Glykogen

Medizinische Expertise: Dr. med. Nonnenmacher
Qualitätssicherung: Dipl.-Biol. Elke Löbel, Dr. rer nat. Frank Meyer

Letzte Aktualisierung am: 13. März 2024

Dieser Artikel wurde unter Maßgabe medizinischer Fachliteratur und wissenschaftlicher Quellen geprüft.

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Das Glykogen besteht aus Glucose-Einheiten und ist ein Polysaccharid. Im menschlichen Organismus dient es der Bereitstellung und Speicherung von Glucose. Der Aufbau von Glykogen wird Glykogensynthese genannt, der Abbau wird als Glykogenolyse bezeichnet.

Was ist Glykogen?

Der Glykogenvorrat wird von den Muskeln ausschließlich selbst genutzt, die Leber speichert das Glykogen und stellt dieses dann auch anderen Zellen zur Verfügung.
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Glykogen besteht aus einem so genannten Glykogenin, einem zentralen Protein, an welches dann Tausende von Glucosebausteine geknüpft sind. An den Glukose-Molekülen kommt darüber hinaus noch eine zusätzliche Verzweigung vor, sodass das Glykogenmolekül in verschiedenen Geweben synthetisiert bzw. gespeichert werden kann.

Dazu zählen die Muskeln, die Leber, die Vagina, die Gebärmutter bzw. das Gehirn. Die gespeicherten Kohlenhydrate können allerdings nur in der Leber bereitgestellt bzw. mobilsiert werden, da in dieser das Enzym Glukose-6-Phosphatase zu finden ist. Glykogen kann als Energiespeicher gesehen werden, der bei körperlichen Anstrengungen bzw. bei Hunger zum Einsatz kommt. Geht der Glykogenvorrat zu Ende, so wird in weiterer Folge Depotfett abgebaut. Der Abbau von Glykogen zu Glukose wird als Glykolyse bezeichnet, die als zentraler Vorgang des Energiestoffwechsels angesehen werden kann.

Funktion, Wirkung & Aufgaben

Eine wichtige Rolle spielt dieser Vorgang vor allem im schlafenden Zustand, da die Zellen des Nebennierenmarks bzw. die Erythrozyten auf diese Weise mit Energie versorgt werden können. Darüber hinaus wird der Blutzuckerspiegel mit Hilfe des Auf- und Abbaus von Glykogen durch unterschiedliche [[Hormone] reguliert. Glukagon und Adrenalin regen den Abbau an, der Aufbau wird hingegen durch Insulin gefördert. Die Bildung von Glukagon und Insulin erfolgt in Teilen der Bauchspeicheldrüse.

Mit Hilfe des Glykogens, das in der Leber gespeichert wird, wird die Blutglukose aufgefüllt sowie Gehirn und Erythrozyten versorgt. Ist die Leber mit Glykogen aufgefüllt, so stellt sie das Organ mit der höchsten Konzentration an Glykogen dar (100mg Glykogen pro g Leber). Das Glykogen, das in der Muskulatur gespeichert wird, dient hingegen nur dem Eigenbedarf, wobei hier etwa 250g Glykogen gespeichert werden kann.

Bildung, Vorkommen, Eigenschaften & optimale Werte

Wird Stärke mit der Nahrung aufgenommen, so spaltet das Enzym alpha-Amylase diese im Mund bzw. im Zwölffingerdarm in Isomaltose und Maltose. Durch weitere Enzyme werden diese dann in Glucose überführt. Für die Glykogensynthese wird Glykogenin benötigt, ein Protein, das im Zentrum eines Glykogen-Moleküls zu finden ist.

Mit Hilfe dieses Enzyms und Glukose-6-Phosphat erfolgt eine Verlängerung der Zuckerseitenketten. Zuvor wird Glukose-6-Phosphat noch zu Glukose-1-Phosphat umgewandelt. Mit Hilfe der Glykogenphosphorylase wird Glykogen abgebaut. Wenn die endständigen Glukosemoleküle abgespalten werden, so kommt es zur Bildung von Glukose-1-Phosphat. Insgesamt kann im menschlichen Körper 400g Glukose in Form von Glykogen gespeichert werden. Eine Speicherung von einzelnen Glukose-Molekülen ist nicht möglich, da durch diese zu viel Wasser in eine Zelle gezogen wird, wodurch diese dann platzen würde. Alle Zellen - bis auf die Erythrozyten - können Glykogen ab- bzw. aufbauen. Für die Speicherung von Glykogen sind vor allem zwei Organsysteme von Bedeutung:

• Die Muskulatur: Sie speichert Glykogen nur für sich selbst
• Die Leber: Sie speichert Glykogen, um in weiterer Folge den Organismus damit versorgen zu können

Der Glykogenstoffwechsel hat in der Muskulatur und in der Leber unterschiedliche Aufgaben und wird aus diesem Grund auch auf verschiedene Art und Weise reguliert. Die Regulation erfolgt dabei entweder hormonell oder allosterisch. Die allosterische Regulation beginnt innerhalb einer Zelle. In der Muskulatur tritt vermehrt AMP auf, wodurch die Phosphorylase aktiviert wird. Durch einen vermehrten Abbau von Glykogen wird hier ein Mangel an ATP ausgeglichen. Auf der anderen Seite wirken Glukose-6-Phosphat und ATP als Hemmstoffe.

Durch sie wird angezeigt, dass ausreichend Glukose und Energie vorhanden und daher kein Abbau erforderlich ist. In der Leber ist eine solche Regulation nicht möglich, da Glukose hier für andere Organe bereitgestellt und nicht selbst verbraucht wird. In der Leber signalisiert Glukagon einen Bedarf an Glukose, während in der Muskulatur das Adrenalin dafür zuständig ist. In beiden Fällen kommt es zu einem Anstieg des cAMP-Spiegels, wodurch Glykogen abgebaut wird. Durch Insulin wird hingegen der cAMP-Spiegel gesenkt und in weiterer Folge kommt es zu einem Aufbau von Glykogen.

Krankheiten & Störungen

Bei den Glykogenspeicherkrankheiten ist der Körper nicht in der Lage, Glykogen zu Glukose umzubauen, manchmal ist auch die Glykogenherstellung oder die Glykogenverwertung gestört. Unterschieden werden kann zwischen Leber- und Muskelglykogenosen. Ein Symptom einer Leberglykogenose ist eine vergrößerte Leber, in der vermehrt Fett bzw. Glykogen gespeichert wird. Außerdem neigen die Patienten zu Minderwuchs und Unterzuckerungen. Bei einer Muskelglykogenese treten Muskelschwund, Muskelkrämpfe bzw. Muskelschwäche auf. Mittlerweile sind dreizehn unterschiedliche Glykogenesetypen bekannt, die in Muskel- bzw. Leberformen eingeteilt und mit römischen Ziffern bezeichnet werden.

Glykogenspeichererkrankungen sind auf einen autosomal-rezessiven Erbgang zurückzuführen und können mit Hilfe einer Fruchtwasseruntersuchung bereits im Mutterleib nachgewiesen werden. Glykogenesen werden hauptsächlich symptomatisch behandelt. Eine Therapie umfasst beispielsweise Atem- und Krankengymnastik bzw. spezielle Diätempfehlungen. Im weiteren Verlauf werden oft auch künstliche Ernährung bzw. Beatmung notwendig.

Quellen

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