Unser Körper der Zauberkünstler: Gluconeogenese

Was würde passieren, wenn wir nicht drei Mahlzeiten am Tag einnehmen könnten? Unsere Vorfahren in der Steinzeit waren Jäger und Sammler und dementsprechend kann davon ausgegangen werden, dass sie auch Hungerphasen durchstehen mussten, wenn einmal keine Nahrung auffindbar war.

Für den Körper bedeutet das: kein Zucker, der von außen zugeführt wird, um den Blutzuckerspiegel aufrecht zu erhalten. Es gibt jedoch Organe in unserem Körper die auf Zucker, genauer gesagt auf Glukose, angewiesen sind, um zu funktionieren. Aber dazu später noch mehr.

Wir erinnern uns: Glukose ist ein Einfachzucker und bei vielen auch bekannt als Traubenzucker. Üblicherweise ist dieser unser Brennstoff zur Energiegewinnung, der in den Zellkraftwerken zu ATP umgewandelt wird. Aus diesem Grund hat sich unser Körper einen Stoffwechselweg einfallen lassen, der aus Nicht-Kohlenhydrat-Quellen in Phasen des Hungers oder des Fastens Glukose bilden kann. Dies geschieht durch die Gluconeogenese.

Was ist die Gluconeogenese und wie funktioniert sie?

Unsere Nahrungsaufnahme startet im Mund: Lebensmittel werden gekaut, mit Speichel vermischt und anschließend geschluckt. Durch die Speiseröhre gelangt der Nahrungsbrei in den Magen, wo durch den sauren Magensaft die weitere Zersetzung stattfindet. Von dort geht es weiter in den Darm. Im Darm werden Kohlenhydrate, Fette und Proteine als kleinste Nahrungsbestandteile resorbiert. Im Fall der Kohlenhydrate heißt das, dass sie hauptsächlich in Form von Glukose über die Darmschleimhaut aufgenommen werden. Aus diesem Zuckermolekül kann unser Körper über die Glykolyse Energie gewinnen und alle Zellen unseres Körpers versorgen.

Wenn wir jedoch fasten, hungern oder uns ketogen ernähren, wird keine oder kaum Glukose von außen zugeführt. Das könnte zu Problemen führen, die wir später noch genauer erläutern. Deshalb hat sich unsere Körper einen Mechanismus einfallen lassen, der aus anderen Substanzen, wie Laktat, glukogenen Aminosäuren und Glycerin Glukose bilden kann: die Gluconeogenese. Dieser Vorgang ist also bildlich gesprochen die Umkehrung der Glykolyse. Bio-chemisch betrachtet ist es jedoch nicht möglich, jeden Schritt der Glykolyse zu reversieren. Lokalisiert ist die Gluconeogenese in der Leber und in den Nieren.

Die wichtigsten Substrate für die Gluconeogenese:

Laktat: Laktat ist das Salz der Milchsäure und entsteht bei der anaeroben Glykolyse. Anfallendes Laktat kann dann über das Blut zur Leber transportiert werden, wo es über mehrere Schritte im sogenannten Cori-Zyklus wieder zu Glukose umgebaut und in den Blutkreislauf eingeschleust werden kann.

Glukogene Aminosäuren: Ein Protein besteht aus ganz vielen zusammengeketteten Aminosäuren. Diese Aminosäuren, vor allem Alanin und Glutamin, werden ähnlich wie Laktat über das Blut zur Leber und den Nieren transportiert und dort wieder zu Glukose umgewandelt.

Glycerin: Triglyceride sind die häufigsten Nahrungsfette und bestehen aus einem Molekül Glycerin und drei freien Fettsäuren. Die Fette werden also gespalten und das Glycerin kann in die Gluconeogenese eingeschleust werden und wieder zu Glukose umgewandelt werden.

Auch wenn bei der Gluconeogenese Stoffe gebildet werden, ist es ein kataboler, also abbauender Stoffwechselweg, da zuerst Energie aufgewendet werden muss, um etwas aufzubauen.

Wann findet Gluconeogenese statt?

Gluconeogenese findet prinzipiell immer statt. Die Rate variiert jedoch, je nach Angebot und Nachfrage. Auch nach einer Mahlzeit, in der Kohlenhydrate aufgenommen wurden, läuft die Gluconeogenese ab, allerdings nur in einem geringen Umfang. Während des Schlafens kann Glukose entweder durch die Gluconeogenese oder aber auch durch den Abbau von Glykogenspeichern erfolgen. In welchem Verhältnis dies passiert, hängt davon ab, wie viel Glykogen vorhanden ist. Ist gespeichertes Glykogen vorhanden, wird das auf jedem Fall zuerst verbraucht.

Durch intermittierendes Fasten kann die Gluconeogenese stark angekurbelt werden. Wird länger als zwei Tage gefastet, steigt die Rate jedoch nur noch sehr langsam an. Sind alle Glykogenreserven verbraucht, wird die benötigte Glukose ausschließlich aus der Gluconeogenese gewonnen. Durch eine ketogene Diät kann dieser Zustand erreicht werden.

Lebenswichtige Gluconeogenese

Die Bedeutung der Gluconeogenese

Wie bereits erwähnt, ist unser Körper aus verschiedenen Gründen auf Glukose angewiesen.

Vorbeugung von Hypoglykämie

Der Blutzuckerspiegel unseres Körpers sollte sich in einem definierten Bereich befinden, damit alle Körperfunktionen optimal ablaufen. Sinkt er jedoch drastisch ab, kann das schwere gesundheitliche Folgen haben, insbesondere Diabetiker können in eine lebensbedrohliche Hypoglykämie fallen.

Normale Blutzuckerwerte bei gesunden Menschen auf nüchternem Magen liegen bei 5,5-6 mmol/L. Nach einer Mahlzeit sollte ein Maximum von 9 mmol/L nicht überschritten werden. Außerdem sollte selbst nach längerem Fasten die 3 mmol/L Grenze nicht unterschritten werden.

Obligate Glukoseverwerter

Es gibt in unserem Körper Gewebe und Organe, die Glukose benötigen und keine anderen Substrate wie Ketone zur Energiegewinnung nutzen können. Zu diesen zählen Nervengewebe, Nierenmark, Hoden und Erythrozyten, unsere roten Blutkörperchen.

Auch unser Gehirn kann sich nicht ausschließlich über Ketone versorgen. Es kann zwar zu einem Großteil, etwas 70 – 80 %, seine Energie aus Ketonkörpern gewinnen, doch die restlichen Prozente müssen aus Glukose stammen. Dies wird über die Gluconeogenese sichergestellt.

Gluconeogenese und ketogene Ernährung

Gluconeogenese und Ketose

Oft wird befürchtet, dass durch eine erhöhte Zufuhr von Eiweiß auch mehr Glukose über die Gluconeogenese gebildet wird und man somit aus der Ketose fällt. Der Körper kurbelt die Gluconeogenese jedoch nur soweit an, wie er auch Glukose benötigt.

Sind wir also bereits in der Ketose, verwendet der Körper als primäre Energiequelle grundsätzlich Ketonkörper. Es wird also nur so viel Glukose produziert, wie der Körper benötigt, um alle Organe zu versorgen, die Ketone nicht verwerten können. Es wird daher nicht unendlich viel Glukose aus dem zugeführten Protein hergestellt. Wer jedoch auf der sicheren Seite sein möchte, kann die Faustregel 1 – 1,5 g Eiweiß pro Kilogramm Körpergewicht anwenden.

Befinden wir uns allerdings nicht in der Ketose, sondern führen lediglich eine Low Carb-Ernährung durch, produziert der Körper keine Ketone und deckt seinen Energiebedarf hauptsächlich aus den zugeführten Kohlenhydraten.

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Literaturverzeichnis

Fendt, T. (12. Juli 2019). Was ist Gluconeogenese? Warum dieser Stoffwechselweg dich nicht aus der Ketose wirft. Abgerufen am 26. März 2020 von https://www.brainperform.de/gluconeogenese/#2_Gewebe_zu_versorgen_das_keine_Ketone_verwenden_kann

Gerich, J. E. (Februar 2010). Role of the kidney in normal glucose homeostasis and in the hyperglycaemia of diabetes mellitus: therapeutic implications. Abgerufen am 26. März 2020 von https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4232006/

Koolman, P. D. (27. November 2019). Gluconeogenese: Überblick und Reaktionen. Abgerufen am 26. März 2020 von https://viamedici.thieme.de/lernmodule/biochemie/gluconeogenese+%C3%BCberblick+und+reaktionen

Haufe, K. (Januar 2020). Careto®-Onlinekurs. Abgerufen am 12. Februar 2020
               https://www.ernaehrung-bewegung-muenchen.de/careto/

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