Aufgabe Vorschlag B - Aufgabe 2 · Abitur Hessen Ernährungslehre LK 2022

2.1 Beschreiben Sie die stoffwechselphysiologischen Vorgänge der Energiebereitstellung in der Muskulatur mithilfe von Material 1.

Lösung: Der Vorrat an ATP in den Muskelzellen ist gering und ATP muss während sportlicher Aktivität ständig produziert werden, um die Aktivität aufrechterhalten zu können. Ein anaerober Weg für die Energiebereitstellung ist der unvollständige Abbau von Glucose über Brenztraubensäure (BTS/Pyruvat) zu Milchsäure aus den Glykogenspeichern. Die ATP-Ausbeute ist hierbei gering. Die Energie eines weiteren Phosphats in der Muskelzelle, des Kreatinphosphats (KP), sorgt auch anaerob und ohne Laktatbildung dafür, dass aus ADP und P wieder ATP entsteht. Wenn genug Sauerstoff zur Verfügung steht, wird die Glucose auch aerob, über BTS, den Citratzyklus und die Atmungskette abgebaut. Die Energieausbeute ist deutlich größer als beim anaeroben Abbau. Auf aerobem Weg können auch Fette mit hoher Energieausbeute abgebaut werden. Bei der Lipolyse werden die Fette in Glycerin und Fettsäuren gespalten und die Reduktionsäquivalente gelangen auf unterschiedlichen Wegen in den Citratzyklus und die Atmungskette zur Energiegewinnung der Muskelzelle. Das Glycerin wird über BTS zu Acetyl-CoA und die Fettsäuren werden über die β-Oxidation zu Acetyl-CoA abgebaut.

2.2 Erklären Sie die Art der Energiebereitstellung bei hoher Belastungsintensität in Abhängigkeit von der Belastungsdauer anhand von Material 2. Ordnen Sie den unterschiedlichen Arten der Energiebereitstellung jeweils eine Sportart bzw. Sportdisziplin zu.

Lösung: Die wichtigsten energieliefernden Substrate sind neben den energiereichen Phosphaten (ATP, KP) Glucose sowie Fettsäuren. Der Anteil der genutzten Substrate hängt stark von Dauer und Intensität der Belastung ab. Die jeweiligen Stoffwechselwege zur ATP-Gewinnung laufen zum Teil parallel ab. Zu Beginn jeder Belastung greift der Organismus auf die energiereichen Phosphate sowie die anaerobe Glykolyse zurück. Der ATP-Speicher in der Muskulatur reicht nur für wenige Sekunden. Eine ebenfalls schnell verfügbare Energiereserve für Muskelkontraktionen stellt das Kreatinphosphat dar. Beides zusammen reicht für rund 45 Sekunden Belastungsdauer. Die Energiegewinnung zu Beginn des Laufes und bei Kurzstrecken (Sprints) erfolgt überwiegend anaerob. In den ersten Minuten wird Muskelglykogen vorwiegend anaerob abgebaut. Mit zunehmender Belastungsdauer nimmt der Anteil des Muskelglykogens an der Energiebereitstellung ab und eine ausgeprägte Beschleunigung der Fettsäureoxidation ist ca. zehn Minuten nach Belastungsbeginn zu verzeichnen, z. B. bei Mittelstreckenläufen. Im Langstreckenbereich gewinnt die Energiegewinnung aus der β-Oxidation der Fettsäuren zunehmend an Bedeutung. Allerdings werden zu keinem Zeitpunkt ausschließlich Fettsäuren oxidiert. Daher sind Muskel- und Leberglykogenreserven für eine Ausdauerleistung von entscheidender Bedeutung. Die Glucose wird zur Stabilisierung des Blutzuckerspiegels und zur Energieversorgung des Körpers herangezogen und stammt aus den Leberglykogenreserven. Bei jeder Steigerung der Belastungsintensität (z. B. beim Zwischenspurt im Ausdauerbereich) wird Glucose vermehrt zur Energiebereitstellung herangezogen. Zuordnung von Sportarten/Sportdisziplinen: - Schnellkraft / bis 45 s (energiereiche Phosphate): z. B. 100-m-Sprint, Gewichtheben, Kugelstoßen. - Kurzzeitausdauer / 45 s–2 min (vorwiegend anaerob): z. B. 400-m-Lauf, 100-m-Schwimmen. - Mittelzeitausdauer / 2–8 min (Muskelglykogen, Übergang aerob): z. B. 1500-m-Lauf, 2000-m-Rudern. - Langzeit- und Extremausdauer / >8 min bzw. >1 h (aerobe Fett- und Glucoseoxidation): z. B. 10.000-m-Lauf, Marathonlauf, Radrennen.

2.3 Erläutern Sie die Funktionen der Vitamine im Energiestoffwechsel der Sportlerin oder des Sportlers mithilfe von Material 3.

Lösung: Vitamin B1 (Thiamin) ist im Zellstoffwechsel als Bestandteil des Coenzyms Thiamindiphosphat notwendig. Es ist beim Abbau von Glucose bei der oxidativen Decarboxylierung (z. B. von Pyruvat zu Acetyl-CoA) beteiligt. Vitamin B2 (Riboflavin) ist Bestandteil des Coenzyms FAD, das für die Wasserstoffübertragung zuständig ist, z. B. bei der β-Oxidation, im Citratzyklus, und der Atmungskette. Es ist daher grundsätzlich für die Energiegewinnung aus Nährstoffen notwendig. Vitamin B6 (Pyridoxin) ist in vielen Enzymen im Proteinstoffwechsel beteiligt, z. B. bei der Transaminierung der Aminosäuren. Niacin ist als Bestandteil von NAD+, dem wichtigsten Wasserstoffüberträger in der Zelle, sowohl beim Fettsäureabbau als auch bei der Glykolyse und dem Citratzyklus beteiligt. Niacin ist Wasserstofflieferant für die Atmungskette.