Preis zu vermeiden, wie es einige Kohlenhydratgegner propagieren.

Insulin ist eines der wirkungsvollsten anabolen Hormone im menschlichen Körper und induziert einen körperweiten Anabolismus, wenn Aminosäuren zugeführt werden. Der Schlüssel ist hierbei, dass ein Status der Hyperinsulinämie (erhöhte Insulinspiegel) ohne gleichzeitige Verfügbarkeit von Aminosäuren die Gesamtkörperproteinsynthese nicht zu erhöhen scheint (auch wenn Insulin in diesem Szenario die körperweite Rate des Proteinabbaus reduziert) (1,2,3).

Doch auch wenn Insulin den körperweiten Proteinabbau reduziert, moduliert es das Ubiquitinsystem, das für die Regulierung des Muskelproteinabbaus verantwortlich ist, nicht. Somit reduziert Insulin nicht spezifisch den Muskelproteinabbau (4).

Wissenschaftliche Untersuchungen legen nahe, dass Insulin den transmembranen Transport der meisten Aminosäuren nicht direkt verändert, sondern stattdessen die Muskelproteinsynthese über eine Nutzung des aktiven intrazellularen Aminosäurepools erhöht (5). Die Ausnahme hiervon stellen Aminosäuren dar, die Natrium-Kalium Pumpen verwenden (primär Alanin, Leucin und Lysin), da Insulin eine Hyperpolarisierung der Muskelzellen durch eine Aktivierung dieser Pumpen bewirkt (2).

Dies legt nahe, dass erhöhte Insulinspiegel in Kombination mit erhöhten Plasmaaminosäurespiegeln einer Förderung der Muskelproteinsynthese recht zuträglich sein sollten. Dies ist in der Tat der Grund dafür, dass Patienten in einem kritischen Zustand einer Kachexie (allgemeiner körperlicher Verfall) häufig eine Infusion aus Aminosäuren und Insulin erhalten.

Insulin Zusammenfassung:

All das wissenschaftliche Brimborium kann manchmal zur Folge haben, dass wir den Blick auf das große Gesamtbild verlieren. Die Quintessenz dieses Abschnittes ist, dass Insulin in der Tat ein hoch anaboles Hormon ist, das der Skelettmuskelproteinsynthese zuträglich ist, wobei jedoch eine exogene (äußere) Aminosäurezufuhr notwendig ist, um diese Wirkung hervorzurufen.

Wie bereits erwähnt wurde, wird ein Zustand der Hyperinsulinämie (sprich erhöhte Insulinspiegel) und der Hyperaminoazidämie (sprich erhöhte Plasmaaminosäurespiegel) die Proteinsynthese fördern wird und welchen besseren Weg gäbe es, um einen solchen Zustand herzustellen, als Protein und Kohlenhydrate in Kombination zu sich zu nehmen.

Du solltest jedoch vorsichtig sein, die Botschaft nicht als „je mehr Insulin, desto besser“ zu verstehen, das dies im physiologischen Bereich nicht der Fall zu sein scheint. Wissenschaftliche Untersuchungen scheinen darauf hinzudeuten, dass es, auch wenn etwas Insulin die Muskelproteinsynthesereaktion auf eine Nahrungszufuhr verstärken wird, einen Punkt der Sättigung gibt, ab dem eine weitere Erhöhung der Insulinspiegel keine stärkere Erhöhung der Proteinsynthese hervorrufen wird (6).

Viel Menschen glauben, dass ein überflüssiger Schub schnell wirksamer Kohlenhydrate in Kombination mit Wheyprotein – insbesondere nach dem Training - ideal ist, um die Muskelproteinsynthesereaktion zu maximieren. Die Realität ist, dass Du keine Insulinspitzen brauchst – eine schwache und vorübergehende Insulinreaktion (wie sie bei niederglykämischen Kohlenhydraten beobachtet werden kann) wird so ziemlich dieselben Muskelproteinsynthesevorzüge wie eine rapide massive Insulinreaktion mit sich bringen.

Insulin-like Growth Factor-1 (IGF-1) & IGF-Binding Protein-3 (IGFBP-3)

Wie die Nomenklatur bereits nahelegt, handelt es sich bei IGF-1 um ein Peptidhormon, das von seiner Struktur her Insulin recht ähnlich ist und Auswirkungen auf das Wachstum von Menschen besitzt. IGF-1 wird hauptsächlich in der Leber nach einem Andocken von Wachstumshormonen produziert und agiert lokal in bestimmten Geweben, oder auch systemisch (körperweit). Somit ist IGF-1 ein Vermittler für die Wirkungen von Wachstumshormonen. IGF-1 ist ein potenter Hemmstoff des AKT Signalpfadwegs innerhalb der Zellen, welcher Auswirkungen auf Zellwachstum und Zellreifung besitzt.

Für praktische Zwecke ist es wichtig die Aktionen von IGFBP-3 zu berücksichtigen, da nahezu alles IGF-1 an einen der 6 Proteinkomplexe gebunden vorliegt und IGFBP-3 80% all dieser Bindungen ausmacht.

Man glaubt, dass IGF-1 aufgrund seiner Fähigkeit, an den Insulinrezeptor anzubinden und diesen zu aktivieren ähnliche Auswirkungen wie Insulin auf den Proteinstoffwechsel besitzt, wobei die Wirkung von IGF-1 an diesen Rezeptoren deutlich schwächer als bei Insulin selbst ausfällt (etwa 1/10 der Wirkung) (7).

Somit ist es nicht überraschend, dass IGF-1 den Proteinanabolismus in den Skelettmuskeln und im ganzen Körper erhöht (8,9). Eine einzigartige Eigenschaft von IGFBP-3 besteht darin, dass es eine Skelettmuskelatrophie zu hemmen scheint (d.h. es wirkt antikatabol (10).

IGF-1/IGFBP-3 Zusammenfassung:

Unter Berücksichtigung der Tatsache, dass IGF-1/IGFBP-3 im Hinblick auf eine Anregung der Proteinsynthese und die Aufrechterhaltung des Skelettmuskelgewebes während Zeiten eines Muskelabbaus/ einer Kachexie nützlich sind, dürfte die Frage, die sich die meisten wahrscheinlich stellen, lauten „Wie erhöhe ich die zirkulierenden Spiegel dieser Verbindungen?“

Nun, es gibt mehrere Faktoren, die die Menge an IGF-1/IGFBP-3 (und Wachstumshormonen), die im Blut zu einem gegebenen Zeitpunkt gegenwärtig sind, beeinflussen. Hierzu gehören unter anderem genetische Veranlagung, Biorhythmus, Alter, Training, Nährstoffstatus, Stress, Gesundheitszustand und ethnische Herkunft.

Viele Menschen sind der Annahme, dass eine Erhöhung der Insulinspiegel eine nachfolgende Erhöhung der IGF-1 Spiegel beeinträchtigen könnte, was jedoch nicht der Fall ist (erinnere Dich daran, dass Insulin und IGF-1 sich strukturell und wirkungstechnisch in gewisser Weise ähneln, sie aber auf unterschiedliche Art und Weise produziert werden). Da eine Erhöhung der Wachstumshormonspiegel letztendlich zur Produktion von IGF-1 führt (grob 6 bis 8 Stunden nach der Wachstumshormonausschüttung), macht es intuitiv am meisten Sinn, sich auf eine Erhöhung der körpereigenen Wachstumshormonspiegel zu konzentrieren (welche wir im Abschnitt über Wachstumshormone betrachten werden).

*Kurze Nebenbemerkung zu Supplements: Deer Antler Velvet Supplements und andere Supplements, die behaupten, durch einen Gehalt an natürlichem IGF-1 die körpereigenen IGF-1 Spiegel zu erhöhen:

In den letzten Jahren haben einige Supplementhersteller die Behauptung aufgestellt, dass Produkte wie Deer Antler Velvet (Hirschgeweihextrakt) das Muskelwachstum aufgrund der hohen Mengen an in diesen Extrakten natürlich enthaltenem IGF-1 fördern können. Solche Produkte sind jedoch in der Realität völlig wirkungslos, da es sich bei IGF-1 um ein Peptidhormon handelt und dieses bei oraler Einnahme im Verdauungstrakt vollständig zerstört wird. Abgesehen davon können solch komplexe Peptide nicht über den Verdauungstrakt in den Körper aufgenommen werden.

Im zweiten Teil dieses Artikels werden wir näher auf den Einfluss von Wachstumshormonen, Androgenen, Östrogenen, Schilddrüsenhormonen und Stresshormonen auf den Proteinstoffwechsel eingehen.

 

 

 

 

Quelle: https://www.muscleandstrength.com/expert-guides/protein-anabolism-catabolism