basics

Energie aus Kohlenhydraten? Teil 1: Fruktose und Galaktose

18. Februar 2016

Die Energiegewinnung aus Kohlenhydraten funktioniert auf ganz unterschiedlichen Wegen.
Je nach Aufbau der Kohlenhydrate haben diese vielfältige Wirkungen auf unseren Körper.
Weil sie leicht und effizient zu verarbeiten sind, werden sie bevorzugt als Energielieferant benutzt.

Hier zeige ich dir, wie Kohlenhydrate eigentlich aufgebaut sind, wie sie verdaut und schließlich zu Energiegewinnung genutzt werden.

Dies ist der zweite Artikel zur Grundlagenreihe über die Energiegewinnung. Schau auch im ersten Teil über den Fettabbau hinein.

Was sind eigentlich Kohlenhydrate?

Kohlenhydrate sind genau das, was der Name verrät: zusammengesetzt aus Kohlenstoff und Wasser.

Die Grundbausteine der Kohlenhydrate sind die Einfachzucker.
Das sind Fruktose, Galaktose und Glukose.
Aus diesen drei Einfachzuckern werden alle anderen Kohlenhydrate zusammengesetzt.

Verbinden sich zwei dieser Stoffe, entsteht ein Zweifachzucker.
Die Moleküle werden entweder durch eine α- oder eine β-glykosidische Verbindung verknüpft.

Das bekannteste Beispiel ist unser normaler Haushaltszucker.
Er besteht aus einem Molekül Glukose und einem Molekül Fruktose, die durch eine α-1,4-Verbindung verknüpft werden.

Isomaltulose besteht aus den gleichen Molekülen, allerdings mit einer α-1,6-Verbindung.
Diese Verbindung hat kaum Auswirkungen auf die Umsetzung in Energie, allerdings dauert die Ausspaltung länger.
So sinkt bei gleicher Kalorienmenge der glykämische Index.
Außerdem werden Moleküle mit dieser Verbindung nicht von Karies erzeugenden Bakterien verwendet.

Maltose dagegen besteht aus zwei Glukosemolekülen mit einer α-glykosidischen Verbindung.

Auch Laktose besteht aus nur zwei Molekülen, nämlich Glukose und Galaktose.
Dass manche Menschen den Milchzucker nicht vertragen, liegt jedoch nicht an der Galaktose, sondern an der β-glykosidischen Verbindung zwischen den beiden Molekülen. Diese kann nur von bestimmten Enzymen aufgebrochen werden.

Besteht ein Kohlenhydrat aus mehr als zwei Einfachzuckern, nennt man es Mehrfachzucker.
Die wichtigsten Vertreter sind hierbei die Stärke und das Glykogen.
Stärke ist die einzige Möglichkeit der Pflanze, ihre Energie zu speichern. Damit erfüllt sie ungefähr die gleiche Aufgabe wie das Glykogen bei Mensch und Tier. Beide werden ausschließlich aus Glukose aufgebaut.

Auch Maltodextrin ist ein Mehrfachzucker. Er besteht aus dem Zweifachzucker Maltose (2 Glukose-Moleküle) und einem Glukose-Molekül. Durch diese Verbindung ist es kaum süß.
Es besitzt ähnliche Eigenschaften wie Fett und wird deshalb gerne bei Light-Produkten als Ersatz benutzt.

Verdauung von Kohlenhydraten

Unser Körper kann nur Einfachzucker aufnehmen, deshalb müssen alle Mehrfachzucker zunächst aufgebrochen werden.

Ein erstes Aufbrechen geschieht bereits im Mund durch die Enzyme im Speichel.
Auch im Magen werden bestimmte Bindungen durch Enzyme gelöst.
Im Dünndarm wird diese Arbeit von der Pankreasamylase fortgesetzt.

Essen wir beispielsweise stärkehaltige Nahrung, dann wird diese zunächst in Malodextrin, Maltose und Glukose aufgespalten. Danach werden auch Maltodextrin und Maltose in einzelne Glukose-Moleküle umgesetzt.

Erst die Einfachzucker können durch die Membran des Dünndarms transportiert werden.
Dieser Prozess verbraucht ein ATP und ist abhängig von dem Vorhandensein eines Natriummoleküls.

So gelangen die Einfachzucker direkt ins Blut.

Was danach geschieht ist abhängig davon, um welchen Einfachzucker es sich handelt.

Schauen wir uns zunächst die Fruktose an.

Fruktose-Abbau – ein unpraktischer Prozess

Nur etwa 10% der Fruktose wird wie die Glukose in der Darmschleimhaut aufgenommen und an das Blut weitergeleitet. Die restlichen 90% werden vom Darm direkt in die Leber transportiert.

Der größte Teil der Fruktose wird also in den Leberzeller verarbeitet.
Um aus Fruktose Energie gewinnen zu können, muss das Molekül jedoch in die Glykolyse eingeschleust werden. Hierzu wird es zu einem Zwischenprodukt der Glykolyse verändert

FruktoseAbbau

.
Unter Verbrauch von zwei ATP und Phosphat wird Fruktose in drei Schritten in zwei Glycerinaldehyd-3-phosphat (GAP) umgewandelt.

Dieser Prozess kann vom Körper nicht reguliert werden. Unabhängig vom Energiebedarf der Zellen oder dem Hormonhaushalt wird alles an Fruktose umgesetzt, was da ist.

Netto bekommt unser Körper insgesamt aus einem Molekül Fruktose zwei Moleküle ATP. Das ist im Vergleich zu anderen Energiegewinnungsmöglichkeiten ziemlich wenig.

Die Folgen eines hohen Fruktosekonsums für unseren Körper kannst du hier nachlesen.

Die Verwertung der Galaktose geschieht ebenfalls in der Leber, ihr Stoffwechselweg sieht jedoch ein wenig anders aus.

Galaktose-Abbau

Auch Galaktose wird zu einem Zwischenprodukt der Glykolyse umgewandelt und in diese eingeschleust. Zugleich entsteht immer auch ein Zwischenprodukt der Glykogen-Biosynthese.
Hierbei verbraucht die Umwandlung jedoch nur ein ATP und ein Phosphor.

Anders als bei der Glykolyse kann dieser Prozess nur in der Leber stattfinden.
Der Abbau findet ebenfalls in drei Schritten statt.

Galaktose-Abbau

Zunächst wird die Galaktose phosphoryliert. Dies verbraucht ein ATP.

Anschließend wird sie in zwei Zwischenprodukte gespalten. Hierzu wird zusätzlich UDP-Glucose benötigt.

UDP-Galaktose wird danach zu UPD-Glukose umgewandelt.
Diese kann entweder zum weiteren Galaktose-Abbau benutz oder in die Glykogen-Synthese eingeschleust werden.
Gleichzeitig wird Glukose-1-phosphat zu Glucose-6-phosphat und kann damit in der Glykolyse zu Pyruvat umgewandelt werden.

Galaktose wird aber keineswegs ausschließlich zur Energiegewinnung genutzt. Sie ist auch für verschiedene Membranen und das Nervensystems unerlässlich. Deshalb sind alle Schritte des Galaktoseabbaus reversibel. Der Körper kann also jederzeit aus Glukose Galaktose herstellen.

Fazit

Sowohl die Fruktose, als auch die Galaktose werden in der Leber verstoffwechselt und müssen dort erst verarbeitet werden, um in weiteren Stoffwechselprozessen zu Energie umgewandelt zu werden.
Dies macht sie weniger effizient als der Abbau von Glukose, dennoch sollte unser Körper auf keinen der beiden Einfachzucker verzichten.

Der Abbau von Glukose und der anderen Stoffwechselprodukte während der Glykolyse ist ein komplizierter und langwieriger Prozess. Deshalb behandeln wir diesen gesondert in dem nächsten Artikel der Reihe zur Ernergiegewinnung.

Lese hier den ersten Teil.

Oder lies  hier direkt weiter und lerne alles über die Glykolyse.

Quellen und weiterführende Literatur:

Kirchner H. & Mühlhäußer J.: Basics Biochemie. 2009.

Rehner G. & Daniel H.: Biochemie der Ernährung. 2010.

Haller D. et al.: Biofunktionalität der Lebensmittelinhaltsstoffe. 2013.

Ebermann R. & Elmadfa I.: Lehrbuch Lebensmittelchemie und Ernährung. 2008.

Mayes P.: Intermediary metabolism of fructose. Am J Clin Nutr 1993.

Fridovich-Keil, J.: Galactosemia: The good, the bad, and the unknown. Journal of Cellular Physiology 2006.

 

You Might Also Like

No Comments

Leave a Reply

Was interessantes entdeckt? Lass andere teilhaben!