Der AMPk-Signalweg, die Fettverbrennung und mehr?

Der AMPk-Signalweg fungiert als Energiesensor, der bei Aktivierung in bestimmten Geweben die Fettverbrennung steigert.

Der AMPk -Signalweg ist auch an mehreren Langlebigkeitswegen beteiligt und kann ein gesundes Altern fördern. Aus der Perspektive deiner Ziele – sowohl auf Muskelebene als auch bei der Fettverbrennung – gibt es jedoch einige wichtige Aspekte.

Neben der Aktivierung der katabolen Signalwege, die ATP erzeugen, deaktiviert dieser Signalweg auch fast alle wichtigen anabolen Signalwege.

Dieses „Rad“ von Zielvorgängen zeigt die Teilprozesse, durch die dieser Signalweg andere Prozesse induziert oder hemmt.

AMPk wurde ursprünglich aufgrund seiner Fähigkeit definiert, sowohl die Acetyl-CoA-Carboxylase (ACC1) als auch die 3-Hydroxy-3-methylglutaryl-CoA-Reduktase (HMGR) zu phosphorylieren und zu inaktivieren – die wichtigsten regulierenden Enzyme der Synthese von Fettsäuren beziehungsweise Sterolen [139,140].

Die Synthese von Fettsäuren erfolgt in mehreren Prozessen. Wenn du also durch Fettverbrennung abnehmen möchtest, solltest du sie zumindest ansatzweise verstehen.

AMPk: das Energieenzym

Das Enzym AMPk (5′-AMP-aktivierte Proteinkinase) spielt eine Schlüsselrolle im Energiegleichgewicht … alle Lebewesen, von Hefen bis hin zum Menschen, besitzen dieses Enzym …

Das Enzym kann das Energieniveau (die Anzahl der ATP-Moleküle) in einer Zelle erkennen und hilft dabei, die Reaktionen zu regulieren, wenn es zu niedrig oder zu hoch ist.

AMPk wird in verschiedenen Geweben gebildet, darunter in der Leber, im Gehirn, in Fettzellen und in den Muskeln [1]. Obwohl seine Aktivität von äußeren Faktoren wie Ernährung und Bewegung abhängt, erben wir es alle von unseren Eltern.

AMPk und die Anregung des Stoffwechsels

AMPk im Hypothalamus erkennt unser Niveau der Energieproduktion im Körper (in Form von ATP), erhöht den Energieverbrauch und kann auch den Appetit steigern (wenn es im Hypothalamus aktiviert wird).

Wenn die Zellenergie niedrig ist, wird AMPk aktiviert und auf verschiedene Prozesse ausgerichtet. Die Nettowirkung ist eine Steigerung der Energieproduktion und eine koordinierte Verringerung des Energieverbrauchs (ATP).

Das hypothalamische AMPk steigert den Appetit, erhöht die Glukoseproduktion und -aufnahme, reduziert die Wärmeproduktion und verringert die Energieproduktion [2].

Obwohl dieser Signalweg wahrscheinlich an der zellulären Steuerung in den meisten Körperzellen beteiligt ist, konzentrieren wir uns auf:

• Die Leber,
• Die Fettzellen, die Skelettmuskulatur und
• Das Gehirn (insbesondere der Hypothalamus, der hauptsächlich an der Regulation von Appetit, Hunger und Körpergewicht beteiligt ist)

Um ihre Wirkung zu erklären, betrachten wir ihre Rolle im Kohlenhydrat-, Fett- und Proteinstoffwechsel in peripheren Geweben sowie die Regulation des Körpergewichts im Gehirn.

AMPk: Kohlenhydrate und Fette

Was die Kohlenhydrate betrifft, hemmt die Aktivierung von AMPk die Glykogenspeicherung und erhöht die Glukoseaufnahme; aus diesem Grund scheint sie maßgeblich an der Verbesserung der Insulinempfindlichkeit beteiligt zu sein.

Was passiert also mit dem Fettstoffwechsel?

• In der Leber verringert ihre Aktivierung die Synthese von Fettsäuren und Cholesterin.
• In den Muskelzellen erhöht ihre Aktivierung die Oxidation von Fettsäuren (das heißt, es wird mehr Fett verbrannt).

Außerdem scheint die Aktivierung von AMPk einer der Schlüsselmechanismen dafür zu sein, wie Krafttraining Anpassungen wie eine gesteigerte Synthese mitochondrialer Proteine bewirkt [3].

In den Fettzellen verringert dies sowohl die Fettsäuresynthese als auch die Lipolyse (indem es die hormonsensitive Lipase hemmt).

AMPk: und die Muskeln?

Okay, bis hierhin klingt alles gut, oder? Abgesehen von der Hemmung der Lipolyse scheint die Aktivierung von AMPk etwas Großartiges zu sein, weil sie die Glukoseaufnahme und die Oxidation von Fettsäuren in den Zellen der Skelettmuskulatur erhöht.

Warum also sollte man ihre Werte nicht ständig erhöhen?

• Der erste Grund ist, dass ihre Aktivierung die Proteinsynthese unterdrückt, indem sie den anabolen mTOR-Signalweg reduziert, der maßgeblich an der Proteinsynthese beteiligt ist [4].
• Das allgemeine Bild ist, dass sie energieaufwendige Prozesse (wie die Proteinsynthese) abschaltet und Prozesse zur Energiegewinnung (wie die Oxidation von Glukose und Fetten) aktiviert.

Eine Hemmung der Proteinsynthese in der Skelettmuskulatur ist also die erste Reaktion. Beispielsweise kann sie PPAR-Alpha und PPAR-Gamma unterdrücken, zwei wichtige Proteine, die den Stoffwechsel und die Genexpression regulieren.

• Der zweite Grund hat mit den Auswirkungen der Aktivierung von AMPk im Gehirn zu tun, wo ihre Aktivierung einen negativen Effekt hat: Sie steigert den Appetit.
• Ghrelin, das den Appetit und die Nahrungsaufnahme tendenziell steigert, erhöht die AMPk-Werte im Gehirn, während Leptin, das den Appetit und die Nahrungsaufnahme tendenziell mehr oder weniger verringert, deren Werte senkt.

Außerdem beeinflusst die Nährstoffverfügbarkeit die zerebrale AMPk (wahrscheinlich über Leptin und Ghrelin). Wenn du den Appetit verringerst, erhöhst du die AMPk-Werte in den Muskeln. Das kannst du mithilfe eines Appetitzüglers tun, wenn du ihn nicht täglich kontrollierst.

Multifunktionen: Mitochondrien und mehr?

Neben den Prozessen, die über einen gut erforschten Mechanismus mit dem Fettabbau zusammenhängen, außerdem:

• Es fördert das zelluläre Recycling, indem es die Qualität molekularer und zellulärer Untereinheiten kontrolliert, beschädigte oder fehlgefaltete Proteine und sogar beschädigte Mitochondrien abbaut und dadurch Energie erzeugt.
• Es reguliert die Mitochondrien und kann ihre Aktivität sowohl kurz- als auch langfristig verbessern, sie sogar erneuern.

In gewisser Weise verringert eine Reduzierung der mitochondrialen Aktivität die Muskelleistung erheblich [5].

• AMPk wirkt außerdem als Antioxidans, da es die antioxidative Abwehr während oxidativen Stresses verstärkt. Dies geschieht durch die Produktion verschiedener antioxidativer Proteine wie NRF2, Superoxiddismutase und Entkopplungsprotein 2 (UCP2) [6].
• Überraschenderweise unterstützt es die Sauerstoffversorgung während des Schlafs oder in großer Höhe und schützt dadurch vor akuter Ateminstabilität (wie Hypoxie).
• Es erhöht den Blutfluss durch Vasodilatation (Erweiterung der Blutgefäße), indem es die Freisetzung von Stickstoffmonoxid in den Blutgefäßen anregt [7].
• Die Aktivierung von AMPk verbessert die Insulinempfindlichkeit, die sowohl für die Definition als auch für den Muskelaufbau entscheidend ist. [6].

Was passiert mit der Entzündung?

In einem interessanten Kreislauf kann AMPk Entzündungen verringern und durch Entzündungen vermindert werden.

• Wenn es aktiviert wird, entfaltet es ebenfalls starke entzündungshemmende Wirkungen.
• Es hemmt Entzündungen, indem es indirekt auf den Faktor NFκB einwirkt, einen wichtigen Aktivator von Entzündungen [6].

Obwohl AMPk viele positive Auswirkungen auf chronische Entzündungen haben könnte, ist ihre Aktivität in solchen Zuständen im Allgemeinen reduziert.

In diesem Zusammenhang empfehlen wir dir die Verwendung von Omega-3-Fettsäuren, die neben der Aktivierung der AMPk/PGC-1alfa-Signalübertragung auch eine bemerkenswerte entzündungshemmende Wirkung haben [8].

Die Zusammenhänge mit der Langlebigkeit

Einige Forscher glauben, dass der altersbedingte Anstieg der chronischen Entzündungswerte für die Unterdrückung der AMPk-Aktivität im Laufe der Zeit verantwortlich ist.

Ihre Aktivierung kann jedoch mehrere Langlebigkeitswege unterstützen und ein gesundes Altern fördern, insbesondere durch die Verringerung der Produktion bestimmter Proteine und die Verbesserung der Autophagie (der Erneuerung der Zellmitochondrien).

Die Langlebigkeitswege von AMPk:

• Aktiviert die Langlebigkeitsproteine FOXO.
• Aktiviert den antioxidativen Hauptregulator NRF2.
• Hemmt den „Hauptregulator“ der Lipogenese SREBPc.
• Hemmt indirekt den mTOR-Signalweg.

Die Forschung zur Langlebigkeit ist ein umstrittenes Gebiet, und die genaue Rolle des Enzyms ist unbekannt. Die Aktivierungsmechanismen mehrerer mit Langlebigkeit verbundener Elemente sind jedoch gut erforscht.

So aktivieren Sie den AMPk-Signalweg

Es gibt weder Magie noch eine Geheimformel; dennoch sind es vier oder fünf Faktoren, die ihre Aktivierung zur Fettverbrennung fördern.

Zunächst wird ATP beim Training mit hoher Intensität zu ADP und anschließend zu AMP umgewandelt, wodurch AMPk aktiviert wird. Die Aktivierung stimuliert GLUT-4 (einen Transportkomplex), was eine stärkere Glykolyse bewirkt. Die Verfügbarkeit von Glykogen ist dabei der Faktor, der es ermöglicht, in diesem Szenario Substrate wie Fette zur Energiegewinnung zu nutzen.

• Beim Sport wird Energie (in Form von ATP) verbraucht, und der daraus resultierende Energiemangel stimuliert AMPk durch Muskelkontraktionen. Die Auswirkungen entstehen durch eine erhöhte Insulinempfindlichkeit.
• Eine Kalorienrestriktion aktiviert AMPk über mehrere Mechanismen. Einer davon ist die Ausschüttung von Adiponektin aus den Fettzellen, das AMPk in mehreren Geweben, einschließlich der Skelettmuskulatur, aktiviert.

Bei ihrer Hemmung oder Unterdrückung gibt es einige festgelegte Prozesse, die das Gegenteil bewirken.

• Hohe Glukosespiegel.
• hohe Aminosäurespiegel, insbesondere verzweigtkettige Aminosäuren.
• Der Überschuss an gesättigten Fetten und
• Auch ein erhöhter Insulinspiegel hemmt AMPk.

Auf hormoneller Ebene aktivieren außerdem entzündungshemmende Zytokine AMPk, während entzündungsfördernde Zytokine es unterdrücken.

Nahrungsergänzung und AMPk

Eine indirekte Möglichkeit, die Fettverbrennung wirksam zu unterstützen, führt über diesen Weg. Dazu gibt es neben der Verringerung von Entzündungen durch Omega-3-Fettsäuren oder den Einsatz von Appetitzüglern weitere natürliche Wirkstoffe.

Pflanzliches Quercetin, das häufig in Obst, Gemüse und Getreide vorkommt, aktiviert oder erhöht AMPk in Fettzellen, der Leber und den Muskeln, hemmt jedoch sein hypothalamisches Gegenstück [9]; in gewissem Maß geschieht dasselbe auch bei vielen revitalisierenden Nahrungsergänzungsmitteln.

Mehrere im Ginseng enthaltene Ginsenoside aktivieren AMPk, was zu einer erhöhten Glukoseaufnahme, einer Senkung der Triglycerid- und Cholesterinspiegel in der Leber sowie zur Hemmung der Fett- und Glukoseproduktion in der Leber führt [10].

Acetyl-L-Carnitin (ALC) hemmt die Insulinresistenz über den AMPk-Signalweg in den Zellen der Skelettmuskulatur, was eine bessere Leistung und letztendlich eine höhere Sensitivität für die Aufnahme wichtiger Nährstoffe nach dem Training bedeutet [11].

Referenzen

1. Cell Metabolism – 2005: AMP-aktivierte Proteinkinase: Ein uralter Energiesensor liefert Hinweise für das moderne Verständnis des Stoffwechsels
2. Neural Plast. – 2016: Hypothalamisches AMPK als Regulator der Energiehomöostase
3. Aschenback, WG et. al. 5′ Adenosinmonophosphat-aktivierte Proteinkinase, Stoffwechsel und körperliche Betätigung. Sports Med (2004) 91-103.
4. Bolster, DR. Die AMP-aktivierte Proteinkinase unterdrückt die Proteinsynthese in der Skelettmuskulatur von Ratten durch eine herabregulierte Signalübertragung des Säugerziels von Rapamycin (mTOR). J Biol Chem (2002) 277: 23977-23980.
5. Cell Metab. – 2015: AMPK an der Schnittstelle von Energiestoffwechsel und Alterung
6. Exp Mol Med- 2016: Regulation und Funktion von AMPK bei physiologischen Vorgängen und Krankheiten
7. Vascul Pharmacol – 2015: Vaskuläres AMPK als attraktives Ziel bei der Behandlung vaskulärer Komplikationen von Adipositas
8. Mar Drugs – 2019: Mit Omega-3-Fettsäuren angereichertes Fischöl aktiviert die AMPK/PGC-1α-Signalübertragung und verhindert den durch Adipositas bedingten Abbau der Skelettmuskulatur
9. J Nutr Biochem – 2014: Quercetin hemmt die AMPK/TXNIP-Aktivierung und reduziert entzündliche Läsionen, um den Defekt der Insulinsignalübertragung im Hypothalamus von mit hohem Fruktosegehalt gefütterten Ratten zu verbessern
10. Exp Mol Med – 2016: AMPK-Aktivatoren: Wirkmechanismen und physiologische Aktivitäten
11. Science Direct – 2009: Acetyl-L-Carnitin hemmt die TNF-α-induzierte Insulinresistenz über den AMPK-Signalweg in Zellen der Skelettmuskulatur von Ratten