Glucose: Funktionen, Stoffwechsel und Bedeutung für die Gesundheit

Die Glucose (Traubenzucker) ist das wichtigste Monosaccharid (Einfachzucker) des menschlichen Stoffwechsels. Sie entsteht aus vielen Nahrungs­kohlenhydraten und liefert Energie für nahezu alle Körperzellen. Als zentrales Molekül im Energiehaushalt, im Gehirnstoffwechsel und in zahlreichen Stoffwechselwegen spielt Glucose eine unverzichtbare Rolle.

Funktionen

Glucose ist für höhere Lebewesen ein zentrales Energiemolekül. Mehr als die Hälfte des täglichen Energiebedarfs wird durch ihren Abbau gedeckt. Viele Kohlenhydrate aus der Nahrung müssen zunächst in Glucose umgewandelt werden, bevor sie Energie liefern können.

Einige Gewebe sind zwingend auf Glucose angewiesen – etwa Gehirn, Erythrozyten (rote Blutkörperchen) und Nierenmark. Diese Organe verbrauchen zusammen rund 140 g Glucose pro Tag. Andere Gewebe, wie Muskeln, können flexibel zwischen Glucose und Fettsäuren wechseln.

Glucose erfüllt jedoch weit mehr Aufgaben als die reine Energieversorgung:

• Sie wird als Glykogen in Leber und Muskeln gespeichert, damit bei Bedarf schnell Energie verfügbar ist (z. B. bei körperlicher Belastung oder zwischen Mahlzeiten).
• Sie liefert Bausteine für wichtige Struktur- und Funktionsmoleküle (Glykoproteine und Proteoglykane) des Körpers, die unter anderem für Gewebeaufbau und Zellfunktionen notwendig sind.
• Aus Glucose bildet der Körper Stoffe für Entgiftungsprozesse, etwa in der Leber, wo belastende Substanzen wasserlöslich gemacht und ausgeschieden werden können.
• Wegen ihrer moderaten Süßkraft wird Glucose in Lebensmitteln als Süßungsmittel eingesetzt, allerdings weniger intensiv als Saccharose (Haushaltszucker).

Verdauung und Resorption

Die Aufnahme von Glucose beginnt im oberen Dünndarm. Die Zellen der Darmschleimhaut nehmen Glucose aktiv auf – ein Vorgang, der Energie benötigt. Anschließend gelangt sie rasch in den Blutkreislauf.

Glucose wird schneller aufgenommen als andere Monosaccharide (Einfachzucker). Deshalb steigt der Blutzucker nach glucosehaltigen Lebensmitteln oft schnell an.

Stoffwechsel und Regulation

Nach einer kohlenhydratreichen Mahlzeit nimmt die Leber Glucose aus der Pfortader auf und verteilt sie je nach Bedarf an den Organismus – entweder durch Freisetzung ins Blut, durch direkten Abbau zur Energiegewinnung oder durch Speicherung als Glykogen.

Energiegewinnung

Damit Glucose zu Energie verarbeitet werden kann, muss sie zunächst mithilfe des Hormons Insulin, das in den ß-Zellen der Bauchspeicheldrüse gebildet wird, in die Zellen gelangen. In den Zellen, vor allem in den Mitochondrien („Kraftwerken der Zellen“), wird sie über mehrere Stoffwechselschritte abgebaut und liefert dabei Energie (ATP; Adenosintriphosphat) – vorausgesetzt, genügend Sauerstoff steht zur Verfügung. Ist dies der Fall, gewinnt der Körper aus einem Molekül Glucose deutlich mehr Energie. Steht dagegen kurzfristig zu wenig Sauerstoff zur Verfügung – etwa bei Rauchern oder flacher Atmung unter Stress –, greift der Körper auf weniger effiziente, aber schnell verfügbare Stoffwechselwege zurück.

Speicherung

Der Teil der Glucose, der nicht zur Energiegewinnung genutzt wird, wird gespeichert:

• Die Leber kann ca. 150 g Glykogen speichern.
• Die Muskulatur speichert etwa 0,5 kg Glykogen. Die dort gespeicherte Glucose kann nur im Muskel selbst genutzt und nicht wieder ans Blut abgegeben werden, da den Muskeln das dazu benötigte Enzym fehlt.

Fettbildung

Wird mehr Glucose zugeführt, als der Körper benötigt, wandelt er sie in Fett um (Lipogenese). Langfristig kann dies zu einem erhöhten Körperfettanteil und gegebenenfalls zu Übergewicht führen. Ein hoher Kohlenhydratanteil – vor allem in Form schnell verfügbarer Kohlenhydrate – kann zudem den Triglyceridspiegel (Blutfette) im Blut erhöhen.

Regulation des Blutglucosespiegels

Die Zellen des zentralen Nervensystems (ZNS), des Nieren- und Knochenmarks sowie Leukozyten (weiße Blutkörperchen) und Erythrozyten (rote Blutkörperchen) sind in besonderem Maße auf die Energiegewinnung aus Glucose angewiesen. Glucose ist daher das wichtigste Kohlenhydrat im Körper. Damit diese Versorgung jederzeit gesichert ist, hält der Körper den Blutglucosespiegel (Blutzuckerspiegel) in einem engen Bereich. Insulin ermöglicht, wie bereits beschrieben, die Aufnahme von Glucose in die Zellen (→ Blutzuckerspiegel sinkt), während die Hormone Glukagon und Adrenalin den Blutglucosespiegel bei Hunger oder Stress erhöhen, indem sie gespeichertes Glykogen wieder zu Glucose abbauen.

Gluconeogenese (Glucoseneubildung)

Wenn über längere Zeit keine Kohlenhydrate aufgenommen werden – etwa beim Fasten, bei sehr kohlenhydratarmen Diäten oder in langen nächtlichen Essenspausen –, stellt der Körper seine Energieversorgung um. Die Leber (und in geringerem Umfang die Niere) beginnt dann, Glucose selbst herzustellen, um Organe zu versorgen, die zwingend darauf angewiesen sind. Dazu gehören vor allem das Gehirn, die Erythrozyten und das Nierenmark.

Die Gluconeogenese nutzt dafür verschiedene Stoffe, die im Körper ohnehin anfallen oder mobilisiert werden können:

• Lactat (Milchsäure): entsteht u. a. in Muskeln und Erythrozyten und wird zur Leber zurücktransportiert.
• Glycerin: stammt aus dem Fettgewebe, wenn Fettreserven zur Energiegewinnung genutzt werden.
• Glucoplastische Aminosäuren: werden aus dem Muskelprotein freigesetzt und können in Glucose umgewandelt werden.

Bei längerer Nahrungskarenz kann der Körper auf diese Weise rund 200 g Glucose pro Tag bereitstellen.

Gleichzeitig reduziert der Körper seinen Glucosebedarf, indem er zunehmend Ketonkörper zur Energiegewinnung nutzt. Ketonkörper entstehen in der Leber. Dabei werden Fettsäuren aus den Fettdepots freigesetzt und zu Ketonkörpern umgebaut, die besonders dem Gehirn als alternative Energiequelle dienen. Dadurch wird Muskelprotein geschont – eine wichtige Anpassung bei längerem Fasten.

Überhöhte Zufuhr

Wird über längere Zeit sehr viel Glucose bzw. viele schnell verfügbare Kohlenhydrate aufgenommen, kann dies verschiedene ungünstige Effekte haben. Zum einen verdrängen kohlenhydratreiche, aber nährstoffarme Lebensmittel oft hochwertigere Proteinquellen – ein Problem, das insbesondere bei sehr einseitiger Ernährung auftreten kann.

Außerdem kann ein dauerhaft hoher Glucoseüberschuss die Bildung von Fett im Körper erhöhen, weil überschüssige Energie in freie Fettsäuren umgewandelt und gespeichert wird.

Ein weiterer Punkt ist das Kariesrisiko: Mundbakterien nutzen Glucose als schnelle Energiequelle, wobei Säuren entstehen, die den Zahnschmelz angreifen.

Mangel

Sinkt der Blutzucker unter etwa 4 mmol/l (70 mg/dl), kann eine Hypoglykämie (Unterzuckerung) auftreten. Da das Gehirn auf eine kontinuierliche Glucoseversorgung angewiesen ist, reagiert der Körper sehr empfindlich auf solche Abfälle.

Typische Symptome sind:

• Heißhunger
• Schweißausbrüche
• Herzklopfen

Sinkt die Blutglucose weiter ab, kommt es zunehmend zu Störungen des Zentralnervensystems – zunächst zu Zittern und Konzentrationsproblemen, später zu neurologischen Ausfällen, Bewusstseinstrübungen und im Extremfall zum Koma.

Besteht die Unterversorgung über längere Zeit, baut der Körper Muskelprotein ab, um daraus neue Glucose zu bilden. Gleichzeitig steigt die Bildung von Ketonkörpern, die als alternative Energiequelle dienen. Werden jedoch sehr große Mengen produziert – etwa bei schweren Stoffwechselstörungen –, kann es zu einer Ketoazidose kommen, einer gefährlichen Übersäuerung des Körpers.

Vorkommen

Glucose ist natürlicherweise enthalten in:

• Obst
• Honig
• Fruchtsäften

Sie ist zudem Baustein vieler Kohlenhydrate in:

• Getreide
• Kartoffeln
• Hülsenfrüchten
• Gemüse
• Süßwaren

Zufuhr-Empfehlungen

Da nahezu alle Kohlenhydrate im Stoffwechsel zu Glucose abgebaut werden, empfiehlt die Deutsche Gesellschaft für Ernährung (DGE), mindestens 50 % der Tagesenergie über Kohlenhydrate zu decken. Die minimale Kohlenhydratmenge liegt bei 10 % der Energiezufuhr bzw. 2 g/kg Körpergewicht.

Ein 70-kg-Erwachsener benötigt somit etwa 300 g Kohlenhydrate pro Tag bei moderater körperlicher Aktivität – bevorzugt aus ballaststoffreichen Quellen wie Vollkorn, Hülsenfrüchten, Gemüse und Kartoffeln.

Literatur

1. Elmadfa I, Muskat E (Hrsg.): Ernährung des Menschen. 5. Auflage. Berlin: Springer; 2020.
2. Löffler G, Petrides PE, Heinrich PC. Biochemie und Pathobiochemie. 8. Auflage. Springer; 2007.
3. Deutsche Gesellschaft für Ernährung (DGE): Referenzwerteübersicht – Kohlenhydrate. Bonn; DGE.
4. Scientific Advisory Committee on Nutrition (SACN): Carbohydrates and Health. London:TSO; 2015.
5. World Health Organization (WHO): Guideline: Sugars Intake for Adults and Children. 2015.