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| IMC Wiki | Nahrungsmoleküle, Abbau

Nahrungsmoleküle, Abbau

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Einführung

Die aufgenommene Nahrung wird vom Mund bis zum Ende des Dünndarms mit verschiedenen verdauungsaktiven Sekreten durchmischt. Der Aufschluss der großen Moleküle der Nahrung erfolgt durch Verdauungsenzyme (siehe folgende Tabelle). Die Kohlenhydrate werden zu Monosacchariden, Fett zu Fettsäuren und Glyzerin, Proteine zu Aminosäuren enzymatisch abgebaut. Verdauungsenzyme sind Hydrolasen. Sie werden als inaktive Vorstufen gespeichert und bei Bedarf in den Darm sezerniert und aktiviert. Die kleinen Moleküle werden durch den Darm aufgenommen.

Abbau der großen Nahrungsmoleküle
Nahrungsbestandteil Enzym Abbauprodukt
Stärke Ptyalin (Speichel)
-Amylase (Pankreas)

Disaccharide
Disaccharide (Zucker) Saccharose
Maltose
Lactose
(Darmschleimhaut)
Glucose
Fruktose

Galaktose
Fette Lipase (Pankreas) Glycerin
Fettsäuren
Cholesterinester intestinale Lipase
(Dünndarmschleimhaut)
Cholesterin
Fettsäuren
Eiweiß Pepsin (Magen)
Trypsin (Pankreas)
Chymotrypsin (Pankreas)

Polypeptide
Polypeptide Carboxypeptidase
(Pankreas)
Dipeptidasen
(Dünndarmschleimhaut)
Aminosäuren

Abbau der Kohlenhydrate

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Aus dem Darm werden die Abbauprodukte der großen Kohlenhydratmoleküle in den Körper, vor allem die Leberzellen, aufgenommen. Es sind Monosaccharide. Sie setzen sich chemisch aus Kohlenstoff, Sauerstoff und Wasserstoff zusammen (Cx(H2O)y). Die wichtigsten Monosaccharide sind Glukose, Galaktose, Fruktose, Ribose. Die größte Bedeutung im Stoffwechsel hat die Glukose, sie liegt in den Zellen als Glukose-6-Phosphat vor (Lagerungsform). Im zweiten Kompartiment werden Monosacchariden zu Pyruvat abgebaut und zu Acetyl-CoA synthetisiert. Den Abbau der Glukose zu Pyruvat ist ein komplizierter Vorgang, er heißt Glykolyse.
#pic# Glykolyse ist ein dem Citratzyklus vorgeschalteter Vorgang. Er läuft im Zellplasma ab.

Abbau der Fettsäuren und des Glyzerins

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Nahrungsfette treten nach ihrem Abbau als Glyzerin (Kohlenhydrat) und Fettsäuren in den Stoffwechsel ein.
Fettsäuren sind Brennstoffmoleküle und Bausteine in biologischen Membranen. Die Speicherform der Fettsäuren sind Triacylglyzeride (Triglyzerid, Neutralfette), Ester des Glyzerins.
Fettsäuren bestehen aus Kohlenwasserstoffketten verschiedener Länge mit endständiger Carboxylgruppe.

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In biologischen Organismen finden sich überwiegend geradzahlige Ketten von 14 bis 24 C-Atomen, am häufigsten von 16 und 18 C-Atomen. Die biologischen und chemischen Eigenschaften hängen darüber hinaus von der Anzahl der Doppelbindungen ab (ungesättigte Fettsäuren). Neutralfette sind die bedeutendsten Energiespeicher (9 kcal oder 38 kJ pro g). Sie werden im Zytoplasma der Fettzellen deponiert, bei Bedarf abgebaut und verbrannt.
Der Abbau der Fette erfolgt durch Lipasen, gesteuert durch cAMP (s. u.).
Der Abbau in den Fettzellen wird hormonell gesteuert.
Der Abbau der Fettsäuren erfolgt nach Bindung an CoA in der äußeren Mitochondrienmembran und durch Oxydation am ß-Kohlenstoffatom in der Mitochondrienmatrix.
In der Abbaureaktion folgen Oxidation, Wasseranlagerung, Oxidation und Thiolyse immer wieder aufeinander. Schließlich ist das Endprodukt Acetyl-CoA.

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Der Abbau der Fettsäuren erfolgt durch die β-Oxidation. Die Unterschiede zwischen lang- und kurzkettigen Fettsäuren sowie gesättigten und ungesättigten Fettsäuren wird im digestorischen System beschrieben.
Der Fettabbau bringt einen Energiegewinn. Beim Abbau des Palmitats (16 C-Atome) entstehen 940 kcal (3936 kJ) freier Standardenergie. Für den Abbau der Fettsäuren werden Kohlenhydrate benötigt. Fehlen diese, so entstehen Ketonkörper.
Aus dem Acetyl-CoA entsteht Acetoacetat und D-3-Hydroxybutyrat, welche ebenso wie Aceton als Ketonkörper bezeichnet werden.
#pic# Ein Überschuss von Ketonkörpern führt zur metabolischen Azidose (s. u.).

Abbau der Aminosäuren - Der Harnstoffzyklus

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Die mit der Nahrung aufgenommenen Proteine werden zu Aminosäuren abgebaut und gehen so in den Stoffwechsel ein. Da im Gegensatz zur Glukose und den Fettsäuren keine Speicherform besteht, werden Aminosäuren, die nicht für die Biosynthese gebraucht werden, abgebaut und zur Energiegewinnung verwendet.

Die Aminogruppen gehen überwiegend in den Harnstoffzyklus ein. Aus den Kohlenstoffketten entsteht Acetyl-CoA, Acetoacetyl-CoA, Pyruvat oder Stufen des Citratzyklus, weshalb aus Aminosäuren auch Fettsäuren, Ketonkörper und Glukose entstehen können.

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Harnstoff wird demnach letztlich aus Arginin synthetisiert.

Die Aminogruppe (NH3+) der Aminosäuren wird in das Ammoniumion umgewandelt: H3+ → NH4+. Im Harnstoffzyklus wird das Ammoniumion (NH4+) in Harnstoff umgewandelt über die Nieren ausgeschieden, zum Teil über auch für die Synthese stickstoffhaltiger Verbindungen verbraucht. Harnstoff wird im Harnstoffzyklus synthetisiert.

Störungen der Harnstoffsynthese führen zur Hyperammonämie und metabolischen (HCO3--) Alkalose (s. u.).

Aus dem Kohlenstoffgerüst der 20 Aminosäuren entsteht überwiegend Pyruvat, Acetyl-CoA, Acetoacetyl-CoA, Vorstufen des Citratzyklus.
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