Kohlenhydrate - Verdauung, Absorption, Verwendung PDF

Kohlenhydrate - Verdauung, Absorption, Verwendung PB – EuD24 Dr. Steffen Theobald ▶ Bachelorstudiengang Berner Fachhochschule | Ernährung Haute écoleund t Diätetik bernoise | Bern University of Applied Sciences...

Kohlenhydrate - Verdauung, Absorption, Verwendung PB – EuD24 Dr. Steffen Theobald ▶ Bachelorstudiengang Berner Fachhochschule | Ernährung Haute écoleund t Diätetik bernoise | Bern University of Applied Sciences spécialisée Lernziele ▶ Die Studierenden ▶ beschreiben die Verdauungsschritte von Kohlenhydraten und die Wirkungen der beteiligten Enzyme ▶ bieten Erklärungen für beobachtbare physiologische und pathophysiologische Phänomene im Zusammenhang mit Kohlenhydraten ▶ können die Stoffwechselwege von Glucose im Überblick benennen ▶ können die Bildung und den Abbau von Glycogen biochemisch korrekt und detailliert beschreiben und seine Funktion benennen ▶ können beispielhaft Verbindungen von Glykanen mit anderen Makromolekülen und deren Funktionen im Körper benennen ▶ Hinweis: Schlüsselenzyme und wichtige Moleküle in Stoffwechselwegen werden beim ersten Auftreten mit einem gelben «P» markiert, danach jedoch nicht zwingend wiederholt gekennzeichnet. Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 2 Abbau der Kohlenhydrate Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 3 Digestion und Absorption der Kohlenhydrate – in der Übersicht Rehner ,G. (2010) Biochemie der Ernährung 3. Aufl., S.333 Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 4 Kohlenhydrat spaltende Enzyme in der intestinalen Bürstensaummembran BernerRehner Fachhochschule ,G. (2010) |Biochemie Haute école derspécialisée Ernährungbernoise 3. Aufl., | S.332 Bern University of Applied Sciences 5 Wo und wie findet die Kohlenhydratverdauung statt? Ort KH-Verbindungen Mund: Speichel-Amylasens Stärke → Dextrine (= Molekülgrösse zwischen Oligosacchariden und Polysacchariden (Bsp. MALTODEXTRIN 19) Di- und Monosaccharide, resistente Stärke, Nahrungsfasern bleiben unverändert Magen Inaktivierung der AmylaseS Dünndarm-Lumen: Pankreas-Amylasenp Dextrine → Grenzdextrine, Oligosaccharide Di- und Monosaccharide, resistente Stärke, Nahrungsfasern bleiben unverändert Dünndarm: Bürstensaummembran Membranständige Disaccharidasen Grenzdextrine und Oligosaccharide → und Amylo--1,6-Glucosidase Monosaccharide Disaccharide → Monosaccharide resistente Stärke, Nahrungsfasern bleiben unverändert Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 6 -Amylasen und -Amylasen ▶ im Speichel AmylasenS ▶ im Pankreassekret AmylasenP ▶ Amylasen  ▶ Spalten -1,4-glykosidisch gebundene Glucose in Amylose, Amylopektin und Glykogen durch Anlagerung von Wasser bis zum 2. Glc-Rest vor oder nach einer Verzweigungsstelle → Grenzdextrine ▶ -Amylasen spalten vom Ende her Glucoseeinheiten ab ▶ -Amylasen spalten Maltoseeinheiten ab Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 7 Maltodextrin – ein Kohlenhydrat-Supplement zur Energieanreicherung von Speisen bei Mangelernährung ▶ Maltodextrin 19= mehr kurzkettige Glc-Ketten Maltodextrin 6= mehr langkettige Glc-Ketten Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 8 Entwicklung der Verdauungsenzyme im Fetus /1  M. J. Lentze. AJCN 1995;61:946S-951S Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 9 Entwicklung der Verdauungsenzyme im Fetus /2   M. J. Lentze. AJCN 1995;61:946S-951S Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 10 Störungen der Lactosespaltung - Laktoseintoleranz ▶ Vertiefung zu Kohlenhydrat- malassimilationen ▶ → Modul Assessment und Gastroenterologie 1 (AG) Aus: P.C. Champe et al. Lippincott’s Illustrated Reviews: Biochemistry, 4th ed. 2008 Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 11 Störungen der Fructoseaufnahme – Fructosemalabsorption/-intoleranz ▶ Physiologisch: begrenzte Absorptionskapazität des GLUT5-Transporters (ca. 25-30 g/ Mahlzeit) ▶ Pathologisch: Ursache nicht eindeutig geklärt, vermutet werden: ▶ Bakterielle oder virale Infekte und/oder Antibiotikaeinnahme führen zu Defekten an der Bürstensaummembran → Verminderte Anzahl an bzw. geringere Transportkapazität von GLUT5 → Frc-Absorption ist geringer als die physiologische Absorptionskapaziät → Überschüssige Frc gelangt in den Dickdarm → Blähungen und Stuhlveränderungen bis zu Diarrhoen (siehe Grafik Lct-Intoleranz) Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 12 Verwertungsmöglichkeiten von Glucose Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 13 Wer verwertet Glucose nach einer Mahlzeit? – Ein Überblick Legende Gg= Glycogen Lac= Lactat AS= Aminosäuren TG= Triglyceride Hst= Harnstoff ChyM(R)= Chylomikronen-(Remnants) VLDL= very low-density lipoproteins Zahlen= %-Anteil an der Gesamtmenge Jungermann/Möhler. Berner Biochemie. Fachhochschule | Haute Springer école spécialisée 1980| (vergriffen) bernoise Bern University of Applied Sciences 14 Blutzucker- und Insulinspiegel nach einer Mahlzeit Frayn. Metabolic regulation 2nd ed. Blackwell Science Ltd. 2003 Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 15 Stoffwechselwege der Glucose Ein erster Überblick Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 16 Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences Energiegewinnung aus den drei Makronährstoffen 17 Müller WA (2015): Leben und Energie II, Energieumsetzung in der Zelle und im Individuum. In: Tier- und Humanphysiologie, 5. Aufl. Berlin:Springer Der allererste Schritt, bevor´s richtig losgeht ▶ Anlagerung von Phosphat an Glucose (= Phosphorylierung) zu Glucose-6-Phosphat mittels Hexokinase ▶ Warum? ▶ Glc wird dadurch polar und kann nicht mehr aus der Zelle diffundieren („Phosphatfalle“) ▶ Glc wird aus dem Konzentrations-Gleichgewicht genommen und weitere Glc kann per Diffusion nachströmen   Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 18 Stoffwechselwege der Glucose (Abbau/ Speicherung) Glycogen Speicherung Glucose-6-Phosphat Anaerober Glycolyse Abbau (aerober Abbau) Pentose- phosphatweg via Pyruvat Pyruvat, ATP, zum Lactat NADH/(H+) Ribose NADPH/H+ Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 19 Stoffwechselwege zu Aufbau bzw. Speicherung von Glucose= Gluconeogenese bzw. Glycogen Lactat Aminosäuren Glycerol Gluconeogenese Glucose Speicherung Glycogen Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 20 Speicherung von Glucose als Glykogen Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 21 Wozu brauchen wir Glycogen? ▶ Speicher“medium“ für Glucose für „Hungerzeiten“ ▶ Schnell verfügbare Glucosequelle (= Energiequelle) ▶ Speicherort: prinzipiell im Zytosol aller Zellen ▶ Relevante Speicherquellen ▶ 1. Leber (150 g= 10 % des Eigengewichts) ▶ 2. Muskulatur (250 g= 1 % des Eigengewichts) ▶ Obligate Glucoseverbraucher (bei ausreichender KH-Zufuhr) sind ▶ Gehirn ▶ Erythrozyten Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 22 Glycogenspeicher und Glucoseverbraucher* *CAVE: Alle Körperzellen können Glucose verstoffwechseln Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 23 Muskelglykogen-Veränderung nach einer Mahlzeit Frayn. Metabolic regulation 2nd ed. Blackwell Science Ltd. 2003 Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 24 Glycogensynthese Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 25  Die Glycogensynthese     Start →  UTP= Berner Fachhochschule | Haute école Uridintriphosphat spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 26 UDP= Uridindiphosphat  Bildung der Verzweigungsstellen Aus einer mind. 11er-Glc-Kette wird eine 6er- bis 7er-Kette abgespalten Diese Kette wird alle 8-12 Glc-Einheiten an einer anderen Stelle 1,6 gebunden (d.h. verzweigt) angebaut. Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 27 Glykogenaufbau in Muskel- und Leberzellen - Zusammenfassung Erforderliche Schritte ▶ Aufnahme von Glukose in die Zellen mit Hilfe eines GLUT (Glucosetransporter) ▶ Phosphorylierung zu Glc-6-Phosphat (Hexokinase) ▶ Umbau zu Glc-1-Phosphat (Glucose-6-P-Mutase) ▶ Aktivierung zu UDP-Glc (UDP-Glc-Pyrophosphorylase) ▶ -1,4-glykosidische Verknüpfungen mithilfe von Glycogenin* oder einer bereits bestehenden Glykogen-Kette unter Abspaltung von UDP (Glykogen-Synthase) ▶ Einfügen von -1,6-glykosidischen Verzweigungen in regelmässigen Abständen durch das „branching enzyme“ *Glycogenin= Enzym, das an sich selbst max. 8 Glc-Moleküle anlagern kann. Ab dann übernimmt die Glycogensynthase Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 28 Glycogenabbau Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 29 Der Glycogenabbau /1 ▶ Abbau der 1,4-glycosidisch gebundenen Ketten PALP (= PLP) Pyridoxalphosphat=  Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 30 aktiviertes Vitamin B6 ist hier ein Coenzym Der Glycogenabbau /3 ▶ Abbau der Verzweigungsstellen (jeweils ein Trisaccharid wird übertragen auf die Kette) Alpha-1,6-Glucosidase Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 31  /2 Alpha-1,4-Glucosidase ER= endoplasmatisches Retikulum, hier: glattes Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 32 Verbindungen von Zuckern mit anderen Molekülen ▶ Proteoglycane ▶ bestehen überwiegend aus Zuckern (bis zu 95%), gebunden an Proteinen ▶ Beispiele: ▶ Hyaluronsäure (im Bindegewebe) ▶ Chondroitinsulfat (im Knorpelgewebe) ▶ Heparin (hemmt die Blutgerinnung) ▶ Glycoproteine ▶ bestehen überwiegend aus Proteinen, mit wenigen Zuckerresten ▶ Beispiel: ▶ Fibronektin („Kleber“substanz der extrazellulären Matrix) ▶ Glycolipide ▶ Lipide, an denen Zuckerreste gebunden sind ▶ Beispiel: ▶ Cerebroside im Gehirn Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 33 Ausblick – Abbauwege von Glucose Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 34 Stoffwechselwege der Glucose (Abbau/ Speicherung) Glycogen Speicherung Glucose-6-Phosphat Anaerober Glycolyse Abbau (aerober Abbau) Pentose- phosphatweg via Pyruvat Pyruvat, ATP, zum Lactat NADH/H+ Ribose NADPH/H+ Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 35