Kohlenhydrate

Ablauf: Im Duodenum können nur Monosaccharide resorbiert werden. Die Poly- und Disaccharide müssen also aufgespalten werden.

• Mund: Beginnender Abbau der Polysaccharide zu Di- und Oligosacchariden durch die Speichel-Amylase
• Duodenum
  • Weiterverdauung durch die Pancreas-Amylase
  • Aufspaltung der Di- und Oligosaccharide zu Monosacchariden durch weitere Enzyme (Lactase, Sucrase-Isomaltase, Maltase-Glucoamylase) im Zwölffingerdarm

Verdauungsenzyme, die am Abbau der Kohlenhydrate beteiligt sind, bezeichnet man als Glycosidasen. Alle Glycosidasen sind Hydrolasen!

Vorkommen: Im Speichel (alpha-Amylase 1, Ptyalin) und im Pancreassekret.

Reaktion: Hydrolytische Spaltung der inneren 1,4-glycosidischen Bindungen von Polysacchariden

Substrat/Produkt:

• Substrat: Polysaccharide
• Produkte:
  • Maltose, Isomaltose (eines der Abbauprodukte von Stärke und weist eine 1,6-glykosidische Bindung auf, die nur von der Sucrase-Isomaltase weiter gespalten werden kann), Maltotriose (Ein Trisaccharid aus drei Molekülen Glucose, die 1,4-glykosidisch miteinander verknüpft sind) und Verzweigte Oligosaccharide (Sogenannte Grenzdextrine: Diese können nicht weiter abgebaut werden und werden als Ballaststoffe ausgeschieden. )

Vorkommen: Im Dünndarm (Die Lactase sitzt als integrales Membranprotein auf der Bürstensaummembran der Hauptzellen des Zottenepithels)

Reaktion: Hydrolytische Spaltung der Lactose

Substrat/Produkt:

• Substrat: Lactose
• Produkte: Glucose und Galactose

Vorkommen: Im Dünndarm: die Sucrase-Isomaltase sitzt auf den Microvilli der Enterozyten

Reaktion: Hydrolytische Spaltung insb. von Disacchariden

• Substate:
  • Maltose
  • Maltotriose
  • Isomaltose
  • Saccharose
• Produkte:
  • Glucose
  • Fructose

Vorkommen: im Dünndarm (sitzt auf den Mikrovilli der Enterozyten)

Reaktion: Hydrolytische Spaltung der terminalen 1,4-glykosidischen Bindungen

Substrate:

• Polysaccharide
• Oligosaccharide
• Disaccharide

Produkt:

• Glucose

Die Lactase ist das einzige Enzym im menschlichen Körper, das β-glykosidische Bindungen spalten kann – allerdings nur die des Disaccharids Lactose. Polysaccharide mit β-glykosidischen Bindungen (bspw. Cellulose) können daher nicht verdaut werden!

Das Enzym Lactase wird im menschlichen Organismus physiologischerweise im Kleinkindalter produziert. Normalfall ist eine Verringerung der Lactase-Produktion nach der Stillzeit, mit der Folge, dass Lactose nicht mehr oder nur noch unzureichend verdaut werden kann. Sie gelangt unverdaut in den Dickdarm, wo sie vergoren wird, was zu Blähungen und Durchfällen führen kann. Man spricht dann von einer "Lactoseintoleranz". Weltweit sind davon etwa 70% der Erwachsenen betroffen, in Deutschland schätzungsweise 15%.

Die Glucose gelangt über den Na⁺-Glucose-Symport in die Epithelzellen des Darms und die Tubuluszellen der Niere. In alle anderen Zellen des Körpers erfolgt die Aufnahme via eines spezifischen Glucosetransporters (sog. „GLUT“).

Na⁺-Glucose-Symport

• Spezifischer Transporter auf der luminalen Seite der Mukosazellen
• Treibende Kraft ist ein Natrium-Konzentrationsgradient, der von der basal sitzenden Na⁺/K⁺-ATPase aufrecht erhalten wird (Prinzip des sekundär-aktiven Transports)
• Natrium folgt diesem Konzentrationsgradienten und nimmt jeweils ein Glucosemolekül mit in die Zelle

Ungebunden

GLUT

• Gruppe spezifischer Glucosetransporter, die in den Membranen beinahe aller Körperzellen vorkommen
• Passiver Transport mittels erleichterter Diffusion
• Mittlerweile sind mindestens fünf Typen bekannt, die sich bzgl. Lokalisation und Funktionsweise unterscheiden

• Freie Filtration von Glucose in der Niere
• Vollständige Rückresorption im proximalen Tubulus via Na⁺-Glucose-Symport

GLUT1, GLUT2, GLUT3, GLUT4 & GLUT5.

Insulinabhängig ist nur GLUT4!

Vorkommen:

• In beinahe allen Körperzellen
• Vor allem in fetalen Geweben
• Vermehrt im ZNS
• beta-Zellen der Bauchspeicheldrüse

Funktionsweise:

• Insulinunabhängig!
• Blut-Hirn-Schranke
• Hohe Affinität für Glucose (Auch bei niedrigen Blutzuckerspiegeln kann die Glucose also gut aufgenommen werden. Dies spielt besonders im ZNS eine wichtige Rolle, da die Zellen dort auf Glucose als Hauptenergielieferant angewiesen sind)

Vorkommen:

• Leberzellen
• Mukosazellen (basal) des Dünndarms
• Epithel des proximalen Tubulus der Niere

Funktionsweise:

• Insulinunabhängig
• Niedrige Affinität für Glucose, d.h. hoher K_M-Wert (Dies hat zur Folge, dass diese Zellen nur bei hohem Blutzuckerspiegel Glucose aufnehmen)

Vorkommen:

• In beinahe allen Körperzellen
• Vermehrt im ZNS

Funktionsweise:

• Insulinunabhängig
• Blut-Hirn-Schranke
• Hohe Affinität für Glucose

Vorkommen:

• Fettzellen
• Skelettmuskelzellen

Funktionsweise:

• Insulinabhängig: Insulin bewirkt einen vermehrten Einbau von GLUT4 in die Membranen.
• Insulinunabhängiger Einbau von GLUT4 in die Zellmembran von Skelettmuskelzellen durch motorische Aktivität 

Bei hohen Blutzuckerspiegeln, die mit einer vermehrten Insulinsekretion einhergehen, kann vermehrt Glucose in die Fett- und Muskelzellen aufgenommen und als Triacylglycerin bzw. Glycogen gespeichert werden.

Vorkommen:

• Mukosazellen (apikal) des Dünndarms)
• Reife Spermien

Funktionsweise:

• Insulinunabhängig
• Dient hauptsächlich der Aufnahme von Fructose

• Abbau der Glucose
  • Glykolyse
  • Hexosemonophosphatweg
• Synthese der Glucose: Gluconeogenese
• Speicherung der Glucose: Glycogenstoffwechsel

Galactose ist Bestandteil der Lactose . Lactose wird im Dünndarm durch das Enzym Lactase gespalten, die frei werdende Galactose wird zur weiteren Verstoffwechselung in die Leber transportiert. Galactose wird über den Natrium-abhängigen Glucosetransporter SGLT-1 resorbiert.

Galactose wird über einige Zwischenschritte dem Glucosestoffwechsel zugeführt: Galactose → Galactose-1-phosphat → UDP-Galactose → UDP-Glucose → Glucose-1-phosphat

Fructose ist als Bestandteil der Saccharose in vielen Nahrungsmitteln enthalten. Im Organismus spielt sie vor allem als Energielieferant für die Spermienzellen eine wichtige Rolle.

In den Leberzellen

Ablauf: Wird über einen Nebenweg in die Glykolyse eingeschleust: Fructose → Fructose-1-phosphat → Dihydroxyacetonphosphat + Glycerinaldehyd

• Dihydroxyacetonphosphat wird direkt in die Glykolyse eingeschleust
• Glycerinaldehyd wird durch die Triosekinase zu Glycerinaldehyd-3-phosphat phosphoryliert, welches dann in die Glykolyse eingeschleust wird

Fructokinase: ATP-abhängige Phosphorylierung von Fructose zu Fructose-1-phosphat

Aldolase B: Spaltung von Fructose-1-phosphat zu Dihydroxyacetonphosphat und Glycerinaldehyd

Triosekinase: ATP-abhängige Phosphorylierung von Glycerinaldehyd zu Glycerinaldehyd-3-phosphat