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Stand 2026-02-05. Zahlen und Beschreibungen folgen der Fachliteratur und nicht dem Marketingmaterial.
=== Aufnahme === Aus der Nahrung aufgenommene Glucose bindet beim Menschen zunächst an den Rezeptor für Süßgeschmack auf der Zunge. Dieser Komplex aus den Proteinen T1R2 und T1R3 erlaubt es, glucosehaltige Nahrungsquellen zu identifizieren. Glucose stammt hauptsächlich aus Lebensmitteln – etwa 300 g pro Tag werden durch die Umwandlung von Nahrung produziert, aber sie wird auch aus anderen Metaboliten in den Körperzellen synthetisiert. Glucose ist ein Baustein vieler Kohlenhydrate und kann aus diesen mithilfe von bestimmten Enzymen abgespalten werden. Glucosidasen (eine Untergruppe der Glycosidasen) katalysieren zunächst die Hydrolyse langkettiger Glucose-enthaltender Polysaccharide, wobei endständige Glucose entfernt wird. Disaccharide wiederum werden meist von speziellen Glycosidasen zu Glucose abgebaut. Die Namen der abbauenden Enzyme sind oft vom jeweiligen Poly- und Disaccharid abgeleitet; so gibt es unter anderem für den Abbau von Polysaccharidketten Amylasen (von Amylose, Bestandteil der Stärke), Cellulasen (von Cellulose), Chitinasen (von Chitin) und mehr; weiters für die Spaltung von Disacchariden die Lactase, Saccharase, Trehalase und andere. Beim Menschen sind etwa 70 Gene bekannt, die für Glycosidasen codieren. Sie haben Funktionen bei der Verdauung und beim Abbau von Glycogen, Sphingolipiden, Mucopolysacchariden und Poly(ADP-Ribose).
Quellen: de.wikipedia.org
Beim Menschen werden glucosehaltige Polysaccharide zum Teil bereits beim Kauen durch die im Speichel enthaltene Amylase abgebaut, glucosehaltige Disaccharide durch die Maltase, die Lactase und die Saccharase im Bürstensaum des Dünndarms. Um über die Zellmembranen in Zellen und Zellkompartimente hinein oder aus ihnen heraus zu gelangen, benötigt die Glucose spezielle Transportproteine aus der Major-Facilitator-Superfamilie. Im Dünndarm (genauer im Jejunum) wird Glucose mit Hilfe des Glucosetransporters über einen als Natriumionen-Glucose-Symport (Natrium/Glucose-Cotransporter 1) bezeichneten sekundär aktiven Transportmechanismus in die Darmepithelzellen aufgenommen. Die Weitergabe erfolgt auf der basolateralen Seite der Darmepithelzelle passiv über den Glucosetransporter GLUT2, ebenso wie ihre Aufnahme in Hepatozyten, Nierenzellen, β-Zellen der Langerhans-Inseln, Neuronen, Astrozyten und Tanyzyten. Über die Vena portae gelangt Glucose in die Leber und wird dort zellulär als Glycogen gespeichert. In der Leberzelle wird sie durch die Glucokinase an Position 6 zu Glucose-6-phosphat phosphoryliert; damit kann sie die Zelle nicht mehr verlassen. Mit Hilfe der Glucose-6-Phosphatase wird, ausschließlich in der Leber, Glucose-6-phosphat bei Bedarf wieder in Glucose zurückgewandelt, so dass sie zur Erhaltung einer ausreichenden Blutkonzentration zur Verfügung steht. In anderen Zellen erfolgt die Aufnahme mittels passiven Transports durch eines der 14 GLUT-Proteine.
Quellen: de.wikipedia.org
In den anderen Zelltypen erfolgt die Phosphorylierung ebenfalls durch eine Hexokinase, woraufhin Glucose nicht mehr aus der Zelle diffundieren kann. GLUT1 wird von den meisten Zelltypen gebildet und besitzt besondere Bedeutung für Nervenzellen und die im Pankreas befindlichen β-Zellen. GLUT3 wird gehäuft von Nervenzellen gebildet. Von Muskelzellen (Skelettmuskeln und Herzmuskel) und Fettzellen wird Glucose aus dem Blutkreislauf über GLUT4 aufgenommen. GLUT14 wird ausschließlich in Hoden gebildet. Überschüssig aufgenommene Glucose wird abgebaut und in Fettsäuren umgewandelt, die als Triacylglycerid gespeichert werden. In den Nieren wird Glucose aus dem Harn über SGLT1 und SGLT2 in den apikalen Zellmembranen resorbiert und über GLUT2 in den basolateralen Zellmembranen weitergeleitet. Etwa 90 % der Glucoseresorption der Niere erfolgt über SGLT2 und etwa 3 % über SGLT1.
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Der Stoffwechselweg zum Aufbau von Glucose aus kleinen Molekülen von zwei bis vier Kohlenstoffatomen, der im Glucosemolekül mit sechs Kohlenstoffatomen endet, heißt Gluconeogenese und kommt in allen Lebewesen vor. Durch die Gluconeogenese kann der Organismus Glucose aus anderen Stoffwechselprodukten, unter anderem aus Lactat oder bestimmten Aminosäuren unter Energieverbrauch aufbauen. Die kleineren Ausgangsstoffe sind das Resultat anderer Stoffwechselwege und stammen bei Pflanzen letztlich von der Assimilation von Kohlenstoffdioxid. Letztendlich stammen fast alle Biomoleküle aus der Assimilation von Kohlendioxid in Pflanzen während der Photosynthese. Die freie Energie der Bildung von α-D-Glucose beträgt 917,2 Kilojoule pro Mol. Beim Menschen erfolgt die Gluconeogenese in der Leber und der Niere, aber auch in anderen Zelltypen. Auch die Tubuluszellen der Nieren können Glucose bilden. Die Spaltung von Glycogen wird als Glycogenolyse bezeichnet, die Spaltung von Stärke als Stärkeabbau. In Leber werden etwa 150 g Glycogen bevorratet, in der Skelettmuskulatur etwa 250 g. Die in Muskelzellen bei der Spaltung des Glycogens freigesetzte Glucose kann allerdings nicht an den Blutkreislauf abgegeben werden, da Glucose durch die Hexokinase phosphoryliert wird, keine Glucose-6-Phosphatase zur Entfernung der Phosphatgruppe gebildet wird und für Glucose-6-Phosphat im Gegensatz zu Glucose kein Transportprotein existiert.
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Traubenzucker wird im Stoffwechsel über die Glycolyse und den Pentosephosphatweg abgebaut. Die Glycolyse wird von allen lebenden Organismen mit kleinen Variationen verwendet, und alle Organismen erzeugen Energie aus dem Abbau von Monosacchariden. Im weiteren Verlauf des Stoffwechsels kann sie über die oxidative Decarboxylierung, den Citratzyklus und die Atmungskette vollständig zu Wasser und Kohlenstoffdioxid abgebaut werden. Ist dafür nicht genügend Sauerstoff verfügbar, erfolgt der Glucoseabbau in Tieren anaerob bis zum Lactat durch die Milchsäuregärung und setzt viel weniger Energie frei. Das Lactat aus der Muskulatur gelangt in Säugetieren über den Blutkreislauf in die Leber, wo die Gluconeogenese erfolgt (Cori-Zyklus). In anderen Lebewesen kommen auch andere Formen der Gärung vor. Bei hohem Angebot an Glucose wird der Metabolit Acetyl-CoA auch zur Fettsäuresynthese genutzt. Ebenfalls wird durch Glucose der Glycogenspeicher des Körpers wieder aufgefüllt, der vor allem in Leber und Skelettmuskulatur zu finden ist. Diese Vorgänge werden hormonell reguliert.
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Das Bakterium Escherichia coli kann auf Nährmedien wachsen, die Glucose als einzige Kohlenstoffquelle aufweisen. In einigen Bakterien und – in modifizierter Form – auch in Archaeen wird Glucose über den Entner-Doudoroff-Weg abgebaut. Anhand der Glucose wurde in E. coli ein Mechanismus der Genregulation entdeckt, die Katabolitrepression. Tumorzellen wachsen oftmals vergleichsweise schnell und verbrauchen überdurchschnittlich viel Glucose per Glycolyse, wodurch es auch in Anwesenheit von Sauerstoff zur Bildung von Lactat kommt, dem Endprodukt der Gärung in Säugetieren. Dieser Effekt wird als Warburg-Effekt bezeichnet. Für die erhöhte Aufnahme von Glucose in Tumoren werden verschiedene SGLT und GLUT vermehrt gebildet. In Hefe entsteht bei hohen Glucose-Konzentrationen auch bei Anwesenheit von Sauerstoff (führt normalerweise zur Atmung, aber nicht zur Gärung) Ethanol per Gärung. Dieser Effekt wird als Crabtree-Effekt bezeichnet.
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Der physiologische Brennwert von Glucose beträgt, je nach Quelle, 16,2 Kilojoule pro Gramm beziehungsweise 15,7 kJ/g (3,74 kcal/g). Die hohe Verfügbarkeit von Kohlenhydraten durch die pflanzliche Biomasse hat während der Evolution, besonders der Mikroorganismen, zu einer Vielfalt von Methoden geführt, den Energie- und Kohlenstoffspeicher Glucose zu verwerten. Unterschiede bestehen darin, bis zu welchem nicht mehr für die Energiegewinnung nutzbaren Endprodukt der Weg führt. Hier entscheidet das Vorhandensein einzelner Gene, und ihrer Genprodukte, der Enzyme, welche Reaktionen möglich sind (siehe Abbildung). Dabei wird der Stoffwechselweg der Glycolyse von nahezu allen Lebewesen genutzt. Ein wesentlicher Unterschied dieses Wegs besteht in der Gewinnung von NADP als Reduktionsmittel für den Anabolismus, das sonst indirekt erzeugt werden müsste.
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