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Prolin im Muskelaufbau

Aminosäuren sind die Bausteine der Proteine, aus denen wiederum die Muskeln bestehen. Für den Muskelaufbau ist nicht nur die Gesamtmenge an Protein entscheidend, sondern auch ein ausgewogenes Verhältnis der einzelnen Aminosäuren zueinander.

Die Biologie unterscheidet zwischen essentiellen und nicht-essentiellen Aminosäuren; zu Letzteren gehört auch Prolin. Der Mensch kann essentielle Aminosäuren nicht selbst herstellen und ist deshalb darauf angewiesen, sie mit der Nahrung aufzunehmen. Im Rahmen der Verdauung von Eiweißen spalten Enzyme in verschiedenen Stufen die großen Proteine in kleinere Bestandteile. Die Aminosäuren, die zuvor in einem komplexen Makromolekül gebunden waren, stehen dem Organismus nun zur Verfügung. Darüber hinaus setzt die Spaltung von Protein Energie frei; die aufgenommene Eiweißmenge zählt aus diesem Grund auch für die individuelle Kalorienbilanz.

Im Gegensatz zu essentiellen Aminosäuren müssen nicht-essentielle Aminosäuren nicht ausschließlich über die Nahrung in den Körper gelangen: Zellen sind in der Lage, diese Bausteine der Proteine selbst herzustellen. Sie benötigen dazu L-Glutamat bzw. Glutaminsäure als Ausgangsstoff, von dem eine Person mit durchschnittlichen Ernährungsgewohnheiten zwischen 8 und 12 g täglich aufnimmt. Den Bedarf an Prolin und anderen nicht-essentiellen Aminosäuren deckt der Organismus durch eine Kombination aus eigener Synthese und zusätzlicher Zufuhr von außen. Auch aus einem anderen Stoff kann der Mensch Prolin bilden: aus Ornithin. Dabei handelt es sich um eine weitere Aminosäure, die im Gegensatz zu Prolin jedoch nicht-proteinogen ist, d. h. sie kommt nicht in Eiweißen vor.

Ob diese Menge an Prolin ausreicht oder ob zusätzliche Aminosäuren durch Nahrungsergänzungsmittel, eine spezielle Diät oder Eiweißpulver notwendig sind, hängt vom individuellen Bedarf einer Person ab. Athleten benötigen mehr Protein als inaktive Menschen, denn Aminosäuren sind nicht nur die Baustoffe für Muskeln, sondern spielen auch anderweitig eine wichtige Rolle im Muskelaufbau und für die Gesundheit insgesamt.

Besonderheiten von Prolin

Jede Aminosäure folgt dem gleichen Grund-Aufbau, wobei Prolin über eine Besonderheit verfügt. Wie die anderen Eiweiß-Bausteine besteht das Molekül aus einem zentralen Kohlenstoffatom, an das sich die namensgebende Aminogruppe sowie eine Carboxylgruppe, ein einzelnes Wasserstoffatom und ein spezifischer Rest. Die individuelle Restgruppe macht jede Aminosäure einzigartig. Die chemische Summenformel von Prolin lautet C5H9NO2, alternativ ist es auch als (S)-Pyrrolidin-2-carbonsäure bekannt. Verbindet der Körper zwei Aminosäuren miteinander, entsteht zwischen ihnen eine Peptidbindung. Zu dieser Kopplung gehört normalerweise ein Wasserstoffatom; bei der Peptidbindung von Prolin fehlt es jedoch, was entscheidende Auswirkungen auf die Gestalt eines Eiweißes hat, das Prolin enthält.

Da das Biomolekül weder basisch noch sauer ist, gehört es zu den neutralen Aminosäuren, die außer ihm auch Alanin, Glycin, Isoleucin, Leucin, Phenylalanin und Valin umfassen. Die wissenschaftliche Literatur verwendet die Bezeichnungen L-Prolin und Prolin in der Regel als Synonyme; darüber hinaus existieren jedoch weitere Formen von Prolin, die eine geringfügig abweichende Struktur besitzen. Darüber hinaus ist Prolin unpolar und zersetzt sich erst bei sehr hohen Temperaturen im Bereich von 220° C. Seine gute Löslichkeit in Wasser macht es dem menschlichen Körper einfach, Prolin zu transportieren und zu verwerten. Spezialisierte Enzyme sind in der Lage, die Aminosäure in Hydroxyprolin umzuwandeln. Hydroxyprolin ist ebenfalls eine nicht-essentielle Aminosäure und stellt einen Bestandteil von Kollagen dar.

Die Funktion von Prolin im Muskelaufbau

Ein einzelner Muskel besteht aus vielen Muskelfaserbündeln, die eine Vielzahl von Muskelfasern zusammenfassen. Die Muskelfasern sind jeweils einzeln von einer Schicht aus Bindegewebe umgeben, das sie gegeneinander abgrenzt und gleichzeitig vor Schäden durch Reibung schützt. Bindegewebe umgibt auch das ganze Muskelfaserbündel und stabilisiert seine Form.

Das Bindegewebe besteht aus Kollagen. Dabei handelt es sich um ein komplexes Eiweiß, das sich aus verschiedenen Aminosäuren zusammensetzt, zu denen auch Prolin gehört. Um es einbauen zu können benötigt der Körper außerdem Vitamin C. Ein einzelnes Kollagen-Molekül besteht aus drei Strängen von Polypeptiden, die jeweils zwischen 200 und 1.000 Bausteine umfassen. Je nach Typ des Kollagens schwankt die genaue Anzahl der Aminosäuren; einem Typ ist jedoch immer ein ganz bestimmter Aufbau zugewiesen, der seine Eigenschaften beeinflusst. Die drei Stränge winden sich umeinander und bilden auf diese Weise die Struktur einer dreifachen Helix oder Tripelhelix. Nebeneinanderliegende Kollagenfasern, die jeweils aus dieser Helix bestehen, bilden die Fibrillen des Bindegewebes. Da sie leicht versetzt sind, lassen sie sich unter dem Mikroskop gut als quergestreifte Strukturen erkennen.

Innerhalb eines Makromoleküls sitzt Prolin oft zwischen einer Helixstruktur und einem glatten Bereich, da seine Peptidbindung keine Wasserstoffbrücke zu anderen Peptidbindungen ausbildet. Aus diesem Grund ist es auch als Helixbrecher bekannt. Die Aminosäure besitzt dadurch eine besondere Bedeutung für die dreidimensionale Formgebung von Eiweißen, deren lange Polypeptidketten sich räumlich falten und erst dadurch ihre eigentlichen Funktionen erfüllen können.

Muskeltraining regt die Muskeln dazu an, sich zu verstärken, um der steigenden Anforderung gewachsen zu sein. Dabei muss der Körper zwei wichtige Leistungen erbringen: Einerseits muss er die feinen Schäden reparieren, die durch die Beanspruchung der Muskulatur im Gewebe entstehen; andererseits muss er zusätzliches Gewebe aufbauen, um den Muskel zu kräftigen. Im Idealfall gestalten Kraftsportler, Bodybuilder und andere Athleten ihr Training so, dass die Muskelschäden minimal sind. Dadurch benötigt der Körper weniger Ressourcen für die Reparatur, die andernfalls beim Aufbau zusätzlicher Muskelmasse fehlen können.

Für den Muskelaufbau ist jedoch nicht nur die Bildung von reiner Muskelmasse entscheidend, sondern auch die Entwicklung und Aufrechterhaltung eines guten Bindegewebes. Die Funktionen des Bindegewebes sind sehr vielfältig: Es stützt neben den Muskeln auch Organe und verleiht ihnen Form, es trägt zur Flüssigkeitsversorgung des umhüllten Gewebes bei und es nimmt eine schützende Funktion ein. Außerdem benötigt der Körper Kollagen für Knochen und Knorpel, die beim Sport ebenfalls zusätzlicher Belastung ausgesetzt sind. Neben Kraftsportlern, Bodybuildern und anderen Athleten haben auch Personen, die anderen Beanspruchungen wie Stress und Krankheiten ausgesetzt sind, tendenziell einen erhöhten Bedarf an Eiweißen wie Prolin.

Bedarf und Prolinquellen

Für den täglichen Bedarf an Prolin existieren keine festen Richtlinien. Die „Deutsche Gesellschaft für Ernährung“ empfiehlt eine allgemeine Eiweißzufuhr von 0,8 g Protein pro Kilogramm Körpergewicht, um den Bedarf zu decken. Für eine Person, die 80 kg wiegt, entspricht diese Menge 64 g Eiweiß pro Tag.

Unter Athleten, vor allem unter Kraftsportlern und Bodybuildern, herrscht große Uneinigkeit darüber, welche Proteinmenge für den Muskelaufbau ideal ist und wo die Höchstgrenze liegt. Viele Experten empfehlen, zwischen 1,5 und 2 g Protein pro Kilogramm Körpergewicht aufzunehmen, um optimale Resultate zu erzielen. Ein Mensch mit einem Gewicht von 80 kg würde dementsprechend 120–160 g Eiweiß pro Tag aufnehmen, einschließlich Prolin.

Der Grundsatz „viel hilft viel“ ist in diesem Zusammenhang nicht zutreffend. Zum einen kann der Körper nicht beliebig viel Muskelmasse in kurzer Zeit aufbauen, sondern unterliegt natürlichen Grenzen; zum anderen weisen neuere wissenschaftliche Studien auf die Risiken der übermäßigen Eiweißzufuhr hin. Vor allem die Niere kann in diesem Zusammenhang gesundheitliche Probleme entwickeln. Geringe Überschüsse scheidet der Körper hingegen ungenutzt wieder aus, statt sie zu verwerten. Auch bei einer Proteinaufnahme von 2 g oder weniger empfehlen Ernährungswissenschaftler, ausreichend Flüssigkeit aufzunehmen, um die Organbelastung nicht zu prvozieren.

Gute Quellen für Prolin und andere Eiweiße sind zum Beispiel

  • Eiweißpulver
  • Fleisch, Fisch und Meeresfrüchte
  • Milch und Milchprodukte
  • in geringerem Maße: Hülsenfrüchte

Prolinmangel und Überdosierung

Aminosäuren sind nicht beliebig gegeneinander austauschbar, da sie jeweils eine charakteristische Restgruppe besitzen. Diese bestimmt über die biochemischen Eigenschaften des Moleküls und beeinflusst dadurch, welche Bindungen und Wechselwirkungen mit anderen Molekülen es eingehen kann. Fehlt dem Körper eine Aminosäure, die er nicht ersetzen kann, begrenzt dieser Umstand auch das Potenzial des Muskelaufbaus. Dies gilt selbst für nicht-essentielle Aminosäuren wie Prolin, die keinesfalls entbehrlich sind.

Aufgrund der Bedeutung von Prolin für den Aufbau von Bindegewebe kann ein Mangel im schlimmsten Fall zu Skorbut führen. Die Erkrankung manifestiert sich in zahlreichen Symptomen:

  • Muskelschwund
  • verschlechterte Wundheilung
  • Knochenschmerzen
  • Gelenkentzündung
  • Müdigkeit
  • Schwindel
  • Kraftlosigkeit
  • erhöhte Infektanfälligkeit
  • Zahnfleischbluten und -wucherungen
  • Hautveränderungen
  • Durchfall
  • Fieber

Die Skorbut-Symptome können auch einzeln als Folge eines Prolin- und allgemeinen Eiweißmangels auftreten, ebenso wie verschiedene Gelenk-, Muskel- und Knochenbeschwerden. Auch in schwächerer Ausprägung kann Prolinmangel den allgemeinen Gesundheitszustand beeinträchtigen. In der Praxis kommt er häufig im Rahmen der allgemeinen Unterversorgung mit Eiweiß vor, wie sie für Unter- und Mangelernährung typisch ist. Betroffen sind auch ältere Menschen und Personen mit Essstörungen.

Eine Überdosierung mit Prolin ist mithilfe von natürlichen Nahrungsmitteln nicht möglich. Selbst Nahrungsergänzungsmittel müssten nach derzeitigem Wissensstand unrealistisch hoch dosiert sein, um eine Vergiftung hervorzurufen: Im Tierversuch mit Ratten fanden Forscher heraus, dass die LD50 für Prolin bei über 5.000 mg pro Kilogramm Körpergewicht liegt. Das bedeutet: 50 % der Versuchstiere starben, wenn sie eine entsprechend hohe Dosis erhielten. Für einen Menschen mit einem Körpergewicht von 80 kg entspricht diese Menge 400.000 mg reinen Prolins. Geringere Überschüsse kann der Organismus abbauen und scheidet sie über den Urin aus.