Dietmar Gradl - Prüfungen erfolgreich bestehen im Fach Tierphysiologie

Für ein effizientes Arbeiten der Exopeptidasen ist eine Vorverdauung der Nahrungsproteine durch Endopeptidasen unerlässlich, denn wenn Proteine zur Resorption in freie Aminosäuren zerlegt werden müssen und die Abspaltung von Aminosäuren nur von den freien Enden erfolgt, so wird die Effizienz der Verdauung deutlich erhöht, wenn die Anzahl freier Enden erhöht wird. Genau dies ist die Aufgabe der Endopeptidasen. Wenn beispielsweise ein 300 Aminosäuren großes Protein in 30 Peptide zerlegt wird, so erhöht sich die Anzahl der Angriffspunkte für Exopeptidasen von zwei auf sechzig.

Der prinzipielle Aufnahmemechanismus von Aminosäuren und Glukose ist sehr ähnlich. Sowohl Aminosäuren als auch Glukose werden sekundär aktiv im Symport mit Natrium-Ionen resorbiert. In beiden Fällen stammt die Energie, die benötigt wird, um Monomere entgegen ihres Konzentrationsgradienten zu resorbieren, also von der Aktivität der Na+/K+-ATPase. Dieses Enzym, das an den Epithelzellen baso-lateral lokalisiert ist, hält die intrazelluläre Natriumkonzentration gering, sodass permanent ein Natriumgradient zwischen Darmlumen und Zellinnerem besteht. Für die Resorption von Glukose wird dieser Natriumgradient genutzt, indem er Natrium durch die SGLT-Transportproteine nur einströmen lässt, wenn gleichzeitig Glukose in die Zelle eintritt. Ähnliches gilt auch für die Resorption von Aminosäuren, nur dass hier anstatt des SGLT-Transportproteins Aminosäuren-Transportproteine die Energie des Natriumgradienten nutzen. Dabei gibt es vier unterschiedliche Aminosäuren-Transportproteine, die jeweils für einen Teil der Aminosäuren verantwortlich sind. Diese Aminosäuren-Transportproteine sind gruppenspezifisch, z. B. für saure oder basische Aminosäuren.

Micellen sind sogenannte „Fetttröpfchen“, aber nicht zu verwechseln mit einem „Fettauge“, wie es in der Suppe schwimmt. Wesentlich für Micellen ist der amphiphile Charakter der Micellen-bildenden Fette. Dieser amphiphile Charakter sorgt dafür, dass sich im Innern der Micelle die lipophilen Fettsäurereste befinden und außen, also hin zum wässrigen Milieu, die hydrophilen Kopfgruppen. Diese hydrophilen Kopfgruppen können die Phosphatgruppen der Phospholipide sein, aber auch die polaren Komponenten der Gallensalze.

Bei fettreicher Nahrung dominieren Triacylglyceride. Diese sind per se nicht in der Lage, Micellen zu bilden. Die amphiphilen Fette, die wir als Bestandteile der Membranen zu uns nehmen, reichen nicht aus, die große Menge an Triacylglyceriden zu emulgieren. Zur effizienten Micellenbildung sezerniert die Galle die in der Leber produzierten Gallensalze in den Zwölffingerdarm. Gallensalze sind Cholesterinderivate, die durch eine Sulfatgruppe amphiphilen Charakter aufweisen (s. Abb. 1.4). Sie lagern sich zwischen die Triacylglyceride ein und führen spontan zur Micellenbildung.

Abb. 1.4 Cholesterin wird in der Leber zu Gallensalzen, wie z. B. Cholsäure, umgewandelt. Die wesentlichste Veränderung ist dabei der Einbau hydrophiler Gruppen, wie mehrere alkoholische Gruppen, eine Ketogruppe und ein Sulfat-Rest. Dies verstärkt den amphiphilen Charakter und fördert die Micellenbildung.

Die Micellen sind für die Fettverdauung unerlässlich, denn damit werden Angriffspunkte für die enzymatische Aktivität der Pankreaslipasen geschaffen. Erst so kann das hydrophile Enzym Lipase überhaupt in räumliche Nähe zu seinem Substrat, den Esterbindungen zwischen Glycerin und Fettsäuren gelangen. Die Pankreaslipasen spalten aus den Triacylglyceriden freie Fettsäuren, und es verbleiben Diacylglyceride. Diese Diacylglyceride wiederum verstärken die Micellenbildung und der Fettverdauungsprozess kommt in Gang. Freie Fettsäuren, Monoacylglyceride und Glycerin werden dann von den Enterozyten resorbiert.

Entscheidend für die Micellenbildung ist also die Sekretion von Gallensalzen. Tatsächlich werden pro Tag etwa 2–4 Gramm Gallensalze für die Fettverdauung benötigt. Dabei werden aber nur einige Hundert Milligramm Gallensalze pro Tag neu synthetisiert, denn der weitaus größte Teil der Gallensalze pendelt im enterohepatischen Kreislauf zwischen Leber und Darm, d. h. er wird von der Leber über die Galle in den Zwölffingerdarm sezerniert und gelangt nach Resorption im Dünndarm über die Pfortader zurück in die Leber.

Fette sind als lipophile Substanzen im Blut prinzipiell unlöslich. Dies gilt sowohl für Triacylglyceride als auch für amphiphile freie Fettsäuren und Cholesterin und seine Derivate. Triacylglyceride, die im Dünndarmepithel aus den resorbierten freien Fettsäuren, Monoacylglyceriden, Diacylglyceriden und Glycerin neu synthetisiert wurden, werden von den Epithelzellen in Lipoproteinpartikel, sogenannte Chylomi-kronen, verpackt und gelangen über die Pfortader zur Leber. Hier wird ein Teil der Chylomikronen „umgepackt“ und die Fette als „low density Lipoproteinpartikel“ (LDL), „very low density Lipoproteinpartikel“ (VLDL), „intermediate density Lipoproteinpartikel“ (IDLP) und „high density Lipoproteinpartikel“ (HDL) in den Körperkreislauf entlassen. Der wesentliche Unterschied zwischen den verschiedenen Arten an Lipoproteinpartikeln ist ihre Ausstattung mit Lipoproteinen, zum Beispiel Apolipoproteinen, und ihr Cholesteringehalt.

Chylomikronen sind die größten dieser Lipoproteinpartikel und entstehen im Darmepithel. VLDL entstehen in der Leber und transportieren hauptsächlich die dort synthetisierten Triacylglyceride. LDL entstehen in der Leber und transportieren hauptsächlich Cholesterin und seine Derivate. Auch HDL entstehen vorwiegend in der Leber, dienen aber hautsächlich dem Rücktransport von Cholesterin und seinen Derivaten von der Peripherie zur Leber. Die Proteine in den Lipoproteinpartikeln sind nicht nur dafür da, die Lipide in einen transportfähigen Zustand zu bringen, sondern dienen auch als „Adressaufkleber“ dazu, die Lipide für ihren Bestimmungsort zu markieren.

Neben dem Transport in Lipoproteinpartikeln können amphiphile Lipide auch unspezifisch an Proteine gebunden über das Blut verteilt werden. Der zugrunde liegende Mechanismus ist, dass sehr viele Proteine auch hydrophobe Bereiche aufweisen, an die sich Fettsäuren anlagern können. Das in unserem Körper wesentlichste fetttransportierende Protein ist Albumin.

Enterohepatischer Kreislauf bedeutet, dass Moleküle vom Darmepithel resorbiert werden, über das Pfortadersystem in die Leber gelangen, dort aufgenommen werden und über die Galle zurück in das Duodenum sezerniert werden, ohne in den großen Körperkreislauf zu gelangen. Diesen Weg nimmt beispielsweise Amanitin, das Gift des grünen Knollenblätterpilzes. Dieses Gift inhibiert die RNA-Polymerase, bringt also die Neusynthese von RNA zum Erliegen. Die Gefährlichkeit dieses Giftes liegt darin, dass es nur äußerst ineffizient ausgeschieden wird, weil es über den enterohepatischen Kreislauf permanent zwischen Leber und Darm pendelt und so nach und nach die Leberzellen abtötet.

Für die Resorption von Fetten ist der enterohepatische Kreislauf insofern von besonderer Bedeutung, als ein Großteil der Gallensalze genau diesen Weg nimmt und im Laufe eines Tages vier- bis zwölfmal zwischen Leber und Darm zirkuliert. Gallensalze sind für das Emulgieren der Nahrungsfette und damit für eine effiziente Fettverdauung unerlässlich. In diesem zirkulierenden System, inklusive dem Speicherort Gallenblase befinden sich insgesamt etwa 2–4 Gramm Gallensalze. Sinn dieses enterohepatischen Kreislaufs ist es also dafür zu sorgen, dass permanent genügend Gallensalze zur Fettresorption zur Verfügung stehen, mit minimalisierten Verlusten durch Ausscheidung und ohne den Cholesterinpool des Körpers zu sehr zu belasten.