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Aufnahme von Pentosen im Darm

Aufnahme von Pentosen im Darm


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Warum werden Pentosen durch erleichterte Diffusion im Darm absorbiert? Wäre es nicht sinnlos, denn wenn die Pentosekonzentration im Darm niedriger ist, würden die Pentosen zurück in das Darmlumen diffundieren? Verliert unser Körper sie also? Wenn nicht, was verhindert dann diesen Rückfluss?


Erstens sind Pentosen keine wichtige Nahrungsquelle, zumindest für den Menschen. Die Absorption von Pentose funktioniert jedoch auf die gleiche Weise wie die Absorption vieler Nährstoffe: die "Magie" des Stoffwechsels in Bezug auf die Diffusion.

Pentosen verlassen das Darmlumen und gelangen in die Darmzellen, wo ihre Konzentration geringer ist. Von dort gelangen sie wiederum über eine erleichterte Diffusion in den Blutkreislauf, da ihre Konzentration im Blutkreislauf geringer ist.

Von dort können wir eines von zwei Ergebnissen erwarten: Entweder wird irgendwann ein Gleichgewicht erreicht (d. h. Lumen = = Darm = = Blut), oder die Blutstrompentosen müssen in etwas anderes umgewandelt werden. Tatsächlich können bestimmte Pentosen (insbesondere D-Ribose; ich bin mir nicht sicher, ob andere auch in diesen Stoffwechselweg gelangen können, aber es ist eine sehr häufige Pentose) für anabole Zwecke im Pentosephosphatweg metabolisiert werden können. Andere können in Proteoglykanen enden.

Unabhängig vom Stoffwechselweg ist die Auswirkung auf den von Ihnen fraglichen Vorgang der gleiche: Die Metaboliten "zählen" nicht mehr in Bezug auf Konzentrationen für die Diffusion. Da Membranen nicht für alles durchlässig sind, können diese Produkte nicht "nach hinten diffundieren", wenn sie nicht für die Stoffwechselprodukte durchlässig sind.


Aufnahme von Pentosen im Darm - Biologie

Die Aufnahme von Nährstoffen erfolgt hauptsächlich im Dünndarm, insbesondere im Jejunum und Ileum. Der Dickdarm nimmt weitgehend Wasser auf.

Der Dünndarm besteht aus drei Segmenten: dem Duodenum, dem Jejunum und dem Ileum. Wie bereits besprochen, ist die Zwölffingerdarm ist hauptsächlich an der Verdauung beteiligt. Die jejunum und Ileum sind an der Aufnahme von Nährstoffen beteiligt. Der Dünndarm ist ausgekleidet mit Villi, bei denen es sich um kleine fingerartige Fortsätze der Epithelauskleidung handelt, wie in Abbildung 9.6 gezeigt. Jede Zotte hat viele Mikrovilli, wodurch die für die Absorption verfügbare Oberfläche drastisch erhöht wird. Darüber hinaus befindet sich in der Mitte jeder Zotte sowohl ein Kapillarbett zur Aufnahme wasserlöslicher Nährstoffe als auch ein Milchsäure, ein Lymphkanal, der Fette für den Transport in das Lymphsystem aufnimmt.

Abbildung 9.6. Auskleidung des Dünndarms

Segmente des Dünndarms: Dau JEinsen ichindustriell

Einfache Zucker wie Glukose, Fruktose und Galaktose sowie Aminosäuren werden durch sekundären aktiven Transport absorbiert und erleichtern die Diffusion in die Epithelzellen, die den Dünndarm auskleiden, wie in Abbildung 9.7 gezeigt. Dann wandern diese Stoffe über die Epithelzellen in die Darmkapillaren. Blut fließt ständig an den Epithelzellen in den Kapillaren vorbei und transportiert die Kohlenhydrat- und Aminosäuremoleküle von den Epithelzellen weg. Dadurch entsteht ein Konzentrationsgradient, so dass das Blut immer eine geringere Konzentration an Monosacchariden und Aminosäuren aufweist als in den Epithelzellen. So diffundieren einfache Kohlenhydrate und Aminosäuren aus den Epithelzellen in die Kapillaren. Die aufgenommenen Moleküle gelangen dann über den hepatischen Pfortaderkreislauf zur Leber.

Abbildung 9.7. Aufnahme von Kohlenhydraten und Aminosäuren im Dünndarm

Was ist mit Fetten? Kleine Fettsäuren folgen dem gleichen Prozess wie Kohlenhydrate und Aminosäuren, indem sie direkt in die Darmkapillaren diffundieren. Diese Fettsäuren benötigen keine Transporter, da sie unpolar sind und somit die Zellmembran leicht passieren können. Größere Fette, Glycerin und Cholesterin wandern getrennt in die Darmzellen, formen sich dann aber zu Triglyceriden um, wie in Abbildung 9.8 gezeigt. Die Triglyceride und veresterten Cholesterinmoleküle werden in unlösliche Chylomikronen. Anstatt in den Blutkreislauf zu gelangen, gelangen Chylomikronen über den Lymphkreislauf in den Lymphkreislauf Milchprodukte, kleine Gefäße, die den Beginn des Lymphsystems bilden. Diese Lacteale konvergieren und gelangen über den venösen Kreislauf in den venösen Kreislauf Brustkorb an der Basis des Halses, die in die linke V. subclavia mündet.

Abbildung 9.8. Aufnahme von Lipiden

Vitamine werden auch im Dünndarm resorbiert. Vitamine können entweder als fettlöslich oder wasserlöslich kategorisiert werden. Weil es nur vier sind fettlösliche Vitamine (A, D, E und K) können diese leicht auswendig gelernt werden. Alle anderen Vitamine (B-Komplex und C) sind wasserlöslich. Fettlösliche Vitamine lösen sich direkt in Chylomikronen auf und gelangen in den Körper. Eine unzureichende Fettverdauung und -aufnahme, die auf Erkrankungen der Leber, der Gallenblase, der Bauchspeicheldrüse oder des Dünndarms zurückzuführen sein kann, kann zu einem Mangel an fettlöslichen Vitaminen führen. Die wasserlösliche Vitamine werden zusammen mit Wasser, Aminosäuren und Kohlenhydraten durch die Endothelzellen des Dünndarms absorbiert und gelangen direkt in das Plasma.

Neben Fetten, Kohlenhydraten, Aminosäuren und Vitaminen nimmt der Dünndarm auch Wasser auf. Ein Großteil des Wassers im Speisebrei ist tatsächlich das Ergebnis von Sekreten. Die durchschnittliche Person kann bis zu zwei Liter Flüssigkeit pro Tag zu sich nehmen, aber die Sekrete in den oberen Magen-Darm-Trakt können bis zu sieben Liter Flüssigkeit pro Tag betragen. Um einen angemessenen Flüssigkeitsspiegel im Körper aufrechtzuerhalten, muss ein Großteil dieser Flüssigkeit durch Osmose resorbiert werden. Wenn gelöste Stoffe in den Blutkreislauf aufgenommen werden, wird Wasser mitgezogen, das schließlich die Kapillaren erreicht. Wasser geht nicht nur transzellulär(über die Zellmembran), aber auch parazellulär (Zwischen den Zellen quetschen), um das Blut zu erreichen.

Der letzte Teil des Magen-Darm-Trakts ist der Dickdarm. Es ist hauptsächlich an der Wasseraufnahme beteiligt. Der Dickdarm hat einen größeren Durchmesser, aber eine kürzere Länge als der Dünndarm. Es ist in drei Hauptabschnitte unterteilt: den Blinddarm, den Dickdarm und den Mastdarm. Die Blinddarm ist einfach eine Tasche, die Flüssigkeit aufnimmt, die den Dünndarm durch die Ileozökalklappe und ist die Website der Anhang. Der Anhang ist ein kleiner fingerartiger Vorsprung, von dem man einst glaubte, er sei Überbleibsel, obwohl neuere Erkenntnisse darauf hindeuten, dass es eine Rolle bei der Abwehr bestimmter bakterieller Infektionen und der Wiederbesiedlung des Dickdarms mit normaler Flora nach Durchfallepisoden spielen könnte. Eine Blinddarmentzündung (Appendizitis) ist ein chirurgischer Notfall und der häufigste Grund für eine außerplanmäßige Operation in den Vereinigten Staaten.

Die Doppelpunkt selbst ist in aufsteigendes, transversales, absteigendes und sigmoidales Kolon unterteilt. Seine Hauptfunktion besteht darin, Wasser und Salze (wie Natriumchlorid) aus dem unverdauten Material des Dünndarms zu absorbieren. Der Dünndarm nimmt tatsächlich viel mehr Wasser auf als der Dickdarm, daher konzentriert der Dickdarm hauptsächlich das verbleibende Material, um sich zu bilden Kot. Zu wenig oder zu viel Wasseraufnahme kann Durchfall bzw. Verstopfung verursachen.

Beachten Sie die Ähnlichkeit zwischen den Muskeln, die die Entleerung von Urin und Kot kontrollieren. In beiden Fällen gibt es einen inneren Schließmuskel unter autonomer Kontrolle (innerer Harnröhrensphinkter und interner Analsphinkter) und einen äußeren Schließmuskel unter somatischer Kontrolle (äußerer Harnröhrensphinkter und externer Analsphinkter). Das Wasserlassen wird in Kapitel 10 von . besprochen MCAT Biologie-Rezension.

Schließlich dient das Rektum als Speicherort für Kot, der aus unverdaulichem Material, Wasser, Bakterien (E coli und andere) und bestimmte Verdauungssekrete, die nicht resorbiert werden (Enzyme und etwas Galle). Die Anus ist die Öffnung, durch die Abfälle beseitigt werden und besteht aus zwei Schließmuskeln: dem intern und externe Analschließmuskeln. Der äußere Sphinkter steht unter willkürlicher Kontrolle (somatisch), der innere Schließmuskel steht unter unwillkürlicher Kontrolle (autonom).

Der Dickdarm und sogar der Dünndarm sind die Heimat vieler verschiedener Bakterienarten. Tatsächlich bestehen 30 Prozent der Trockenmasse im Stuhl aus Bakterien. Die meisten dieser Bakterien sind anaerob, aber der Blinddarm beherbergt auch viele aerobe Bakterien. Diese Beziehung ist symbiotisch: Die Bakterien erhalten eine stetige Nahrungsquelle, und die von den Bakterien produzierten Nebenprodukte sind für den Menschen von Vorteil. Bakterien im Darm produzieren beispielsweise Vitamin K, das für die Produktion von Gerinnungsfaktoren unerlässlich ist, und Biotin (Vitamin B7), das ein Coenzym für viele Stoffwechselenzyme ist.

MCAT-Konzeptcheck 9.4:

Bevor Sie fortfahren, bewerten Sie Ihr Verständnis des Materials mit diesen Fragen.

1. Was sind die beiden Kreislaufgefäße in einer Zotte? Welche Biomoleküle werden in jedes aufgenommen?

2. Was sind die vier fettlöslichen Vitamine?

3. Wie lauten die drei Abschnitte des Dünndarms in der richtigen Reihenfolge? Wie lauten die drei Abschnitte des Dickdarms in der richtigen Reihenfolge?

4. Vibrio-Cholera verursacht eine schwere Infektion im Darm, die zu massiven Mengen wässrigen Durchfalls bis zu 20 Liter pro Tag führt. Beeinflusst Cholera angesichts dieser Symptome wahrscheinlich den Dünndarm oder den Dickdarm?

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Aufnahme von Pentosen im Darm - Biologie

Vitamine sind organische Moleküle, die für den normalen Stoffwechsel bei Tieren notwendig sind, aber entweder vom Körper nicht oder in unzureichender Menge synthetisiert werden und über die Nahrung aufgenommen werden müssen. Im Wesentlichen findet die gesamte Vitaminaufnahme im Dünndarm statt.

Die Aufnahme von Vitaminen im Darm ist entscheidend, um Mangelzustände zu vermeiden, und eine Beeinträchtigung der Vitaminaufnahme im Darm kann auf eine Reihe von Faktoren zurückzuführen sein, darunter Darmerkrankungen, genetische Störungen der Transportmoleküle, übermäßiger Alkoholkonsum und Wechselwirkungen mit Medikamenten.

Aufnahme wasserlöslicher Vitamine

Die meisten wasserlöslichen Vitamine stehen für die Aufnahme im Darm aus zwei Quellen zur Verfügung: 1) der Nahrung und 2) der Synthese durch Mikroben im Dickdarm oder bei Wiederkäuern im Pansen. Diese Vitamine mit doppeltem Ursprung umfassen Biotin, Folsäure, Pantothensäure, Riboflavin und Thiamin. Ascorbinsäure kann von vielen Tieren synthetisiert werden, nicht jedoch von Primaten oder Meerschweinchen, bei denen es ein echtes Vitamin ist und über die Nahrung aufgenommen werden muss. Niacin ist auch ein bisschen anders - es kann im Körper aus Tryptophan synthetisiert werden, wird aber auch aus Nahrungsquellen im Darm aufgenommen.

Wasserlösliche Vitamine aus der Nahrung werden überwiegend im Dünndarm resorbiert, während solche, die von Mikroben im Dickdarm synthetisiert werden, dort resorbiert werden. Für die meisten dieser Vitamine wurden spezifische trägervermittelte Transportsysteme identifiziert, die die Aufnahme aus dem Darmlumen in die Enterozyten und den Export von der basolateralen Oberfläche der Enterozyten ermöglichen. Einige dieser Transporter sind natriumabhängig, andere nicht.

Aufnahme fettlöslicher Vitamine

Die fettlöslichen Vitamine A, D, E und K werden aus dem Darmlumen nach den gleichen Mechanismen absorbiert, die auch für die Absorption anderer Lipide verwendet werden. Kurz gesagt, sie werden im Lumen des Dünndarms mit anderen Lipiden und Gallensäuren in gemischte Mizellen eingebaut und gelangen größtenteils durch Diffusion in die Enterozyten. Innerhalb der Enterozyten werden sie in Chylomikronen eingebaut und über Exozytose in die Lymphe exportiert.

Referenzen und Bewertungen

  • Iqbal J, Hussain MM. Darmlipidabsorption. Am J Physiol Endocrinol Metab. 2009 296: E1183–E1194.
  • Sagte HM. Jüngste Fortschritte bei der trägervermittelten intestinalen Absorption wasserlöslicher Vitamine. Annu Rev Physiol. 2004 66:419–46.

Verdauung von Kohlenhydraten

Die Verdauung von Kohlenhydraten beginnt im Mund. Speichel-Amylase hilft bei der Verdauung von Stärke in Maltose. Eine weitere Verdauung von Kohlenhydraten erfolgt aufgrund der Pankreas-Amylase, die im Pankreassaft im Dünndarm vorhanden ist. Darmsaft enthält auch Enzyme wie Maltase, die Maltose zu Glucose verdaut, Saccharase, die Saccharose zu Glucose und Fructose verdaut, Laktase, die Lactose zu Glucose und Galactose verdaut.

Abb. 9. Verdauung von Kohlenhydraten


Phospholipide

Das vorherrschende PL im Lumen des Dünndarms ist PC, das in gemischten Mizellen vorkommt, die auch Cholesterin und Gallensalze enthalten. Die Verdauung von PLs erfolgt hauptsächlich durch die Pankreas-Phospholipase A2 (pPLA2) und andere Lipasen, die von der Bauchspeicheldrüse als Reaktion auf die Nahrungsaufnahme abgesondert werden. Diese Lipasen interagieren mit PLs an der sn-2-Position, um FFAs und Lysophosphatidylcholin zu ergeben (21, 182). Diese Lipolyseprodukte werden von der Wasser-Öl-Grenzfläche entfernt, wenn sie in die gemischten Mizellen eingebaut werden, die sich spontan bilden, wenn sie mit Gallensalzen interagieren. Mit sowohl hydrophilen als auch hydrophoben Komponenten sind Gallensalze in der Lage, die Micellenbildung zu erleichtern. MAG und PL verbessern ihre Fähigkeit, gemischte Micellen zu bilden. pPLA2-KO-Mäuse sind von Wildtyp-Kontrollen nicht zu unterscheiden, wenn sie mit normalem Futter gefüttert werden, mit Ausnahme ihrer Resistenz gegen ernährungsbedingte Fettleibigkeit (84). Erhöhte Ausscheidung von TAG bei fettreicher Ernährung im Stuhl von pPLA2-KO-Mäuse zeigt an, dass pPLA2 Ein Mangel hat einen größeren Einfluss auf die Verdauung von TAG als der der PL-Hydrolyse (84). Es beeinflusst nicht die Hydrolyse und Absorption von PL, möglicherweise weil seine Aktivität durch andere PLA . kompensiert wird2 Enzyme (158).


Chemische Verdauung und Absorption: Ein genauerer Blick

Wie Sie erfahren haben, ist der Prozess des mechanischen Aufschlusses relativ einfach. Es beinhaltet den physischen Abbau von Lebensmitteln, verändert jedoch nicht seine chemische Zusammensetzung. Die chemische Verdauung hingegen ist ein komplexer Prozess, der Nahrung in ihre chemischen Bausteine ​​zerlegt, die dann absorbiert werden, um die Körperzellen zu ernähren ((Abbildung)). In diesem Abschnitt werden Sie die Prozesse des chemischen Aufschlusses und der Absorption genauer betrachten.

Chemische Verdauung

Große Nahrungsmoleküle (zum Beispiel Proteine, Lipide, Nukleinsäuren und Stärken) müssen in Untereinheiten zerlegt werden, die klein genug sind, um von der Auskleidung des Verdauungskanals aufgenommen zu werden. Dies wird von Enzymen durch Hydrolyse erreicht. Die vielen Enzyme, die an der chemischen Verdauung beteiligt sind, sind in (Abbildung) zusammengefasst.

  • Aminopeptidase: Aminosäuren am Aminoende von Peptiden
  • Dipeptidase: Dipeptide
  • Aminopeptidase: Aminosäuren und Peptide
  • Dipeptidase: Aminosäuren
  • Ribonuklease: Ribonukleinsäuren
  • Desoxyribonuklease: Desoxyribonukleinsäuren

Kohlenhydratverdauung

Die durchschnittliche amerikanische Ernährung besteht zu etwa 50 Prozent aus Kohlenhydraten, die nach der Anzahl der enthaltenen Monomere in einfache Zucker (Monosaccharide und Disaccharide) und/oder komplexe Zucker (Polysaccharide) unterteilt werden können. Glucose, Galactose und Fructose sind die drei Monosaccharide, die häufig konsumiert werden und leicht absorbiert werden. Ihr Verdauungssystem ist auch in der Lage, das Disaccharid Saccharose (normaler Haushaltszucker: Glukose + Fruktose), Laktose (Milchzucker: Glukose + Galaktose) und Maltose (Kornzucker: Glukose + Glukose) sowie die Polysaccharide Glykogen und Stärke ( Monosaccharidketten). Ihr Körper produziert keine Enzyme, die die meisten faserigen Polysaccharide wie Zellulose abbauen können. Während unverdauliche Polysaccharide keinen Nährwert liefern, liefern sie Ballaststoffe, die dazu beitragen, die Nahrung durch den Verdauungskanal zu befördern.

Die chemische Verdauung von Stärke beginnt im Mund und wurde oben beschrieben.

Im Dünndarm übernimmt Pankreas-Amylase das „Heavy Lifting“ für die Stärke- und Kohlenhydratverdauung ((Abbildung)). Nachdem Amylasen Stärke in kleinere Fragmente zerlegt haben, beginnt das Bürstensaumenzym &agr;-Dextrinase mit der Arbeit an &agr;-Dextrin und bricht jeweils eine Glucoseeinheit ab. Drei Bürstensaumenzyme hydrolysieren Saccharose, Lactose und Maltose zu Monosacchariden. Saccharase spaltet Saccharose in ein Molekül Fructose und ein Molekül Glucose Maltase spaltet Maltose und Maltotriose in zwei bzw. drei Glucosemoleküle und Lactase spaltet Lactose in ein Molekül Glucose und ein Molekül Galactose. Ein Mangel an Laktase kann zu einer Laktoseintoleranz führen.

Proteinverdauung

Proteine ​​sind Polymere, die aus Aminosäuren bestehen, die durch Peptidbindungen verbunden sind, um lange Ketten zu bilden. Durch die Verdauung werden sie zu ihren Bestandteilen Aminosäuren reduziert. Normalerweise nimmst du etwa 15 bis 20 Prozent deiner Gesamtkalorienaufnahme als Protein zu dir.

Die Proteinverdauung beginnt im Magen, wo HCl und Pepsin Proteine ​​in kleinere Polypeptide spalten, die dann in den Dünndarm wandern ((Abbildung)). Die chemische Verdauung im Dünndarm wird durch Pankreasenzyme, einschließlich Chymotrypsin und Trypsin, fortgesetzt, die jeweils auf spezifische Bindungen in Aminosäuresequenzen einwirken. Gleichzeitig sezernieren die Zellen des Bürstensaums Enzyme wie Aminopeptidase und Dipeptidase, die Peptidketten weiter abbauen. Dies führt zu Molekülen, die klein genug sind, um in den Blutkreislauf zu gelangen ((Abbildung)).

Lipidverdauung

Eine gesunde Ernährung begrenzt die Lipidaufnahme auf 35 Prozent der Gesamtkalorienaufnahme. Die häufigsten Nahrungslipide sind Triglyceride, die aus einem Glycerinmolekül bestehen, das an drei Fettsäureketten gebunden ist. Kleine Mengen an Cholesterin und Phospholipiden aus der Nahrung werden ebenfalls konsumiert.

Die drei Lipasen, die für die Lipidverdauung verantwortlich sind, sind die Linguallipase, die Magenlipase und die Pankreaslipase. Da jedoch die Bauchspeicheldrüse die einzige Folgequelle für Lipase ist, findet praktisch die gesamte Lipidverdauung im Dünndarm statt. Die Pankreaslipase spaltet jedes Triglycerid in zwei freie Fettsäuren und ein Monoglycerid auf. Zu den Fettsäuren zählen sowohl kurzkettige (weniger als 10 bis 12 Kohlenstoffatome) als auch langkettige Fettsäuren.

Nukleinsäureverdauung

Die Nukleinsäuren DNA und RNA sind in den meisten Lebensmitteln enthalten. Zwei Arten von Pankreasnukleasen sind für ihre Verdauung verantwortlich: Desoxyribonuklease , die DNA verdaut, und Ribonuklease , die RNA verdaut. Die bei dieser Verdauung produzierten Nukleotide werden durch zwei Darmbürstensaumenzyme (Nukleosidase und Phosphatase) weiter in Pentosen, Phosphate und Stickstoffbasen zerlegt, die durch die Wand des Verdauungskanals absorbiert werden können. Die großen Nahrungsmoleküle, die in Untereinheiten zerlegt werden müssen, sind zusammengefasst (Abbildung)

Resorbierbare Nahrungsstoffe
Quelle Substanz
Kohlenhydrate Monosaccharide: Glucose, Galactose und Fructose
Proteine Einzelne Aminosäuren, Dipeptide und Tripeptide
Triglyceride Monoacylglyceride, Glycerin und freie Fettsäuren
Nukleinsäuren Pentosezucker, Phosphate und stickstoffhaltige Basen

Absorption

Die mechanischen und Verdauungsprozesse haben ein Ziel: Nahrung in Moleküle umzuwandeln, die klein genug sind, um von den Epithelzellen der Darmzotten aufgenommen zu werden. Die Aufnahmekapazität des Verdauungskanals ist nahezu endlos. Der Verdauungskanal verarbeitet täglich bis zu 10 Liter Nahrung, Flüssigkeit und GI-Sekrete, jedoch gelangt weniger als ein Liter in den Dickdarm. Fast die gesamte aufgenommene Nahrung, 80 Prozent der Elektrolyte und 90 Prozent des Wassers werden im Dünndarm aufgenommen. Obwohl der gesamte Dünndarm an der Aufnahme von Wasser und Lipiden beteiligt ist, findet die meiste Aufnahme von Kohlenhydraten und Proteinen im Jejunum statt. Insbesondere Gallensalze und Vitamin B12 werden im terminalen Ileum resorbiert. Wenn der Speisebrei vom Ileum in den Dickdarm übergeht, handelt es sich im Wesentlichen um unverdauliche Nahrungsreste (hauptsächlich Pflanzenfasern wie Zellulose), etwas Wasser und Millionen von Bakterien ((Abbildung)).

Die Absorption kann durch fünf Mechanismen erfolgen: (1) aktiver Transport, (2) passive Diffusion, (3) erleichterte Diffusion, (4) Co-Transport (oder sekundärer aktiver Transport) und (5) Endozytose. Wie Sie sich aus Kapitel 3 erinnern werden, bezieht sich der aktive Transport auf die Bewegung einer Substanz durch eine Zellmembran von einem Bereich niedrigerer Konzentration zu einem Bereich höherer Konzentration (aufwärts des Konzentrationsgradienten). Bei dieser Art des Transports fungieren Proteine ​​innerhalb der Zellmembran als „Pumpen“, die Zellenergie (ATP) nutzen, um die Substanz zu bewegen. Passive Diffusion bezieht sich auf die Bewegung von Substanzen von einem Bereich höherer Konzentration zu einem Bereich niedrigerer Konzentration, während sich die erleichterte Diffusion auf die Bewegung von Substanzen von einem Bereich höherer zu einem Bereich niedrigerer Konzentration unter Verwendung eines Trägerproteins in der Zellmembran bezieht. Der Co-Transport nutzt die Bewegung eines Moleküls durch die Membran von einer höheren zu einer niedrigeren Konzentration, um die Bewegung eines anderen von einer niedrigeren zu einer höheren anzutreiben. Schließlich ist die Endozytose ein Transportprozess, bei dem die Zellmembran Material einhüllt. Es benötigt Energie, meist in Form von ATP.

Da die Plasmamembran der Zelle aus hydrophoben Phospholipiden besteht, müssen wasserlösliche Nährstoffe in die Membran eingebettete Transportmoleküle verwenden, um in die Zellen einzudringen. Außerdem können Substanzen nicht zwischen den Epithelzellen der Darmschleimhaut passieren, da diese Zellen durch Tight Junctions miteinander verbunden sind. Somit können Substanzen nur durch die apikalen Oberflächen von Epithelzellen und in die interstitielle Flüssigkeit in die Blutkapillaren gelangen. Wasserlösliche Nährstoffe gelangen in den Zotten in das Kapillarblut und gelangen über die Leberpfortader in die Leber.

Im Gegensatz zu den wasserlöslichen Nährstoffen können fettlösliche Nährstoffe durch die Plasmamembran diffundieren. In der Zelle angekommen, werden sie für den Transport über den Zellboden verpackt und gelangen dann in die Lacteale der Zotten, um von Lymphgefäßen über den Ductus thoracicus in den systemischen Kreislauf transportiert zu werden. Die Aufnahme der meisten Nährstoffe durch die Schleimhaut der Darmzotten erfordert einen aktiven Transport, der durch ATP angetrieben wird. Die Aufnahmewege für jede Lebensmittelkategorie sind in (Abbildung) zusammengefasst.

Absorption im Verdauungskanal
Essen Aufschlüsselungsprodukte Absorptionsmechanismus Eintritt in die Blutbahn Ziel
Kohlenhydrate Glucose Co-Transport mit Natriumionen Kapillarblut in Zotten Leber über die Leberpfortader
Kohlenhydrate Galaktose Co-Transport mit Natriumionen Kapillarblut in Zotten Leber über die Leberpfortader
Kohlenhydrate Fruktose Erleichterte Diffusion Kapillarblut in Zotten Leber über die Leberpfortader
Protein Aminosäuren Co-Transport mit Natriumionen Kapillarblut in Zotten Leber über die Leberpfortader
Lipide Langkettige Fettsäuren Diffusion in Darmzellen, wo sie mit Proteinen kombiniert werden, um Chylomikronen zu bilden Lacteals von Zotten Systemische Zirkulation über Lymphe, die in den Ductus thoracicus eindringt
Lipide Monoacylglyceride Diffusion in Darmzellen, wo sie mit Proteinen kombiniert werden, um Chylomikronen zu bilden Lacteals von Zotten Systemische Zirkulation über Lymphe, die in den Ductus thoracicus eindringt
Lipide Kurzkettige Fettsäuren Einfache Diffusion Kapillarblut in Zotten Leber über die Leberpfortader
Lipide Glycerin Einfache Diffusion Kapillarblut in Zotten Leber über die Leberpfortader
Nukleinsäuren Produkte des Nukleinsäureaufschlusses Aktiver Transport über Membranträger Kapillarblut in Zotten Leber über die Leberpfortader

Kohlenhydrataufnahme

Alle Kohlenhydrate werden in Form von Monosacchariden aufgenommen. Der Dünndarm ist dabei hocheffizient und nimmt Monosaccharide mit einer geschätzten Geschwindigkeit von 120 Gramm pro Stunde auf. Alle normal verdauten Nahrungskohlenhydrate werden absorbiert, unverdauliche Ballaststoffe werden mit dem Kot ausgeschieden. Die Monosaccharide Glucose und Galactose werden von üblichen Proteinträgern über sekundären aktiven Transport (d. h. Co-Transport mit Natriumionen) in die Epithelzellen transportiert. Die Monosaccharide verlassen diese Zellen durch erleichterte Diffusion und gelangen durch interzelluläre Spalten in die Kapillaren. Das Monosaccharid Fructose (das in Früchten enthalten ist) wird allein durch erleichterte Diffusion aufgenommen und transportiert. Die Monosaccharide verbinden sich unmittelbar nach dem Abbau der Disaccharide mit den Transportproteinen.

Proteinabsorption

Aktive Transportmechanismen, vor allem im Duodenum und Jejunum, nehmen die meisten Proteine ​​als ihre Abbauprodukte, Aminosäuren, auf. Fast das gesamte (95 bis 98 Prozent) Protein wird im Dünndarm verdaut und resorbiert. Die Art des Trägers, der eine Aminosäure transportiert, variiert. Die meisten Träger sind mit dem aktiven Natriumtransport verbunden. Auch kurze Ketten von zwei Aminosäuren (Dipeptide) oder drei Aminosäuren (Tripeptide) werden aktiv transportiert. Nachdem sie jedoch in die absorbierenden Epithelzellen eingetreten sind, werden sie in ihre Aminosäuren zerlegt, bevor sie die Zelle verlassen und durch Diffusion in das Kapillarblut gelangen.

Lipidabsorption

Etwa 95 Prozent der Lipide werden im Dünndarm aufgenommen. Gallensalze beschleunigen nicht nur die Fettverdauung, sie sind auch für die Aufnahme der Endprodukte der Fettverdauung unerlässlich. Kurzkettige Fettsäuren sind relativ wasserlöslich und können direkt in die absorbierenden Zellen (Enterozyten) gelangen. Die geringe Größe der kurzkettigen Fettsäuren ermöglicht es, durch einfache Diffusion von Enterozyten aufgenommen zu werden und dann den gleichen Weg wie Monosaccharide und Aminosäuren in die Blutkapillare einer Zotte zu nehmen.

Die großen und hydrophoben langkettigen Fettsäuren und Monoacylglyceride werden im wässrigen Darmbrei nicht so leicht suspendiert. Gallensalze und Lecithin lösen dieses Problem jedoch, indem sie sie in eine Mizelle einschließen, eine winzige Kugel mit polaren (hydrophilen) Enden, die der wässrigen Umgebung zugewandt sind und hydrophoben Schwänzen nach innen gerichtet sind, wodurch eine aufnahmefähige Umgebung für die langkettigen Fettsäuren entsteht . Der Kern enthält auch Cholesterin und fettlösliche Vitamine. Ohne Mizellen würden Lipide auf der Oberfläche des Speisebrei sitzen und niemals mit den absorbierenden Oberflächen der Epithelzellen in Kontakt kommen. Mizellen können sich leicht zwischen Mikrovilli quetschen und sehr nahe an die luminale Zelloberfläche gelangen. An diesem Punkt verlassen Lipidsubstanzen die Mizelle und werden durch einfache Diffusion aufgenommen.

Die freien Fettsäuren und Monoacylglyceride, die in die Epithelzellen gelangen, werden wieder in Triglyceride eingebaut. Die Triglyceride werden mit Phospholipiden und Cholesterin vermischt und mit einer Proteinhülle umgeben. Dieser neue Komplex, Chylomikron genannt, ist ein wasserlösliches Lipoprotein. Nach der Verarbeitung durch den Golgi-Apparat werden Chylomikronen aus der Zelle freigesetzt ((Abbildung)). Chylomikronen, die zu groß sind, um die Basalmembranen der Blutkapillaren zu passieren, dringen stattdessen in die großen Poren der Lacteale ein. Die Lacteale vereinen sich zu den Lymphgefäßen. Die Chylomikronen werden in den Lymphgefäßen transportiert und entleeren sich über den Ductus thoracicus in die Vena subclavia des Kreislaufsystems. Im Blutkreislauf angekommen, spaltet das Enzym Lipoprotein-Lipase die Triglyceride der Chylomikronen in freie Fettsäuren und Glycerin auf. Diese Abbauprodukte passieren dann die Kapillarwände, um von den Zellen zur Energiegewinnung verwendet oder als Fett im Fettgewebe gespeichert zu werden. Leberzellen kombinieren die verbleibenden Chylomikronenreste mit Proteinen und bilden Lipoproteine, die Cholesterin im Blut transportieren.

Nukleinsäureabsorption

Die Produkte der Nukleinsäureverdauung – Pentosezucker, stickstoffhaltige Basen und Phosphationen – werden von Trägern über aktiven Transport durch das Zottenepithel transportiert. Diese Produkte gelangen dann in den Blutkreislauf.

Mineralabsorption

Die vom Dünndarm aufgenommenen Elektrolyte stammen sowohl aus GI-Sekreten als auch aus aufgenommenen Nahrungsmitteln. Da Elektrolyte im Wasser zu Ionen dissoziieren, werden die meisten über aktiven Transport durch den gesamten Dünndarm aufgenommen. Während der Absorption führen Co-Transportmechanismen zur Akkumulation von Natriumionen in den Zellen, während Anti-Port-Mechanismen die Kaliumionenkonzentration in den Zellen reduzieren. Um den Natrium-Kalium-Gradienten durch die Zellmembran wiederherzustellen, pumpt eine Natrium-Kalium-Pumpe, die ATP benötigt, Natrium heraus und Kalium hinein.

Im Allgemeinen werden alle Mineralien, die in den Darm gelangen, resorbiert, ob Sie sie brauchen oder nicht. Ausnahmen sind Eisen und Kalzium, die im Zwölffingerdarm in Mengen aufgenommen werden, die dem aktuellen Bedarf des Körpers entsprechen, wie folgt:

Eisen—Das für die Hämoglobinproduktion benötigte ionische Eisen wird über aktiven Transport in die Schleimhautzellen aufgenommen. In den Schleimhautzellen bindet ionisches Eisen an das Protein Ferritin und bildet Eisen-Ferritin-Komplexe, die Eisen speichern, bis es gebraucht wird. Wenn der Körper genügend Eisen hat, geht der größte Teil des gespeicherten Eisens verloren, wenn abgenutzte Epithelzellen abfallen. Wenn der Körper Eisen benötigt, weil es beispielsweise bei akuten oder chronischen Blutungen verloren geht, kommt es zu einer erhöhten Eisenaufnahme aus dem Darm und einer beschleunigten Eisenabgabe in den Blutkreislauf. Da Frauen während der Menstruation einen erheblichen Eisenverlust erleiden, haben sie etwa viermal so viele Eisentransportproteine ​​in ihren Darmepithelzellen wie Männer.

Kalzium—Der Blutspiegel an ionischem Kalzium bestimmt die Aufnahme von Kalzium aus der Nahrung. Wenn der Blutspiegel von ionischem Kalzium sinkt, stimuliert das von den Nebenschilddrüsen ausgeschiedene Parathormon (PTH) die Freisetzung von Kalziumionen aus den Knochenmatrizen und erhöht die Rückresorption von Kalzium durch die Nieren. PTH reguliert auch die Aktivierung von Vitamin D in der Niere hoch, was dann die Aufnahme von Calciumionen im Darm erleichtert.

Vitaminaufnahme

Der Dünndarm nimmt die Vitamine auf, die in Nahrungs- und Nahrungsergänzungsmitteln natürlich vorkommen. Fettlösliche Vitamine (A, D, E und K) werden zusammen mit Nahrungslipiden in Mizellen durch einfache Diffusion aufgenommen. Aus diesem Grund wird empfohlen, fetthaltige Lebensmittel zu sich zu nehmen, wenn Sie fettlösliche Vitaminpräparate einnehmen. Die meisten wasserlöslichen Vitamine (einschließlich der meisten B-Vitamine und Vitamin C) werden auch durch einfache Diffusion aufgenommen. Eine Ausnahme ist Vitamin B12, das ist ein sehr großes Molekül. Der im Magen sezernierte Intrinsic Factor bindet an Vitamin B12, verhindert seine Verdauung und bildet einen Komplex, der an Schleimhautrezeptoren im terminalen Ileum bindet, wo es durch Endozytose aufgenommen wird.

Wasseraufnahme

Jeden Tag gelangen etwa neun Liter Flüssigkeit in den Dünndarm. Etwa 2,3 Liter werden mit Nahrungsmitteln und Getränken aufgenommen, der Rest stammt aus GI-Sekreten. Etwa 90 Prozent dieses Wassers werden im Dünndarm aufgenommen. Die Wasseraufnahme wird durch den Konzentrationsgradienten des Wassers getrieben: Die Wasserkonzentration ist im Speisebrei höher als in Epithelzellen. So wandert Wasser seinen Konzentrationsgradienten vom Speisebrei in die Zellen hinunter. Wie bereits erwähnt, wird ein Großteil des verbleibenden Wassers dann im Dickdarm absorbiert.

Kapitelrückblick

Der Dünndarm ist der Ort der meisten chemischen Verdauung und fast der gesamten Absorption. Durch die chemische Verdauung werden große Nahrungsmoleküle in ihre chemischen Bausteine ​​zerlegt, die dann über die Darmwand und in den allgemeinen Kreislauf aufgenommen werden können. Darmbürstensaumenzyme und Pankreasenzyme sind für den Großteil der chemischen Verdauung verantwortlich. Der Abbau von Fett erfordert auch Galle.

Die meisten Nährstoffe werden durch Transportmechanismen an der apikalen Oberfläche von Enterozyten aufgenommen. Ausnahmen sind Lipide, fettlösliche Vitamine und die meisten wasserlöslichen Vitamine. Mit Hilfe von Gallensalzen und Lecithin werden die Nahrungsfette zu Mizellen emulgiert, die die Fettpartikel an die Oberfläche der Enterozyten transportieren können. Dort geben die Mizellen ihre Fette ab, um durch die Zellmembran zu diffundieren. The fats are then reassembled into triglycerides and mixed with other lipids and proteins into chylomicrons that can pass into lacteals. Other absorbed monomers travel from blood capillaries in the villus to the hepatic portal vein and then to the liver.


Intestinal Bacteria

The large intestine houses over 700 species of bacteria that perform a variety of functions. The large intestine absorbs some of the products formed by the bacteria that inhabit this region.

Undigested polysaccharides (fiber) are metabolized into short-chain fatty acids by bacteria in the large intestine and get absorbed by passive diffusion. The bicarbonate that the large intestine secretes helps to neutralize the increased acidity from the formation of fatty acids.

Intestinal bacteria also produce large amounts of vitamins, especially vitamin K and biotin (a B vitamin), which are absorbed into the blood. Although this source of vitamins provides only a small part of the daily requirement, it makes a significant contribution when dietary vitamin intake is low. An individual that depends on absorption of vitamins formed by bacteria in the large intestine may become vitamin-deficient if treated with antibiotics that inhibit other species of bacteria while targeting the disease-causing bacteria.

Other bacterial products include gas (flatus)&mdasha mixture of nitrogen and carbon dioxide, with small amounts of the gases hydrogen, methane, and hydrogen sulphide. The bacterial fermentation of undigested polysaccharides produces these gases.

Intestinal flora are also essential for the development of certain tissues, including the cecum and lymphatics.

Water and Cellulose

The large intestine absorbs water from the chyme and stores feces until it can be defecated. Food products that cannot go through the villi, such as cellulose (dietary fiber), are mixed with other waste products from the body and become hard and concentrated feces.

The feces is stored in the rectum for a certain period and then the stored feces is eliminated from the body due to the contraction and relaxation of the anus. The exit of this waste material is regulated by the anal sphincter.


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Regulation of Electroneutral NaCl Absorption by the Small Intestine

Na + and Cl − movement across the intestinal epithelium occurs by several interconnected mechanisms: (ein) nutrient-coupled Na + absorption, (B) electroneutral NaCl absorption, (C) electrogenic Cl − secretion by CFTR, and (D) electrogenic Na + absorption by ENaC. All these transport modes require a favorable electrochemical gradient maintained by the basolateral Na + /K + -ATPase, a Cl − channel, and K + channels. Electroneutral NaCl absorption is observed from the small intestine to the distal colon. This transport is mediated by apical Na + /H + (NHE2/3) and Cl − /HCO3 − (Slc26a3/a6 and others) exchangers that provide the major route of NaCl absorption. Electroneutral NaCl absorption and Cl − secretion by CFTR are oppositely regulated by the autonomic nerve system, the immune system, and the endocrine system via PKAα, PKCα, cGKII, and/or SGK1. This integrated regulation requires the formation of macromolecular complexes, which are mediated by the NHERF family of scaffold proteins and involve internalization of NHE3. Through use of knockout mice and human mutations, a more detailed understanding of the integrated as well as subtle regulation of electroneutral NaCl absorption by the mammalian intestine has emerged.


Glycemic Index

The glycemic responses of various foods have been measured and then ranked in comparison to a reference food, usually, a slice of white bread (50 g) or just straight glucose, to create a numeric value called the glycemic index (GI). Foods that have a low GI do not raise blood-glucose levels as fast as foods that have a higher GI. A diet of low-GI foods has been shown in epidemiological and clinical trial studies to increase weight loss and reduce the risk of obesity, Type 2 diabetes, and cardiovascular disease.Brand-Miller, J., PhD, et al. &ldquoDietary Glycemic Index: Health Implications.&rdquo J Am Coll Nutr 28, no. 4, supplement (2009): 446S&ndash49S. http://www.jacn.org/content/28/4_Supplement_1/446S.long.

Table 3.3.2: The Glycemic Index: Foods in Comparison to Glucose
Foods GI Value
Low GI Foods (< 55)
Apple 44
Pear 38
Banana (under-ripe) 51
Grapefruit 25
Barley 25
Navy beans 38
Green peas 48
Oat bran (Quaker Oats) 50
Spaghetti (whole wheat) 37
Mashed sweet potatoes 54
Baked beans 48
Butter beans 44
Banana bread 47
Bread (sourdough) 52
Soy milk 31
Skim milk 32
Whole milk 27
Yogurt (sweetened) 33
Yogurt (plain, artificial sweetener) 14
Medium GI Foods (56&ndash69)
Apricots 57
Cantaloupe 65
Mashed potatoes 70
Whole-wheat pita bread 57
Whole-wheat bread 69
Couscous 65
Brown rice 55
Cheese pizza 60
Rye bread 65
Hamburger bun 61
Black bean soup 64
Macaroni and cheese 64
Coca-Cola 63
High GI Foods (70 and higher)
Dates 103
Banana (over-ripe) 82
Parsnips 97
Corn chips 72
Pretzels 83
White bread 70
White rice 72
Spaghetti (durum flour) 78
White rice (instant) 87
French baguette 95
Bagel 72
Bread stuffing 74
Cheerios 74
Cream of wheat 71
Raisin Bran 73
Fruit roll-up 99
Gatorade 78
Source: University of Sydney. Glycemic Index Database. © 2011 The University of Sydney, all rights reserved. http://www.glycemicindex.com/.

The carbohydrate type within a food affects the GI, but so does its fat and fiber content (which reduce the GI). Increased fat and fiber in foods increases the time required for digestion and delays the rate of gastric emptying into the small intestine. Processing and cooking additionally affect a food&rsquos GI by increasing their digestibility. Advancements in the technologies of food processing and the high consumer demand for convenient, precooked foods in the United States have created foods that are digested and absorbed more rapidly, independent of the fiber content. Modern breakfast cereals, breads, pastas, and many prepared foods have a high GI. In contrast, most raw foods have a lower GI. (However, the more ripened a fruit or vegetable is, the higher its GI.) Table 3.2 provides the GI for various foods. The GI can be used as a guide for choosing healthier carbohydrate choices but has some limitations. One is that the GI does not take into account the amount of carbohydrates in a portion of food, only the type of carbohydrate. Another is that combining low- and high-GI foods changes the GI for the meal. Also, some nutrient-dense foods have higher GIs than less nutritious food. (For instance, oatmeal has a higher GI than chocolate because the fat content of chocolate is higher.) Lastly, meats and fats do not have a GI since they do not contain carbohydrates.

Interactive 3.3.1: Balancing the Thanksgiving Feast

Visit this online database of glycemic indices of foods. http://www.gilisting.com/

To balance the high-GI foods on the Thanksgiving table with low-GI foods, follow some of these suggestions: