Bedeutung von Magnesium (Mg²⁺)

Bevor es um die Bedeutung von Magnesium für den Organismus geht, muß man sich zunächst das Molekül Adenosin-Triphosphat (ATP) genauer ansehen.

Aufbau des ATP-Moleküls

ATP besteht aus Adenosin, Adenosin wiederum besteht aus der Purinbase Adenin, die mit dem zucker Ribose verbunden ist. Wenn am Adenosin dann noch 3 Phosphat-Gruppen aneinander gebunden sind, spricht man von ATP. Die Phosphat-Gruppen sind hier der Übersichtlichkeit halber nur als ‚P‘ dargestellt.

Die vollständige Strukturformel zeigt die Zusammensetzung einer Phosphatgruppe. Hier sind alle Phosphatgruppen mit den zugehörigen Sauerstoff-Atomen dargestellt. Aufgrund des physiologischen pH-Wertes sind die Phosphatgruppen negativ geladen (insges. 4 negative Ladungen in dichter Nachbarschaft).

Die Verbindung von zwei Phosphaten miteinander nennt man eine Anhydrid-Bindung. Für die Bildung der Bindung muss Energie aufgewendet werden. Diese stammt vereinfacht gesagt aus dem Abbau von Nährstoffen (Hinweis: Kalorie ist eine mögliche Einheit für Energie).

Eine Anhydrid-Bindung ist eine sog. energiereiche Bindung, daher wird ATP auch als Energiespeicher bezeichnet.

ATP wird zum überwiegenden Teil in den Mitochondrien am Ende der Atmungskette gebildet, in dem an ein ADP (Adenosin-Diphosphat) ein weiteres Phosphat gebunden wird. (ADP + P  ->  ATP)

Bei energieverbrauchenden Prozessen, wie z.B. bei der Muskelkontraktion, liefert ATP diese Energie, indem die Anhydrid-Bindung gespalten wird. Die in der Bindung gespeicherte Energie wird frei, wenn ATP in ADP + P (Andenosin-Diphosphat und ein einzelnes Phosphat) gespalten wird.

Jetzt kommt auch das Magnesium (Mg²⁺) in Spiel. Damit das ATP gespalten werden kann, müssen die 3 Phosphatgruppen eine ganz bestimmte räumliche Struktur zueinander einnehmen. Der Übersichtlichkeit halber könnte man sagen, dass die drei (negativ geladenen) Phosphate in einer geraden Reihe vorliegen müssen. Dies passiert nicht ganz freiwillig, weil sich die vielen negativen Ladungen gegenseitig abstoßen. Daher wird Mangnesium als sog. Cofaktor für alle ATP-abhängigen Reaktionen benötigt. Die positiven Ladungen des Mg²⁺ bilden elektrostatische Wechselwirkungen mit den negativen Ladungen des ATP aus und begünstigen so die korrekte Form des Triphospat-Restes.

Magnesium-abhängige Reaktionen

Magnesium wird benötigt für alle ATP-abhängigen Reaktionen im Körper, dazu zählen:

• Muskelkontraktion
• Aktionspotenziale der Muskel- und Nervenzellen
• Zellteilung (Synthese der DNA-Bausteine)
• Proteinbiosynthese (Synthese der RNA-Bausteine und der Aminosäuren)
• Aufbau von Nährstoffspeichern (Glykogen, Triglyceride)
• Synthese von z.B. Hormonen, Mediatoren, Neurotransmittern
• Erhalt des Membranpotenzials jeder Zelle zur Erhaltung der Zellgröße (via Natrium-Kalium-ATPase)
• Aktive Transportprozesse im Darm (Resorption) und in der Niere (Retention)
• Bewegung von Wasser zwischen intravasal – interstitiell – intrazellulär (Natrium wird dafür in der Regel aktiv ‚vorangeschickt‘, das Wasser folgt dann osmotisch)

Anhang: Die Nährstoff-Gleichung und Mitochondrienfunktion

Damit der Körper Energie in Form von ATP speichern kann, müssen Nährstoffe und Sauerstoff zugeführt werden. Mit anderen Worten: man muss essen und atmen.

Damit auf der rechten Seite der Gleichung ATP entstehen kann, müssen natürlich auch noch ADP und P in die Reaktion gegeben werden – diese sind der Übersichtlichkeit halber hier nicht gezeigt.

Der überwiegende Teil der Energie aus den Nährstoffen (Angabe z.B. in Kalorie als mögliche Einheit für Energie) wird in Form von Wärme frei – dies erzeugt die Körpertemperatur. Ein etwas geringerer Teil der Energie wird in Form von ATP gespeichert und steht für Energie. Das Spurenelement Eisen sollte nicht direkt, sondern über Ferritin bestimmt werden, da es von der aktuellen Nahrungsaufnahme abhängt, verbrauchende Reaktionen im Organismus zur Verfügung.

Die ATP-Synthese läuft in den Mitochondrien ab, hier entstehen aus einem Molekül Glucose 30-32 ATP. Zu den involvierten Reaktionen gehören der Citratzyklus im Inneren der Mitochondrien und die sog. Atmungskette, die in der inneren Mitochondrienmembran lokalisiert ist. Damit diese Reaktionen in den Mitochondrien ablaufen können, müssen verschiedene Vitamine und Spurenelemente in ausreichender Menge vorhanden sein.

In der Tabelle sind die für eine optimale Mitochondrienfunktion benötigten Mikronährstoffe aufgelistet.

Vitamine

Die genannten Vitamine werden wichtige Vorstufen für Coenzyme, die für die mitochindrialen Reaktionen benötigt werden.

Spurenelemente

Das Spurenelement Eisen sollte nicht direkt, sondern über Ferritin bestimmt werden, da es von der aktuellen Nahrungsaufnahme abhängt. Weil Ferritin ein Akute-Phase-Protein ist und eine Entzündung also einen Eisenmangel maskieren könnte, sollte zeitgleich das CRP bestimmt werden.

Coenzyme

Die hier genannten Coenzyme konnen vom Körper selbst synthetisiert werden, wenn die benötigten Bausteine (bestimmte Aminosäuren) zur Verfügung stehen. Die Verbindungen zählen daher nicht zu den essenziellen Verbindungen.

In den Erythrozyten, die keine Mitochondrien enthalten, kann in geringem Umfang ATP (über die Glykolyse) generiert werden. Hier beträgt die Ausbeute aus einem Molekül Glucose 2 ATP.