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Das Geheimnis des Glykogens: Warum ist dieses vielverzweigte Polysaccharid die Energiereserve unseres Körpers?
Glykogen ist ein mehrfach verzweigtes Polysaccharid aus Glukose, das bei Tieren, Pilzen und Bakterien als Energiereserve dient. Es ist die wichtigste Speicherform von Glukose im Körper. Als eine der drei häufig genutzten Energiereserven dient Glykogen hauptsächlich der kurzfristigen Energiebereitstellung, während Kreatinphosphat der kurzfristigen schnellen Energiegewinnung und Triglyceride im Fettgewebe der langfristigen Energieversorgung dienen. Unter normalen Umständen wird Protein im Allgemeinen nicht als primäre Energiequelle verwendet und nur in Zeiten von Hungersnot oder physiologischen Krisen genutzt.
Im menschlichen Körper wird Glykogen hauptsächlich in der Leber und den Skelettmuskelzellen produziert und gespeichert.
In der Leber kann Glykogen 5–6 % des Frischgewichts des Organs ausmachen, und die Leber eines Erwachsenen mit einem Gewicht von etwa 1,5 kg kann etwa 100–120 Gramm Glykogen speichern. In der Skelettmuskulatur ist die Glykogenkonzentration geringer und macht etwa 1-2 % der Muskelmasse aus. Ein 70 kg schwerer Erwachsener kann etwa 400 g Glykogen in der Skelettmuskulatur speichern. Glykogen wird in geringen Mengen auch in vielen anderen Geweben und Zellen gespeichert, darunter in den Nieren, roten Blutkörperchen, weißen Blutkörperchen und Gliazellen im Gehirn. Während der Schwangerschaft speichert die Gebärmutter auch Glykogen, um den Embryo zu unterstützen.
Die Menge der Glykogenspeicherung hängt hauptsächlich von der oxidierten 1-Faser, dem körperlichen Training, dem Grundumsatz und den Essgewohnheiten ab. Unterschiedliche Glykogenspiegel im Ruhemuskel werden durch die Änderung der Anzahl der Glykogenpartikel und nicht durch die Größe der vorhandenen Partikel erreicht. Es ist erwähnenswert, dass im menschlichen Blut jederzeit etwa 4 Gramm Glukose vorhanden sind. Im nüchternen Zustand wird der Blutzuckerspiegel durch die Nutzung der Glykogenreserven in der Leber stabil gehalten, da Glykogen im Skelettmuskel hauptsächlich von diesem Muskel verwendet wird , ist nicht an der Regulierung des Blutzuckerspiegels beteiligt.
Glykogen wird in den Muskeln als muskeleigene Energiereserve gespeichert, während Glykogen in der Leber vom gesamten Körper, insbesondere zur Versorgung des zentralen Nervensystems, genutzt wird.
Tatsächlich verbraucht das menschliche Gehirn im nüchternen Zustand etwa 60 % des Blutzuckers. Glykogen ähnelt der Stärke in Pflanzen und ist ein Glukosepolymer, das zur Energiespeicherung verwendet wird. Obwohl seine Struktur Amylopektin, dem Bestandteil von Stärke, ähnelt, ist Glykogen verzweigter und kompakter. Durch diese effiziente Speicherung kann Glykogen schnell freigesetzt werden, um auf einen plötzlichen Energiebedarf zu reagieren.
Struktur und Funktion von Glykogen
Glykogen ist ein Polymer mit linearen Ketten und komplexen verzweigten Strukturen, das normalerweise aus 8–12 Glucose-Einheitsketten besteht, wobei die Anzahl jedes Glykogenmoleküls zwischen 2.000 und 60.000 liegt. Die Zuckermoleküle sind durch α(1→4)-glykosidische Bindungen verbunden, und die verzweigten Teile sind durch α(1→6)-glykosidische Bindungen verbunden. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Struktur von Glykogen der Kugel eines Glukosebaums ähnelt, in deren Kern das Glykogenprotein liegt.
Wenn der Blutzuckerspiegel in der Leber steigt, regt Insulin die Hepatozyten dazu an, Glukose aufzunehmen und in Glykogen umzuwandeln. Wenn der Blutzuckerspiegel sinkt, fördert Glucagon hingegen den Abbau von Glykogen und setzt Glukose frei.
Die Hauptfunktion von Glykogen in der Leber besteht darin, den Blutzuckerspiegel zu regulieren. Nach dem Essen steigt der Blutzucker und die Insulinsekretion erhöht, wodurch die Synthese und Speicherung von Glykogen gefördert wird. Sobald jedoch der Blutzucker zu sinken beginnt, nimmt die Insulinsekretion ab, die Glykogensynthese stoppt und Glykogen wird durch das Enzym Glykogenphosphorylase wieder in Glukose umgewandelt, um den Energiebedarf des Körpers zu decken. In den Muskeln wird Glykogen als schnelle Energiequelle genutzt, insbesondere bei hochintensivem Training.
Klinische Relevanz und Wirkung von körperlicher Betätigung
Die häufigste Erkrankung mit gestörtem Glykogenstoffwechsel ist Diabetes. Bei diesem Zustand kommt es aufgrund eines abnormalen Insulinspiegels zu einem abnormalen Anstieg oder Rückgang der Glykogenspeicher in der Leber. Bei längerem Ausdauertraining wie Marathon, Langlauf oder Radfahren kommt es bei Sportlern häufig zu einem Glykogenmangel, einem Phänomen, das als „Schlag gegen die Wand“ oder „Absturz“ bekannt ist. Um dieses Phänomen zu vermeiden, können Sportler sich dafür entscheiden, weiterhin Kohlenhydrate mit hohem glykämischen Index zu sich zu nehmen, um während des Trainings Energie aufzufüllen.
Wissenschaftliche Untersuchungen zeigen, dass der Verzehr von Kohlenhydraten zusammen mit Koffein dazu beiträgt, die Glykogenspeicher nach intensiver körperlicher Betätigung schneller wieder aufzufüllen, wirksame Dosen wurden jedoch noch nicht ermittelt.
Darüber hinaus wurden in den letzten Jahren auch Glykogen-Nanopartikel als potenzielle Arzneimittelabgabesysteme untersucht, was das Potenzial von Glykogen im medizinischen Bereich zeigt. Diese vielseitige Rolle hat zu einer Neubewertung des Wertes von Glykogen geführt, sowohl als Energiespeicher als auch als Indikator für die Gesundheit. Wir kommen nicht umhin, uns zu fragen, welche neuen Entdeckungen und Anwendungen die zukünftige Glykogenforschung bringen wird.
