Glucose im menschlichen Stoffwechsel

Vorkommen von Glucose

Über die Glucose als chemische Verbindung hatten wir uns bereits auf der Seite über Monosaccharide ausführlich unterhalten. Glucose ist ein wichtiger Energielieferant für unseren Körper, und wir nehmen jeden Tag jede Menge an Glucose zu uns - allerdings nicht unbedingt in Form von Traubenzucker, das wäre ja langweilig und auch ungesund. Nein, Glucose ist in allen stärkehaltigen Lebensmitteln enthalten. Egal, ob Sie morgens ein Brötchen essen oder Mittags Kartoffeln und Erbsen oder zum Kaffeetrinken ein Stück Kuchen, in all diesen Lebensmitteln ist unheimlich viel Glucose enthalten.

Wenn wir ein Stück Kuchen einmal näher betrachten, dann finden wir mehrere Glucose-Quellen.

Selbstgebackene Nussecken
Photo: Ulrich Helmich 2022, Lizenz: siehe Seitenende

Die Zuckerkörner auf dem Kuchen oder die dünne Zuckerschicht bestehen aus Haushaltszucker. Haushaltszucker ist ein Disaccharid, das sich aus den beiden Monosacchariden Glucose und Fructose zusammensetzt. Bei der Verdauung im Dünndarm wird das Disaccharid in die beiden Monosaccharide zerlegt. Die Glucose und die Fructose gelangen dann durch die Darmzotten in die Blutbahn.

Der Teig des Kuchens besteht zum größten Teil aus Stärke. Stärke ist ein Polysaccharid und setzt sich aus vielen alpha-Glucose-Bausteinen zusammen. Bei der Verdauung im Dünndarm werden die langen Stärke-Moleküle zunächst in kurze Stärke-Ketten zerlegt, diese dann schließlich in ihre Glucose-Bausteine. Auch diese Glucose-Moleküle gelangen dann über die Darmzotten in den Blutkreislauf.

Ein schöner Apfel vom eigenen Apfelbaum
Photo: Ulrich Helmich 2021, Lizenz: siehe Seitenende

In Obst und Früchten kommt Glucose sogar in reiner Form vor, also nicht als Baustein von Stärke oder Cellulose, sondern direkt als Traubenzucker C₆H₁₂O₆. Diese Glucose muss nicht erst verdaut werden, wenn wir einen Apfel essen, sondern gelangt direkt über die Darmzotten des Dünndarms in den Blutkreislauf.

Die Aufnahme in den Blutkreislauf

Wie gelangt die Glucose nun in den Blutkreislauf? Über die Darmzotten, so viel wurde schon gesagt. Aber wie genau verläuft dieser Prozess? Schauen wir und dazu einmal den Bau einer solchen Darmzotte an.

Aufnahme von Glucose in den Blutkreislauf durch eine Darmzotte
Autor: Ulrich Helmich, Lizenz: siehe Seitenende

Diese stark vereinfachte Darstellung einer Darmzotte zeigt den grundlegenden Aufbau. Darmzotten sind fingerförmige Ausstülpungen der Dünndarmschleimhaut. Ihre Aufgabe ist die Resorption von Nährstoffen, in unserem Beispiel also von Glucose. Eine solche Darmzotte ist beim Menschen ca. 0,5 bis 1,6 mm lang und hat einen Durchmesser von 0,1 mm.

Eine Darmzotte ist von einem Epithel (Abschlussgewebe) überzogen, das aus vielen einzelnen Epithelzellen besteht. Bei dem Großteil dieser Epithelzellen handelt es sich um Resorptionszellen, zwischen denen einige wenige Becherzellen liegen ^{[1, S. 147]} (auf der Zeichnung nicht zu sehen).

Die Resorptionszellen haben nur eine sehr kurze Lebensdauer, durch die intensiven Vorgänge im Dünndarm werden sie ständig abgenutzt und müssen ersetzt werden. Dazu dienen bestimmte Zellen im Innern der Darmzotte, die sich ständig teilen.

Die Zellmembran dieser Resorptionszellen kann in drei Abschnitte unterteilt werden.

Text
Autor: Ulrich Helmich, Lizenz: siehe Seitenende

A) Der Teil der Membran, der nach außen gerichtet ist, also zum Darmlumen hin, ist mit vielen kleinen Ausstülpungen ausgestattet, den Mikrovilli. Diese Mikrovilli dienen der Oberflächenvergrößerung und zur Aufnahme der Nährstoffe.

B) Die Membranabschnitte, die mit den Nachbarzellen in Kontakt treten, enthalten Desmosomen. Das sind scheibenförmige Verbindungen zwischen zwei Zellen und kommen vor allem bei Epithelzellen vor. Dort dienen sie zur Stabilisierung des Abschlussgewebes. Die Wikipedia vergleicht Desmosomen mit Druckknöpfen oder Nieten ^[2].

C) Die Memban an der Basis der Resorptionszellen enthält einige Einstülpungen, die ebenfalls der Oberflächenvergrößerung dienen, aber nicht mit den Mikrvilli auf der Darmlumen-Seite vergleichbar sind.

Aufnahme der Glucose

Die Glucose-Moleküle werden von den Mikrovilli der Resorptionszellen aus dem Dünndarm-Lumen aufgenommen. Allerdings können die stark polaren Glucose-Moleküle (immerhin fünf OH-Gruppen!) nicht einfach so durch die Membran der Mikrovilli "spazieren". Es ist ein spezielles und aktives Transportsystem dafür notwendig.

In der basalen Membran (C) befinden sich viele ATP-getriebene Natrium-Kalium-Pumpen, die K⁺-Ionen in die Zelle hineintransportien und Na⁺-Ionen aus der Zelle heraus (ähnlich wie in der Membran von Nervenzellen).

Auf diese Weise wird die Konzentration an Natrium-Ionen in der Resorptionszelle stets sehr niedrig gehalten (auch wieder ähnlich wie bei einer Nervenzelle).

Warum ist diese geringe Na⁺-Konzentration in der Epithelzelle nun so wichtig?

In der Darmflüssigkeit befinden sich sehr viele Natrium-Ionen, und das nicht nur bei Leuten, die ständig zu viel Kochsalz zu sich nehmen, sondern allgemein. Wegen der geringen Na⁺-Konzentration in der Epithelzelle können diese Natrium-Ionen nun leicht (und passiv) in die Epithelzelle gelangen.

Und was hat das jetzt mit dem Glucose-Transport zu tun?

In den Epithelzellen herrscht eine höhere Glucose-Konzentration als im Darmlumen, selbst dann, wenn man gerade viel Zucker zu sich genommen hat. Die Glucose muss also "bergauf" transportiert werden, wenn sie in die Epithelzellen gelangen soll.

Wenn Wasser durch eine enge Leitung bergab fließt, kann es Arbeit verrichten. Ähnlich ist es mit einem Ionenstrom. Wenn Ionen mit dem Konzentrationsgefälle "bergab" fließen, können sie ebenfalls nebenbei Arbeit verrichten.

Wenn die Natrium-Ionen nun passiv in die Epithelzelle strömen, nehmen sie sozusagen die Glucose-Moleküle mit. Die Energie, die beim Einstrom der Natrium-Ionen freigesetzt wird, treibt den Bergauf-Transport der Glucose-Moleküle an.