Das Abenteuer eines Kohlenstoffmoleküls: Woher kommt unsere Energie?

Das Abenteuer eines Kohlenstoffmoleküls: Woher kommt unsere Energie?

Als ich jünger war, wollte ich Ärztin werden. Die Wissenschaft hat mich schon immer fasziniert, besonders die Art und Weise, wie Nahrung zu Energie wird und wie alle Systeme im Körper miteinander verbunden sind. Diese Neugier hat mich nie verlassen, weder während meiner Zeit als Profi-Triathletin noch heute.

In diesem Beitrag geht es um einen kleinen, aber mächtigen Reisenden: ein einzelnes Kohlenstoffatom. Verfolgen wir seine Reise von der Luft auf unseren Teller, durch unseren Blutkreislauf und schließlich in die Energie, die unsere Workouts antreibt.

Denn zu verstehen, woher die eigene Energie kommt, ist nicht nur etwas für Wissenschaftler. Es ist auch für Sportler wichtig, die ihre Ernährung optimieren und ihre Leistung steigern wollen.

Von der Atmosphäre zur Pflanze: Sonnenlicht auf einem Teller einfangen

Unser Kohlenstoffatom beginnt seine Reise als Teil eines CO₂-Moleküls, das in der Atmosphäre schwebt. Es verweilt einfach dort – bis es von einer Pflanze aufgenommen wird.

Dank der Photosynthese nehmen Pflanzen CO₂ und Wasser auf und wandeln diese dann mithilfe von Sonnenlicht in Glukose, einen Einfachzucker, um:

6CO₂ + 6H₂O + Sonnenlicht → C₆H₁₂O₆ + 6O₂

Diese Glukose wird zu Pflanzenenergie. Und wenn du Pflanzen – oder Tiere, die Pflanzen gefressen haben – isst, nimmst du im Grunde ein Stück Sonnenlicht auf. Stell dir deinen Haferbrei vor dem Wettkampf als essbaren Sonnenschein vor.

Verdauung: Die Aufspaltung des Brennstoffs

Stellen wir uns nun vor, Sie essen 30 Minuten vor einer Radtour eine Banane. In Ihrem Verdauungssystem beginnen Enzyme mit der Arbeit und spalten die Stärke in Glukosemoleküle auf.

Die Glukose wird im Dünndarm aufgenommen und ins Blut abgegeben, um zu den Zellen transportiert zu werden. Der Körper tankt neue Energie.

Zellatmung: Wo die Magie (und das ATP) geschieht

Sobald die Glukose in Ihre Zellen gelangt, beginnt die eigentliche Energieproduktion. Stellen Sie es sich wie einen dreiteiligen Triathlon vor:

• Schwimmen (Glykolyse – im Zytoplasma): Glucose wird in zwei Pyruvatmoleküle gespalten, wobei ein kleiner Spritzer ATP (2 netto ATP) und NADH (2 NADH) entsteht.
• Pyruvatoxidation und Krebszyklus (in den Mitochondrien): Pyruvat wird zu Acetyl-CoA umgewandelt, wobei CO₂ freigesetzt wird, und gelangt in den Krebszyklus. In diesem Zyklus wird Pyruvat weiter abgebaut, wodurch mehr CO₂ freigesetzt und NADH, FADH₂ sowie etwas ATP (2 ATP) gebildet werden.
• Lauf (Elektronentransportkette): Der Endspurt. NADH und FADH₂ spenden Elektronen an die Elektronentransportkette und treiben so einen Protonengradienten an, der die ATP-Synthase antreibt, um einen ATP-Schub von etwa 30–32 ATP pro Glucosemolekül zu produzieren.

Die Energie, die dich beim Radfahren oder Bergsprint antreibt? Es ist dieser wunderbar effiziente chemische Triathlon, der in deinen Zellen stattfindet!

Energiespeicher: Der Akku für Sportler

Nicht jedes Gramm Glukose wird sofort verbraucht. Ein Teil wird für später aufbewahrt, wie zusätzliches Werkzeug im Wettkampfgürtel.

• Glykogen wirdin Leber und Muskeln gespeichert und kann bei langen Trainingseinheiten abgerufen werden.
• Fett: Sind Ihre Glykogenspeicher voll, wird Glukose in Fettsäuren umgewandelt und als Triglyceride gespeichert.

Das ist für Ihren Körper das Äquivalent dazu, wenn Sie Aero-Flaschen und ein Ersatz-Gel an Ihrem Oberrohr befestigt hätten.

Wissenswertes: Wenn Sie Fett „verbrennen“, verlässt der größte Teil der Fettmasse Ihren Körper als CO₂ und Wasser – Sie atmen es aus.

Zurück zur Atmosphäre: Das Kohlenstoffatom atmet aus

Sobald Energie gewonnen wurde, verbindet sich unser Kohlenstoffatom wieder mit einem CO₂-Molekül und wird ausgeatmet. Jeder Atemzug während eines langen Laufs bedeutet, dass dein Körper den Kohlenstoff freisetzt, den er zuvor aus der Nahrung gespeichert hat.

Der Kreislauf setzt sich fort – Pflanzen nehmen auf, was wir ausatmen. Derselbe Kohlenstoff könnte nächste Woche ein Grashalm nähren oder nächsten Monat zu den Haferflocken in Ihrem Frühstück werden.

Das große Ganze: Leistung ist nichts anderes als Solarenergie in Bewegung

Wenn man den Weg dieses Kohlenstoffatoms versteht, fühlt sich Ernährung viel kraftvoller – und persönlicher – an.

„Es hat etwas Schönes, darüber nachzudenken, wie Energie mit Sonnenlicht beginnt und mit Anstrengung endet. Und darüber nachzudenken, wie jeder Bissen mit jedem Atemzug und jeder Trainingseinheit zusammenhängt.“

— Alistair Brownlee

Wenn du also das nächste Mal vor einer langen Fahrt Energie zu dir nimmst oder dich fragst, ob das Gel überhaupt etwas bringt, denk daran: Du isst nicht einfach nur. Du setzt eine Kettenreaktion in Gang, die Licht in Bewegung.

Wenn Sie wissen möchten, wie Sie diese Energie im Training sinnvoll einsetzen können, schauen Sie sich unseren Blog zum Thema „Intelligentere Ernährung mit modularen Kohlenhydratstrategien“.

Wichtige Referenzen

• Taiz, L. & Zeiger, E. (2010). Pflanzenphysiologie, 5. Aufl. Sinauer Associates.
• Guyton, AC & Hall, JE (2020). Lehrbuch der medizinischen Physiologie, 14. Auflage. Elsevier.
• Nelson, DL, Cox, MM & Hoskins, AA (2021). Lehninger Principles of Biochemistry, 8. Aufl.
• Berg, JM, Tymoczko, JL & Stryer, L. (2019). Biochemie, 9. Aufl.
• Campbell, NA & Reece, JB (2017). Biologie, 10. Auflage. Pearson Education.

Über den Autor

Alistair Brownlee ist zweifacher Olympiasieger, Ironman-Champion und Mitbegründer von Truefuels. Ihn treibt die Überzeugung an, dass wissenschaftlich fundiertes Training, klare Strukturen und die Beseitigung von Reibungsverlusten den Leistungsfluss optimieren.