Verdauung der Nährstoffe – ein Überblick

Die Verdauung ist ein sehr komplexer Vorgang, an dem zahlreiche Organe, Enzyme, Hormone und Verdauungssäfte beteiligt sind. Jeder Nährstoff wird dabei unter Beteiligung anderer Körpersubstanzen und Vorgänge vom Körper verwertet.

Verdauungsorgane

Mund/ Rachen

Die aufgenommene Nahrung wird mechanisch zerkleinert (Kauen) und eingespeichelt. Stärke-spaltende Verdauungsenzyme des Mundspeichels wirken auf die Nahrung ein. Der zerkleinerte Nahrungsbissen (Bolus) bzw. Nahrungsbrei wird von der Zunge gegen den Gaumen gepresst und löst den Schluckreflex aus.

Speiseröhre (Ösophagus)

Der durch die im Speichel enthaltenen Schleimstoffe (Muzine) gleitfähig gemachte Nahrungsbrei wird heruntergeschluckt (unwillkürlicher Reflexablauf) und gelangt über die Speiseröhre in den Magen.

Magen

Im proximalen Teil des Magens wird der Nahrungsbrei (hier: Chymus) vorübergehend gespeichert. Im distalen Magen erfolgt die Zerkleinerung, Vermischung und Vorverdauung des Chymus (Emulgation von Fetten; Denaturierung von Eiweißen). Dieser wird schließlich portionsweise in den Zwölffingerdarm (Duodenum) weitergegeben.

Dünndarm

Im Dünndarm (Duodenum, Jejunum und Ileum) werden die Nahrungsbestandteile durch Enzyme aus der Bauchspeicheldrüse (Pankreas) und der Dünndarmschleimhaut in absorbierbare Bruchstücke gespalten. In der Leber produzierte Gallensäuren bilden Mizellen. Die Spaltprodukte werden mit Wasser, Mineralstoffen und Vitaminen zum größten Teil bereits im Duodenum und Jejunum resorbiert, Gallensäuren und Vitamin B12 erst im Ileum.

Dickdarm

Der Speisebrei gelangt in den Dickdarm (Zäkum, Kolon, Rektum und Canalis analis), wird durch die Rückresorption von Wasser eingedickt und bis zur Ausscheidung (Defäkation) gespeichert. Unverdauliche Nahrungsbestandteile wie Ballaststoffe werden von Bakterien abgebaut. Die dabei entstehenden kurzkettigen Fettsäuren dienen der Energiegewinnung.

Verdauung der Kohlenhydrate

Mundhöhle

Die enzymatische Spaltung der mit der Nahrung aufgenommenen Polysaccharide (Stärke, Glykogen) beginnt durch die Aktivität des im Mundspeichel enthaltenen Enzyms Alpha-Amylase (Ptyalin).

Aus dem Abbau gehen Oligosaccharide (Maltotriose) und Disaccharide (Maltose, Isomaltose) hervor.

Je länger die Nahrung im Mund verweilt, desto mehr Stärke wird gespalten.

Magen

Die Magensäure inaktiviert die Alpha-Amylase.

Dünndarm

Das im Pankreassekret enthaltene Enzym Alpha-Amylase spaltet im oberen Dünndarm die übrigen Poly- und Oligosaccharide in Disaccharide (Saccharose, Maltose, Laktose).

Die in der Bürstensaummembran lokalisierten Enzyme Lactase, Isomaltase/ Maltase und Saccharase spalten die Disaccharide in Monosaccharide (Galaktose, Glukose und Fruktose), damit diese in die Darmschleimhautzellen (Mukosazellen) aufgenommen werden können.

Die Monosaccharide werden über verschiedene Transportmechanismen von den Mukosazellen resorbiert.

Blut

Glukose und Galaktose gelangen über einen sekundär-aktiven, Natrium-gekoppelten Transport mittels SGLT1 (sodium glucose transporter 1) in die Zelle.

Bei hohen Konzentrationen gelangen Glukose und Galaktose über GLUT2 (Glukosetransporter Typ 2) in die Zelle.

Fruktose wird konzentrationsabhängig mittels GLUT5 (Fruktosetransporter) passiv durch erleichterte Diffusion aufgenommen.

Aus den Mukosazellen gelangen die Monosaccharide, vermittelt durch einen Glukosetransporter (GLUT2 oder GLUT5) bzw. passiv in den Blutkreislauf (vom Pfortaderblut) zur Leber.

Verdauung der Proteine

Mundhöhle

Die Salzsäure des Magens leitet die Denaturierung der Proteine ein und aktiviert die von den Magenschleimhautzellen sezernierten Pepsinogene (Pepsine). Pepsine spalten die Peptidketten an spezifischen Stellen.

Dünndarm

Im Zwölffingerdarm werden die Pepsine inaktiviert. Das Pankreassekret enthält weitere Proteasen. Diese werden als Proenzyme sezerniert und entfalten erst im Darm ihre proteolytische Funktion. Das Proenzym Trypsinogen wird durch die Enteropeptidase (membrangebundenes Bürstensaumenzym) aktiviert.

Die aktive Form Trypsin aktiviert wiederum andere Proenzyme:

  • Chymotrypsinogen zu Chymotrypsin
  • Proelastase zu Elastase
  • Pro-Carboxypeptidase A/B zu Carboxypeptidase A/B und
  • Proaminopeptidase zu Aminopeptidase.
  • Proteolytische Enzyme spalten Aminosäureketten an unterschiedlichen Stellen und werden deshalb in Endo- und Exopeptidasen unterteilt.
  • Endopeptidasen (Trypsin, Chymotrypsin, Elastase) spalten spezifische Peptidbindungen im Proteinmolekül und zerlegen die Proteine in kürzere Aminosäureketten (Peptide).

Im Bürstensaum lokalisierte Exopeptidasen (Carboxypeptidase A/B, Aminopeptidase) spalten einzelne Aminosäuren vom Ende der Peptidkette ab, so dass Tri- und Dipeptide sowie einzelne Aminosäuren entstehen.

Die aus dem enzymatischen Abbau entstehenden Spaltprodukte gelangen über einen sekundär aktiven Transport in die Mukosazelle. Es existieren spezifische Transportproteine für die verschiedenen Aminosäuregruppen. Freie Aminosäuren werden über einen Natrium-gekoppelten Symport absorbiert. Di- und Tripeptide werden als intakte Moleküle über einen H+-gekoppelten Symport (PepT1, Peptid-transporter 1) in die Mukosazellen aufgenommen. In der Zelle erfolgt die weitere enzymatische Spaltung zu freien Aminosäuren durch intrazelluläre Peptidasen. Aus den Mukosazellen treten die Aminosäuren über verschiedene Aminosäuretransporter ins Blut über und gelangen über die Pfortader zur Leber.

Aminosäurepool

Im Blut liegt eine konstante Konzentration von etwa 50 mg Aminosäuren pro 100 ml Blut vor, die nur geringen Schwankungen unterworfen ist und auch durch die Aufnahme eiweißreicher Nahrung kaum beeinflusst wird. Der konstante Aminosäurespiegel im Blut wird auch als Aminosäurepool bezeichnet. Dieser wird mit Eiweißen aus der Nahrung, aus neugebildeten Aminosäuren und aus Aminosäuren, die aus dem Abbau von Eiweißen entstehen, regelmäßig gefüllt. Die Aufgabe der sich im Pool befindlichen Aminosäuren ist hauptsächlich der Aufbau von Körpereiweiß, aber auch die Synthese von Zellbausteinen.

Verdauung der Fette

Mund/ Rachen

In der Mundhöhle wird das Lipase-Enzym (Zungengrundlipase) freigesetzt, dass bevorzugt kurzkettige Fettsäuren aus Milchfetten abspaltet. Bei Säuglingen ist die Pankreasfunktion noch nicht vollständig ausgebildet, weshalb die Lipase aus Mundhöhle und Magen (Zungengrund- und Magenlipase) hier einen wichtigen Beitrag zur Fettverdauung leisten. Bei Erwachsenen ist die Bedeutung eher untergeordnet.

Magen

Im Magen erfolgt die Durchmischung des Nahrungsbreies und die mechanische Emulgierung der Fette. Dadurch entstehen kleine Fett-Tröpfchen. Der enzymatische Abbau der Fette wird durch die Magenlipase weiter vorangetrieben. Kurz- und mittelkettige Fettsäuren sind relativ gut wasserlöslich und gelangen ohne enzymatische Spaltung über das Pfortaderblut direkt zur Leber.

Dünndarm (Duodenum, Jejenum)

Im Zwölffingerdarm wird der fetthaltige Nahrungsbrei mit Gallenflüssigkeit und lipidspaltenden Enzymen des Pankreassekrets durchmischt. Die Gallensäuren heften an die Fettpartikel und ermöglichen die Anlagerung der pankreatischen Lipase. Diese spaltet Triglyzeride in Mono- und Diglyzeride, Glyzerin sowie freie Fettsäuren.

Der Hauptresorptionsort der Nahrungsfette ist das Duodenum und das obere Jejunum. Aufgrund der Darmmotorik gelangen die aus Spaltprodukten und Lipidbestandteilen gebildeten gemischten Mizellen an die Bürstensaummembran im Darm. Dort werden die Mizellen von den Mukosazellen aufgenommen bzw. „lösen sich auf“ und geben ihre lipohilen Einzelbestandteile an die Mukosazelle ab. In der Mukosazelle werden die aus den Mizellen aufgenommenen langkettigen Fettsäuren wieder zu Triglyzeriden aufgebaut.

Die Triglyzeride werden mit Cholesterinestern, Phospholipiden und Apolipoproteinen (B48) zu Chylomikronen vergesellschaftet. Diese Lipoproteine dienen – ähnlich wie die Mizellen – dem Transport der lipophilen Elemente aus der Mukosazelle. Die Chylomikronen gelangen durch die Zellmembran in die Lymphkapillaren und von dort in den Körperkreislauf. Aus den Chylomikronen werden im weiteren Verlauf vermehrt Triglyzeride abgegeben. Weitere Transportformen der Fette sind die Lipoproteine VLDL, LDL, IDL und HDL, die über komplexe Mechanismen den Transport der Fette im Körper gewährleisten.

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