Biologischer Hintergrund
BCAA ist eine Kombination verschiedener Aminosäuren. Sie kann in Form von Nahrungsergänzungsmitteln verabreicht werden, jedoch lässt sich der grundlegende Bedarf an diesen organischen Verbindungen auch auf natürlichem Wege decken.
Was sind Aminosäuren, und welche Funktion üben sie im menschlichen Körper aus? Essentielle Aminosäuren kann der menschliche Organismus nicht selbst herstellen, sie müssen daher durch Nahrungsaufnahme zugeführt werden. Als Bausteine, die zu Proteinen zusammengesetzt werden, erfüllen sie wichtige Funktionen im Organismus. Denn Eiweiße sind die wichtigsten Baustoffe des Lebens.
Aminosäuren sind die Grundbausteine von Eiweißverbindungen. Wenn sie diese Funktion erfüllen, werden sie als proteinogene Aminosäuren bezeichnet, von denen 23 natürlich vorkommende bis heute bekannt sind. Doch darüberhinaus sind zahlreiche weitere biologische Funktionen durch diese Klasse organischer Verbindungen bekannt. Die Wissenschaft kennt derzeit etwa 400 nichtproteinogene Aminosäuren, die in natürlicher Biomasse vorkommen. Da Aminosäuren jedoch auch synthetisch erzeugt werden können, ist ihre tatsächliche Gesamtzahl kaum einzuschätzen.
Chemisch handelt es sich bei Aminosäuren um Carbongruppen, die sich zudem durch eine stickstoffhaltige Aminogruppe auszeichnen.
BCAA ist die Abkürzung für „branched chain amino acids“, die zu Deutsch als verzweigtkettige Aminosäuren bezeichnet werden. Wichtigste Vertreter dieser Gruppe sind die drei Verbindungen Isoleucin, Leucin und Valin , die besonders wichtig für Sportler sind, da sie im Zusammenhang mit dem Dickenwachstum von Körpermuskulatur stehen. Und das ist dann auch der inhaltliche Bereich, in dem BCAA besondere Beachtung finden: der Profisport. Doch was haben Aminosäuren grundsätzlich mit Muskelaufbau und Leistungssport zu tun?
Wie alle tierischen Organe besteht auch die Muskulatur aus Zellen, die jedoch bestimmte Besonderheiten aufweisen. Es handelt sich bei ihnen um sogenannte Syncytien, also mehrkernige Zellkörper, die aus mehreren Einzelzellen entstanden sind. Anders als bei gewöhnlichen Körperzellen sind bei ihnen also die Zellmembranen verloren gegangen, die normaler Weise das sogenannte Cytoplasma (Innerer Raum einer Zelle mit Zellorganellen) von dem der Nachbarzelle abgrenzen. Dabei ist ein Muskelwachstum im Sinne der Zellvermehrung nicht möglich. Die Muskelzellen, die den einzelnen Muskelfasern entsprechen, können die Größe ihres Querschnittes lediglich dadurch erreichen, dass mehr Protein eingelagert wird. Der Einbau neuer Eiweißmoleküle ist die letztliche Konsequenz einer Reizung der Muskelzellen. Zugrunde liegt dem ein Stimulus in Form einer mikroskopisch kleinen Zellverletzung, der in seiner Intensität einen tolerierten Schwellenwert überschreiten muss. Eine Kaskade biochemischer Reaktionen führt schließlich zur Proteinbiosynthese, dem Massenzuwachs der Körpermuskulatur. Beteiligt an diesem Vorgang sind vor allem die beiden verzweigtkettigen Aminosäuren Leucin und Isoleucin. Dabei unterstützt Leucin den Aufbau des Muskelgewebes sowie die Bildung wichtiger Proteine in der Leber. Isoleucin ist Bestandteil einer Reaktionskette, die die Muskelfasern mit der notwendigen Energie versorgt. Valin ist Bestandteil wichtiger Enzyme und unterstützt ebenfalls die Energieversorgung der Muskulatur. Es ist zudem Bestandteil der Proteinbiosynthese, vor allem innerhalb von Muskelzellen. Leucin, Isoleucin und Valin sind daher wichtige Aminosäuren, mit denen vor allem Kraftsportler in ausreichendem Maße versorgt werden müssen.
Allgemein entsprechen die BCAA etwa 50% aller durch die Nahrung aufgenommener essentieller Aminosäuren. Leucin, Isoleucin und Valin sind dabei aus verschiedenen natürlichen Nahrungsmitteln bekannt. So wurde Valin erstmalig aus Kuhmilch gewonnen, die im Übrigen im Vergleich zu anderen Nährstoffquellen den höchsten Anteil dieser Aminosäure aufweist. Valin ist jedoch auch Bestandteil verschiedener Früchte wie Weizen, Reis , Erbsen oder Walnüssen. Doch auch der Verzehr von Lachs, Rind- oder Hähnchenfleisch vermag den menschlichen Bedarf an Valin zu decken.
Auch Leucin ist eine essentielle Aminosäure, die in zahlreichen natürlichen Ressourcen vorkommt. Es tritt häufig zusammen mit seinem Konstitutions-Isomer Isoleucin auf. Beide sind dabei häufig Bestandteile von Nahrungsmitteln, die auch Valin enthalten. Daher erweist sich wiederum Kuhmilch als besonders reichhaltiger Lieferant für die beiden Isomeren. Ansonsten liefern die nährstoffreichen Früchte von Weizen, Erbsen oder Reis ergiebige Quellen für jene drei Aminosäuren, die im Zusammenhang mit dem Muskelaufbau wichtige Funktionen erfüllen. Leucin unterstützt nicht allein die Synthese von Muskelprotein zur Einlagerung in die Muskelfasern, sondern es verhindert auch, dass in körperlichen Härtesituationen Muskelsubstanz abgebaut wird. Es fördert darüberhinaus Heilungsprozesse bei Verletzungen.
Wie schon erwähnt, dient Isoleucin unter anderem als Bestandteil von Muskelproteinen. Es ist jedoch zudem auch ein wichtiger Lieferant für Energie, die insbesondere auch in Zeiten zur Verfügung stehen kann, in der dem Körper, zum Beispiel im Zusammenhang mit einer Diät, weniger Nährstoffe zugeführt werden. Hierbei interagiert Isoleucin effizient mit Leucin, so dass Sportler während ihrer Diäten nicht an Muskelmasse verlieren. Normalerweise reagiert der Körper nämlich auf andauernden Nährstoffmangel zunächst mit dem Umbau von Energiespeichern (Körperfett) in energiereiche Verbindungen, dann jedoch auch mit dem Abbau der Muskulatur, deren Proteine dadurch ebenfalls der Energiegewinnung zugeführt werden. Die regelmäßige Aufnahme von BCAA, entweder durch natürliche Nahrungsbestandteile oder in Form erwerblicher Nahrungsergänzungsmittel verhindert den unerwünschten Verlust von Muskelmasse auch bei herabgesetzter Energieversorgung.
Während Isoleucin hierbei zudem die Aufgabe erfüllt, die Produktion von Insulin in der Bauchspeicheldrüse anzuregen, wirkt Valin regulierend auf den Blutzuckerspiegel ein, indem es die Ausschüttung von Insulin stimuliert. Leucin trägt zur Bildung von Glykose (energiereicher Zucker) bei und unterstützt somit den Energiehaushalt des Körpers, insbesondere der Muskulatur. Alle drei Nahrungsbestandteile sind somit auf komplexe Weise mit der Ausbildung und dem dauerhaften Erhalt von Muskelmasse fest verknüpft. Gerade im Zusammenhang mit Diäten ist die natürliche Zufuhr der Aminosäuren erschwert, weswegen häufig die Darreichung in Form von Nahrungsergänzungsmitteln empfohlen wird.
Biologisch ist es im Übrigen nicht ganz einfach, essentielle von nicht essentiellen Aminosäuren scharf abzugrenzen. Dies liegt daran, dass es Vertreter gibt, die nur zu bestimmten Zeiten der Individualentwicklung dem Körper von außen zugeführt werden müssen, wie Beispielsweise Arginin und Histidin. Bei Stoffwechselerkrankungen kann es zudem geschehen, dass solche Aminosäuren essentiell werden, die der Körper unter gesunden Bedingungen selbst herzustellen vermag. Andere kann der menschliche Organismus selbst sezernieren, wobei er essentielle Aminosäuren chemisch verändert.
Essentielle Aminosäuren, zu denen BCAA gehören, werden von Pflanzen gebildet und gelangen über die Nahrungskette bis in unsere tierischen Speisen, wie Zum Beispiel Rindfleisch oder Fisch. Pflanzen besitzen nämlich Eigenschaften, die uns fehlen: sie können aus Lichtenergie in Anwesenheit von Wasser und Kohlendioxid energiereiche organische Verbindungen selbst herstellen. Daher werden sie auch als autotrophe Organismen bezeichnet, denen die heterotrophen Tiere, die wichtige Nährstoffe von außen aufnehmen müssen, entgegen zu stellen sind.
Nahrungsergänzungsmittel
Die Menge an essentiellen Aminosäuren, über die ein normal gesunder Erwachsener verfügen sollte, kann leicht durch die im vorangehenden Kapitel erwähnten natürlichen Ressourcen bereitgestellt werden. Dabei sollten täglich ungefähr 10 bis 50 Gramm BCAA mit der Nahrung aufgenommen werden.
Es verwundert jedoch nicht, dass diese Menge um ein mehrfaches erhöht sein muss, wenn ein Leistungssport betrieben wird. Zwar muss hierbei inhaltlich zwischen Ausdauer- und Kraftsport unterschieden werden, jedoch ist beiden gemeinsam, dass durch erhöhte körperliche Belastung ein entsprechend größerer Nährstoffbedarf aufgebaut wird.
Aus Gründen der Leistungsfähigkeit und aufgrund ästhetischer Erwartungen an einen sportlichen Körper, müssen professionelle Sportler ihre Ernährungsweise sehr stark kontrollieren. Übermäßig cholesterinreiche Kost ist zu vermeiden, da sich zu viel Speicherfett negativ auf die Stoffwechselleistung auswirkt. Da regelmäßige Diäten einzuhalten sind, um eine Entschlackung des Körpers zu gewährleisten und vor allem, um ein optimales Körpergewicht halten zu können, steht der Organismus natürlich vor einem existenzielle Problem: Nahrungsmangel soll nicht zu einem Abbau von Muskelprotein führen. Also müssen dem Körper möglichst Proteine und andere energiereiche Verbindungen zur Verfügung stehen, jedoch gleichzeitig soll möglichst wenig Zucker und Fett zugeführt werden. Daher sind ausschließlich natürliche Nahrungsmittel schnell nicht mehr effizient. Gezielte Zusatznahrung ist nun gefragt, zum Beispiel in Form spezieller BCAA-Präparate.
BCAA kann in verschiedenen Darreichungsformen aufgenommen werden. Dabei sind Pulver oder Kapseln der Tablettenform zu bevorzugen, wenn ein schneller Effekt erzielt werden soll. Denn die Verdauung von Tabletten zur Freisetzung der Aminosäuren nimmt ein größeres Zeitfenster in Anspruch.
Sportler müssen jedoch zudem auch den richtigen Zeitpunkt zur Einnahme des Präparates berücksichtigen, wenn die Nährstoffzugabe so effizient wie möglich verlaufen soll. Experten raten daher dazu, die Zusatznahrung erst nach erfolgtem Training zu verabreichen, da zu diesem Zeitpunkt größere Mengen Insulin ausgeschüttet werden. Dieses Proteohormon, das vor allem dazu dient, den Zellen energiereichen Zucker zugänglich zu machen, dient nämlich zudem dazu, die essentiellen Aminosäuren beschleunigt den Muskelzellen zuzuführen.
Bis zu maximal 20 Gramm BCAA sollte ein Sportler täglich in Form von Nahrungsergänzungsmitteln zu sich nehmen, wobei möglichst ein Verhältnis aus zwei Teilen Leucin und je einem Teil Isoleucin und Valin einzuhalten ist.
Aminosäuren stellen eine Klasse organischer Verbindungen in der Chemie dar. Sie beinhalten jeweils mindestens eine Carboxygruppe sowie eine Aminogruppe. Damit sind sie sowohl Teil der Gruppe der Carbonsäuren als auch Mitglied der Gruppe der Amine. Vereinfacht gesagt sind Aminosäuren Carbonsäuren, die statt eines Wasserstoffatmons über eine Aminogruppe verfügen. Aminosäuren werden in unterschiedliche Gruppen eingeteilt. Ausschlaggebend dafür, welche Aminosäure zu welcher Gruppe gehört, ist die Stellung der Aminogruppe zur Carboxylgruppe. Carbaminsäure ist die einfachste aller Aminosäuren. Sie weist lediglich eine Carboxyl- sowie Aminogruppe auf. Das Kohlenstoffantom, an welchem die Aminogruppe angehängt ist, gibt Aufschluss darüber, um welche Klasse von Aminosäure es sich handelt. Bei mehr als einer Aminogruppe ist das Kohlenstoff ausschlaggebend, das der Carboxylgruppe am nächsten liegt.
Daraus ergeben sich beispielsweise die alpha-Aminosäuren. Die Aminogruppe befindet sich am zweiten Kohlenstoffatom, wobei die Zählung am Carboxyl-Kohlenstoff einsetzt. Bei beta-Aminosäuren liegt die Aminogruppe am zweiten Kohlenstoffatom, bei gamma-Aminosäuren am dritten. Auf diese Weise lassen die unterschiedlichen Klassen sich weiter fortführen. Auch die IUPAC- Nomenklautur ist ähnlich aufgebaut. Alpha-Aminosäuren heißen 2-Aminocarbonsäure, weil ihre Aminogruppe mit dem zweiten Kohlenstoffatom verbunden ist. Dementsprechend ergibt sich für beta-Aminosäuren 3-Aminocarbonsäure und gama- Aminosäuren lauten 4-Aminocarbonsäure. Das Schema bleibt also gleich und lässt sich sowohl für die Einordnung in Klassen sowie für die Nomenklatur fortführen.
Fast alle Aminosäuren verfügen über einen chrialen Aufbau. Die einzige Ausnahme bildet Glycin. Bei Chiralität handelt es sich um eine spezielle Anordnung der Molekülgruppen, aus welcher sich unterschiedliche Formen ergeben. Ausschlaggebend ist hier die Anordnung um das asymmetrische Kohlenstoffatom. Dieses erkärt gleichzeitig den nicht-chrialen Aufbau von Glycin, verfügt dieses über kein asymmetrisches Kohlenstoffatom. Differenziert wird in L-Aminosäuren sowie D-Aminosäuren. Das chemische Verhalten von L- und D-Aminosäuren ist homogen, der Unterschied beruht hauptsächlich in der vorliegenden Form. Für die Proteinsynthese verwendet werden lediglich L-Aminosäuren. Die Formen werden als Stereoisomere bezeichnet.
Weitere Unterschiede finden sich bei Aminosäuren innerhalb der Gruppen. Die jeweilige Aminosäuren sowie ihre Eigenschaft wird über ihre Seitenkette bestimmt. Diese heißt auch „Aminosäurerest“. Bei einer Seitenkette handelt es sich um eine Kette aus Kohlenstoff, die von einer anderen, längeren Kohlenstoffkette abgeht und für Aufbau und Struktur des Moleküls entscheidend ist. Dieser Rest ersetzt ein Wasserstoffatom und gibt der Aminosäure ihre charakteristische Individualität. In die Seitenketten kann beispielsweise ein Alkyl-Substituent eingebaut sein, aber auch Hydroxy-, Amino- oder die Ergänzung durch Carboxy-Gruppen ist möglich. Generell werden Seitenketten in polare und unpolare differenziert. Unpolare Aminosäureketten verfügen über hydrophobe Eigenschaften. Unter hydrophob versteht man „wasserabweisend“. Polare Aminosäureketten hingegen sind hydrophil. Ob eine Aminosäure polar oder unpolar ist, entscheidet der Aminosäurenrest.
Daraus ergeben sich 20 verschiedene Aminosäuren im menschlichen Körper, aus denen Proteine bestehen. Diese werden auch als „proteinogene“ Aminosäuren bezeichnet und sind unersetzlich. Neben diesen proteinogenen Aminosäuren existieren noch weitaus mehr. Alle weiteren Aminosäuren sind für die Proteinsynthese jedoch irrelevant. Proteinogene Aminosäuren befinden sich in der L-Form und sind stets alpha-Aminocarbonsäuren. Sie gehören also der alpha-Klasse an.
Aminosäuren können essentiell, nicht-essentiell oder semi-essetiell sein. Während nicht-essentielle Aminosäuren vom Körper selber hergestellt werden, müssen die essentiellen von Außen herbeigeführt werden, also zum Beispiel über Nahrungsaufnahme. Semi-essentielle Aminosäuren sind Aminosäuren, die aus anderen Aminosäuren heraus gebildet werden können. So kann Methionin beispielsweise Cystein synthetisieren. Dies ist vorallem in bestimmten Situationen wichtig. Ein Beispiel ist der gesteigerte Bedarf an Protein, wie er während der Wachstumsphase vorliegt. Arginin, Asparagin, Cystein, Glutamin, Glycin, Prolin, Tyrosin sind semi-essentiell. Wenn bestimmte Bedingungen erfüllt sind, werden sie essentiell.
Essentielle Aminosäuren sind L-Isoleucin, L-Leucin, L-Lysin, L-Methionin, L-Phenylalanin, L-Threonin, L-Typtophan sowie L-Valin. L-Alanin, L-Arginin, L-Asparaginsäure, L-Asparagin, L-Cystein, L-Glutamin, L-Glutaminsäure, L-Glycin, L-Histidin, L-Prolin und L-Serin hingegen sind nicht-essentiell.
Die unterschiedlichen Aminosäuren haben auch differenzierte Aufgaben im menschlichen Körper. So ist Isoleucin entscheidend für den Muskelaufbau, weshalb es oft ebenfalls in Präparaten für Sportler aufzufinden ist. In natürlichen Lebensmitteln liegen sie in Form von Cashewkernen, Erdnüssen und Linsen vor.
Valid hält den Blutzucker in einem gesunden Rahmen und kann durch Hefe, Haferflocken und Dinkelmehl konsumiert werden. Methionin hilft direkt bei der Herstellung von Protein. Es trägt auch zum Muskelaufbau bei und lässt sich unter anderem in Paranüssen finden. Tryptophan ist ausschlaggebend für die Produktion von Serotonin sowie Melatonin, wodurch es indirekt ins Wohlbefinden des Menschen eingreift. Melatonin ist besonders für den Schlaf notwendig. Tomaten, Karotten, Bananen und Spinat enthalten die wichtige Aminosäure. Für die Instandhaltung von Muskeln und Bindegewebe wird Lysin benötigt. Es findet sich in Bohnen, Orangen oder Sellerie. Aus Lysin kann der Körper ebenfalls Carnitin herstellen. Unersetzlich im menschlichen Körper sind weiße und rote Blutkörperchen. Phenylalin ist ausschlaggebend für die Herstellung dieser. Es ist in Kürbiskernen und Soja enthalten. Threonin verfügt über zwei Aufgaben. Zum einen lässt es sich in Glycin umwandeln, zum anderen unterstützt es den Körper bei der Bildung von Knochen sowie der Aufrechterhaltung des Immunsystems. Dies erfolgt durch die Herstellung von Antikörpern. Papaya, Karotten und Blattspinat sichern eine optimale Versorgung mit der Aminosäure.
Arginin und Tyrosin sind semiessentiell. Sie sind in dem Körper eines Säuglings noch nicht vorhanden und können erst im weiteren Verlauf von diesem selber produziert werden. Bis dahin muss es äußerlich ergänzt werden. Arginin unterstützt den Aufbau von Muskeln sowie das Wachstum generell, aus Tyrosin werden Hormone der Schulddrüse gebildet.
Die Produktion oder Aufnahme von Aminosäuren ist also überlebensnotwendig. Bei gesunden Menschen ist eine Supplementierung der Stoffe durch Kapseln, Tabletten oder andere Medikamente nicht notwendig. Normalerweise werden alle Aminosäuren im ausreichenden Maße durch die Nahrung aufgenommen. Eine erhöhte Proteinzufuhr kann dann eher gesundheitsschädlich sein. Laut der Deutschen Gesellschaft für Ernährung ist der Konsum von 0,8 Gramm Protein je Kilo Körpergewicht genügend. Lediglich bei schweren Krankheiten, Operationen oder dem Vorliegen einer Unterernährung kann es sinnvoll sein, Aminosäuren zu supplementieren. Personen, die regelmäßig sehr intensiv trainieren und darauf angelegt sind, Muskeln aufzubauen, haben ebenfalls einen erhöhten Bedarf an Aminosäuren. Hier sollte besonders auf eine gesunde Ernährung geachtet werden. Ansonsten empfehlen sich qualitativ gute Ergänzungen in Form von Kapseln etc. Ist eine Zusatzversorgung notwendig, sollten Betroffene auf fachmännische Hilfe zurückgreifen. Die meisten freiverkäuflichen Nahrungsergänzungsmittel enthalten nämlich oft nur geringe Dosen an Aminosäuren, die bereits durch kleine Mengen bestimmter Lebensmittel gedeckt werden.
Pflanzliche Produkte wie Hülsenfrüchte, Nüsse, Spinat, Teigwaren und Kartoffeln beinhalten genügend Protein, sodass auch Vegetarier und Veganer nicht in Gefahr laufen, Mangelerscheinungen aufzuweisen. In Deutschland ist ein Mangel an Aminosäuren somit eher sehr selten der Fall, sodass auf die Einnahme von Tabletten und Kapseln verzichtet werden kann.
