10 Verdauung - Dutzler

• Auflösung löslicher Nahrungsmittel
• Trockene Speisen zu Chymus verarbeitet
• Mucine als Gleitmittel erleichtern Kauen und Schlucken

HCl
•Belegzellen
  pH 1-1.5 nüchtern
  pH 2-4 satt
•Denaturierung der Nahrungsproteine
•Bakterizide Wirkung
•Mucine (Schutz)

Pankreassaft pH 8.3 – 9

Fliesst zusammen mit Galle durch
Ductus pankreaticus major Papilla duodeni major
ins Duodenum

dickflüssig, in der Leber produziert und in der Gallenblase gespeichert
Fettverdauung, emulgiert Lipide

sB

Dieses Enzym katalysiert die Spaltung von α-1,4 glycosidischen Bindungen von Amylose und Amylopectin, ist aber nicht in der Lage, die endst¨andigen Bindungen, sowie die α-1,6 Bindungen zu hydrolysieren (Abb. 6.3). Die aus dem luminalen Verdau resultierenden prim¨aren Abbauprodukte sind das Disaccharid Maltose und das Trisaccharid Maltotriose. Die weitere Verarbeitung von Maltose, Maltotriose und Grenzdextrin erfolgt an der Apikalmembran der Epithel-zellen des D¨unndarms (Enterocyten).

Maltase-Glucoamylase (auch: α-Glucosidase, Gen: MGAM) ist das Enzym, das die Abspaltung von α-Glucose von Glucoseketten bewirkt.

Die α-Glucosidase erkennt sowohl Maltose als auch Maltotriose als Substrate aus welchen sie Glucose abspaltet, welche anschliessend durch den Natrium/D-Glucose-Cotransporter (SGLT1), einem Symport, in die Epithel-zelle aufgenommen wird.

Die Saccharase-Isomaltase ist ein Enzym mit zwei Aktivit¨aten: Saccharose-α-Glucosidase und Oligo-1,6-Glucosidase (Abb. 6.5). Der Saccharose-α-Glucosidase Teil (Saccharase) zerlegt Saccharose in Glucose plus Fructose, und Maltose in zwei Glucosemolek¨ule. Der
Oligo-1,6-Glucosidase Teil (Isomaltase) hydrolysiert die 1,6-glycosidische Bindung von Grenzdextrin und von Isomaltose (Isomaltose = zwei α-1,6-glycosidisch gebundene Glucosemolek¨ule).

Glucose wird in die Epithelzelle ¨uber SGLT1 eingeschleust, w¨ahrend Fructose durch den spezifischen Uniport GLUT5 transportiert wird (erleichterte Diffusion).

Spaltung von Lactose in Glucose plus Galactose durch die Lactase. Der SGLT1 Symport f¨ordert sowohl Glucose als auch Galactose in das Cytosol zusammen mit je 2 Na+.

          Epithel:     Interstitium:
[K+]    120mM     4mM
[Na+]  12mM       145mM

Absorption der Monosaccharide durch die basolaterale Membran. Die st¨ochiometrie von Na+ und K+ ist in diesem Bild nicht ber¨ucksichtigt: pro Glucose- oder Galactosemolek¨ul f¨ordert die Na-K ATPase (Trapezsymbol) 3Na+ in das Interstitium und 2K+ in das
Cytosol

• Proteine werden in Aminosäuren gespalten
• Kleine Mengen an Proteinen intakt absorbiert (Immunantwort)
• Neben Nahrungsproteine werden auch endogene Proteine verdaut (bis 50% der Gesamtmenge), Hormone, Immunglobuline, Plasmaproteine, Abschuppung der Enterozyten
• 96% der Proteine werden vollständig verdaut

Die Peptidasen werden in Endo- und Exopeptidasen unterteilt, je nachdem ob die Spaltung einer Peptidbindung im Inneren oder an einem der beiden Enden eines Proteins stattfindet. Eine Endopeptidase spaltet Peptidbindungen, die mindestens vier Aminos¨auren vom N- oder C-Terminus entfernt sind

Das Substrat wird in einzelne Aminos¨auren unterteilt und diese werden mit P1, P2, ... Pn von der Spaltungsstelle her in N-terminale Richtung, resp. P’1, P’2, ... P’n in C-terminale Richtung, bezeichnet. Die Symbole S1, S2, ... Sn und S’1, S’2, ... S’n am Enzym entsprechen den Bindungsstellen f¨ur die jeweilige Aminos¨aure des Substrats. Die Bindungsstellen auf dem Enzym k¨onnen aus einzelnen oder mehreren Aminos¨auren bestehen.

Die Endopeptidasen werden nach ihrem katalytischen Mechanismus in sechs Klassen eingeteilt. Die Namen der Aminosäuren und ’Metallo’ kennzeichnen ihre Beteiligung an der Katalyse:

• Serin - Endopeptidasen
• Cystein - Endopeptidasen
• Aspartat - Endopeptidasen
• Glutamat - Endopeptidasen
• Metallo - Endopeptidasen
• Threonin - Endopeptidasen

=> Sir zu Stein thront auf glühenden Spargeln

Die Exopeptidasen werden nach der Position der Spaltungsstelle eingeteilt 

Die Aktivierung des aus 369 Aminos¨auren bestehenden Pepsinogens erfolgt in drei Stufen:

1. Lockerung des Propeptids aus der starken Bindung zum Pepsinogen durch Protonierung von Carboxylgruppen;
2. Abspaltung eines N-terminalen Peptids mit 16 Aminos¨auren;
3. Abspaltung eines weiteren

Peptids mit 28 Aminosäuren unter Bildung des aktiven Pepsins

Nach der Einnahme von Proteinen erfolgt der erste Verdauungsprozess im Magen durch die Einwirkung von Pepsin, einer Aspartat-Endopeptidase, die von der Salzs¨aure des Magens aus einer inaktiven Vorstufe, dem Pepsinogen, aktiviert wird. Pepsinogen ist ein Produkt der Hauptzellen der Magenschleimhaut (Abb. 6.9, links) und wird in Zymogengranula gespeichert. Mindestens 8 Isoenzyme des Pepsinogens aus dem Magen sind bekannt, die in zwei Typen unterteilt werden: Pepsin A (pH-Optimum ∼1.8) mit breiter Spezifit¨at und Pepsin C (Gastricin, pH-Optimum ∼3 und beschr¨ankter Spezifit¨at). Oberhalb von pH 6 wird das Enzym irreversibel inaktiviert.

Pepsin hydrolisiert bevorzugt Peptidbindungen, die von zwei hydrophoben Aminos¨auren (z.B. Phe-Leu, Phe-Phe, Phe-Tyr, Leu-Tyr, TyrLeu) gebildet werden. Diese Aminos¨aurenpaare entsprechen in der Reihenfolge den Stel-
len P1 und P’1

Bei S¨auglingen sezernieren die Hauptzellen im Fundus des Magens die Magenlipase und Chymosin (= Rennin). Im S¨auglingsalter ist der pH des Magens nicht besonders sauer und kurzkettige Triglyceride aus der Milch k¨onnen gespalten werden. Die Magenlipase des Erwachsenen ist stattdessen viel weniger aktiv als die pankreatische Lipase. Chymosin wird selbst als Zymogen produziert, welches nach Aktivierung das Nahrungsprotein Casein aus der Milch an einer einzigen Stelle spaltet. Die Spaltung hat die Gerinnung der Milch zu einem halbfesten Zustand zur Folge, einer Form die im Magen l¨anger verweilen kann. Das gleiche Prinzip wird f¨ur die Herstellung von K¨ase benutzt. 

Im Pankreas werden die Zymogene von f¨unf Peptidasen produziert, die erst nach deren Sekretion in den D¨unndarm aktiv werden. Der Ausl¨oser der Aktivierung ist die Enteropeptidase, ein Enzym aus der B¨urstensaummembran des Duodenums und des proximalen Jejunums (erste 15 cm), welches spezifisch Trypsinogen in Trypsin umwandelt durch Abspaltung eines N-terminalen Peptids mit 6 Aminos¨auren. Das entstandene aktive Trypsin nimmt auch an der Aktivierung des eigenen Zymogens teil und beschleunigt
somit den Aktivierungsprozess (Abb. 6.10, links). Ferner aktiviert es die Zymogene der anderen Peptidasen: Chymotrypsinogen, Proelastase, und die Procarboxypeptidasen A und B, sowie Prophospholipasen. 

 Der Ausl¨oser der Aktivierung ist die Enteropeptidase, ein Enzym aus der B¨urstensaummembran des Duodenums und des proximalen Jejunums (erste 15 cm), welches spezifisch Trypsinogen in Trypsin umwandelt durch Abspaltung eines N-terminalen Peptids mit 6 Aminos¨auren. Das entstandene aktive Trypsin nimmt auch an der Aktivierung des eigenen Zymogens teil und beschleunigt somit den Aktivierungsprozess

 In Abbildung 6.10 (rechts) ist die zweistufige Aktivierung von Chymotrypsinogen dargestellt, anf¨anglich zu π-Chymotrypsin, gefolgt von der Autoaktivierung zu α-Chymotrypsin.

Die Spezifit¨at der Endopeptidasen aus dem Pankreas ist meist durch die Aminos¨aure in Position P1 des zu spaltenden Peptids bestimmt. Diese Position ist eine

• basische Aminos¨aure (Lys, Arg) f¨ur Trypsin,
• eine aromatische f¨ur Chymotrypsin (Phe, Tyr, Trp)
• und eine aliphatische (Ala, Val) f¨ur Elastase 

An der Apikalmembran der Enterocyten sind verschiedene Endo- und Exopeptidasen, sowie Tri- und Dipeptidasen als integrale Membranproteine gebunden. Diese katalysieren die Hydrolyse von Oligopeptiden zu kleineren Fragmenten und zu Aminos¨auren

Der Transport von Tri- und Dipeptiden ins Cytosol erfolgt durch verschiedene Symportsysteme zusammen mit Protonen von welchen der H+-Oligopeptid Co-Transporter PepT1 der wichtigste ist

Aufnahme von Tri- und Dipeptiden durch die Enterocyten und intrazellul¨arer Abbau zu Aminos¨auren durch cytosolische Tri- und Dipeptidasen, sowie Transport ins Interstitium von Tri-
und Dipeptiden und von Aminos¨auren.

Säuglinge:
Übermittlung der passiven Immunität von Mutter zu Kind (bis zum 6. Monat, dann Stopp durch Hormone).

Erwachsene:
Absorption möglich, auch Pathogene benützen denselben Weg.

Absorption intakter Proteine
durch die M-Zellen der Peyer'schen Plaques -> Übergabe an immunkompetente Zellen.

 Da Lipide in Wasser unl¨oslich sind, haben sich die Lipasen auf die Katalyse an der Wasser-Lipid Grenzschicht spezialisiert. Zu diesem Zweck werden Lipide zun¨achst durch die Zubereitung der Lebensmittel (Zerkleinern, Marinieren, Kochen) und dann im Mund durch Kauen, durch die Motorik des Magens und durch die Peristaltaltik des Darmes emulgiert. Die so mechanisch emulgierten Teilchen werden mit Membranlipiden, denaturierten Proteinen und Kohlenhydraten beschichtet und somit
stabilisiert.

sB

 Insgesamt erfolgt beim Erwachsenen die Verdauung der Triacylglyceride zu 15% im Magen. Die weitere Metabolisierung der Fette findet haupts¨achlich durch pankreatische Enzyme im Duodenum und dem daran anschliessenden oberen D¨unndarmabschnitt statt. Die im Magen freigesetzten Fetts¨auren stimulieren im Duodenum die Freisetzung von Cholecystokinin und vom glucoseabh¨angigen insulinotropen Peptid, einem Peptidhormon (fr¨uher gastroinhibitorisches Peptid genannt). Cholecystokinin stimuliert die Aussch¨uttung der
Gallens¨auren und das glucoseabh¨angige insulinotrope Peptid die Insulinausch¨uttung.

Im Duodenum wird das Fett durch Gallens¨auren emulgiert. Die Oberfl¨achenspannung zwischen Fett und Wasser wird somit reduziert und Emulsionstr¨opfchen k¨onnen gebildet werden. Diese sind multilamell¨are Strukturen, die im Inneren Triglyceride, Diglyceride und Cholesterolester enthalten, w¨ahrend ihre Oberfl¨ache aus freien Fetts¨auren, Mono-
glyceriden, Lysophospholipiden, Cholesterol und Gallens¨auren besteht. 

An der Oberfl¨ache der Emulsionstr¨opfchen haften weitere Gallensalze sowie die pankreatische Lipase (Abb. 6.15, links). Mit der Progression der Verdauung der Triglyceride an der Oberfl¨ache werden sie von den Triglyceriden aus entfernten Molek¨ulen des Inneren der Tr¨opfchen ersetzt, was eine Schrumpfung der Tr¨opfchen und die Ausbildung von kleineren multilamell¨aren Vesikeln zur Folge hat, die sich vom Muttertr¨opchen abl¨osen
(Abb. 6.15, links). 

 Die Zusammensetzung der Schichten der multilamell¨aren Vesikel ist in Abbildung 6.15 rechts gezeigt

 Immer mehr Gallensalze binden an die multilamell¨aren Vesikel und kleinere, unilamell¨are Vesikel entstehen (Abb. 6.16, links). Die Triglyceride werden so f¨ur die Spaltung durch die pankreatische Triacylglycerol-Lipase leichter
zug¨anglich.