Die Verdauungssäfte und die chemischen Prozesse der Verdauung
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| Publikation: | 1.9.2001 |
| Herkunft: | La main à la pâte, Paris |
Die Verdauung entspricht der Gesamtheit der mechanischen und chemischen Transformationen, die nötig sind, um die aufgenommenen Nahrungsmittel in kleine Moleküle, die so genannten Nährstoffe, umzuwandeln. Nur diese Nährstoffe können von der Darmwand absorbiert werden und ins Blut gelangen, über das sie an alle Zellen des Organismus verteilt werden.
Die Nahrungsmittel werden zunächst mit Speichel getränkt und im Mund zerkleinert. Der entstandene Nahrungsbrei gelangt dann durch Kontraktionsbewegungen der Speiseröhre in den Magen, wo sich das Umwälzen der Nahrungsmittel fortsetzt. Die mechanische Umwandlung der Nahrungsmittel (siehe die mechanischen Prozesse der Verdauung) reicht jedoch nicht aus, damit die Nahrungsbestandteile im Darm absorbiert werden. Der Dünndarm kann zwar kleine, in der Nahrung enthaltene Moleküle, wie zum Beispiel einfache Zucker (Glukose, Galaktose, Fruktose) oder Fette, ohne vorherige Umwandlung absorbieren, dies gilt jedoch nicht für die meisten chemischen Nahrungsbestandteile, die zum großen Teil Makromoleküle sind, die der Darm nicht direkt absorbieren kann. Die Makromoleküle sind hauptsächlich zusammengesetzte Kohlenhydrate (Stärke, Glykogen und Zellulose), d.h. Glukosepolymere und Proteine, d. h. Polymere aus Aminosäuren. Diese Makromoleküle müssen regelrecht chemisch auseinander geschnitten werden, um sie in ihre einzelnen Bausteine zu zerlegen: in Glukose im Fall der Kohlenhydrate, und in Aminosäuren im Fall der Proteine. Diese Art chemischer Umwandlungsprozesse nennt man Hydrolyse, da sie nur in Anwesenheit von Wasser möglich ist. Bei der Hydrolyse kommen spezielle Moleküle zum Einsatz, so genannte Verdauungsenzyme, die von den verschiedenen Drüsen des Verdauungsapparates produziert werden (Speicheldrüsen, Magendrüsen, Bauchspeicheldrüse [Pankreas], Darmdrüsen).Die Makromoleküle sind jedoch nicht die einzigen Bestandteile der Nahrung, die chemisch umgewandelt werden. Verschiedene Kohlenhydrate, wie Saccharose (Rübenzucker und Zucker aus Zuckerrohr) oder Laktose (Milchzucker), werden mit Hilfe von Enzymen hydrolysiert, so dass ihre Bausteine absorbiert werden können. Genauso werden manche Fette durch die Galle emulgiert, entweder um direkt absorbiert oder durch Enzyme hydrolisiert zu werden.
Diese Enzyme sind biologische Katalysatoren, d.h. Moleküle, die bereits in geringsten Mengen eine chemische Reaktion in erheblichem Maße beschleunigen, ohne selbst während der Reaktion verändert zu werden. Es sind Proteine, deren Aktivität von den Umgebungsbedingungen abhängt, insbesondere von der Temperatur und dem pH-Wert. Jedes Enzym hat unter ganz bestimmten Bedingungen (Temperatur und pH-Wert) seine maximale Aktivität, und beschleunigt nur eine einzige chemische Reaktion.
Die Vielfalt der vom Verdauungsapparat ausgesonderten Verdauungsenzyme bestimmt zum großen Teil die Art der Nahrungsmittel, die ein Tier verdauen kann. So produziert der menschliche Verdauungsapparat keine Zellulase, ein Enzym, das in der Lage ist Zellulose abzubauen und kann somit die aus Zellulose bestehenden pflanzlichen Fasern nicht verdauen. Letztere spielen bei der Ernährung und der Verdauung trotzdem eine wichtige Rolle, da sie als Ballaststoffe das Sättigungsgefühl verstärken und den Durchgang des Verdauungsbreis durch den Darm verbessern.
Der Speichel
Die Rolle des Speichels ist hauptsächlich mechanischer Art (siehe die mechanischen Prozesse der Verdauung). Er enthält jedoch ein Enzym, die Speichel-Amylase, das in der Lage ist, Stärke und Glykogen zu hydrolisieren, wie man feststellen kann, wenn man lange auf einem Stück Brot herumkaut. Man spürt dann einen süßen Geschmack im Mund, der von einigen Bestandteilen der Stärke herrührt. Der Speichel spielt dennoch eine untergeordnete Rolle bei der Verdauung von Kohlenhydraten; die Speichel-Amylase ist bei vielen Menschen inaktiv, ohne dass es diese daran hindert ganz normal zu verdauen.
Die Magensäure
Die Magensäure wird von Drüsen der Magenschleimhaut gebildet. Diese Drüsen produzieren Salzsäure, eine sehr aggressive Säure, die für das extrem saure Milieu im Magen verantwortlich ist (pH = 1). Die Magendrüsen produzieren außerdem einen Schleim, der die Darmwand vor den Auswirkungen der Salzsäure schützt. Die Magensäure enthält weitere Enzyme, insbesondere das Pepsin, das Proteine in kleinere Bestandteile zu zersetzen vermag. Die Magensäure ist weiterhin für die Produktion von Chymosin (auch Rennin genannt) verantwortlich, das bei Babys für die Koagulation der Milchproteine sorgt, die anschließend wiederum durch das Pepsin abgebaut werden können. Pepsin und Chymosin sind in einem sauren Milieu, wie es durch die Salzsäure der Magensäure gegeben ist, besonders aktiv. Der Nahrungsbrei wird nach den Umwandlungen im Magen zu einem flüssigen Brei, der Chymus genannt wird.
Die Galle
Die Galle ist eine Flüssigkeit, die von der Leber ausgeschieden wird und zwischen den Mahlzeiten in der Gallenblase gespeichert wird. Sie ist sowohl ein Verdauungssaft als auch ein Ausscheidungsmedium für verschiedene Substanzen in der Leber, insbesondere Lipoproteine, Cholesterin und Steroidhormone. Die Verdauungsfunktion der Galle besteht hauptsächlich darin, Fette im Darm zu emulgieren, damit sie leichter durch die Enzyme der Bauchspeicheldrüse abgebaut und anschließend verdaut werden können. Das Eintreffen der Fette im Darm löst über einen neurohumoralen Reflex das Zusammenziehen der Gallenblase aus, was dazu führt, dass die Gallenflüssigkeit in den Zwölffingerdarm (Duodenum, erster Abschnitt des Dünndarms) ausgeschüttet wird.
Schätzungen zufolge werden etwa 7/8 der Galle im Darm rückresorbiert. Der Rest wird ausgeschieden und gibt den Exkrementen ihre braune Farbe. Deshalb ist bei Hepatitiserkrankungen (Erkrankungen der Leber) der Stuhl sehr hell.
Der Verdauungssaft
Der Verdauungssaft – auch Pankreassaft – wird von der Bauchspeicheldrüse produziert und bei der Verdauung in den Zwölffingerdarm gegeben. Wegen seiner vielen verschiedenen Enzyme, die praktisch alle organischen Nahrungsmittelbestandteile hydrolisieren können – mit Ausnahme der Zellulose –, ist er für die Verdauung sehr wichtig. Die Amylasen zum Beispiel bauen Kohlenhydrate ab, die Lipasen Lipide (Fette), die Proteasen Proteine, die Peptidasen die durch die Magensäure zersetzten Proteinzerfallsprodukte und die Nukleasen Nukleinsäuren. Die Freisetzung des Verdauungssaftes wird durch Nervenreflexe und hormonelle Reflexe gesteuert, die ausgelöst werden, sobald der saure Speisebrei mit der Schleimhaut des Zwölffingerdarms in Berührung kommt. Kleine Randbemerkung: Der Nachweis dieser chemischen Kommunikation zwischen Zwölffingerdarm und Bauchspeicheldrüse führte 1902 zur Entdeckung des ersten Hormons durch Bayliss und Starling. Weiterhin enthält der Verdauungssaft auch Natriumbikarbonat, das den sauren Speisebrei neutralisieren kann. Der Darminhalt hat einen pH-Wert von 8.3, was für die Aktivität der Enzyme ideal ist.
Der Darmsaft
Die Dünndarmwand produziert Schleim, der vor dem sauren Speisebrei schützt, und Enzyme, die für die Spaltung der Moleküle sorgen, die durch den Verdauungssaft abgebaut wurden bzw. durch einige Zucker, wie die Saccharose (Rübenzucker), die Maltose (z.B. im Brot vorhanden) oder die Laktose (Milchzucker).
Im Dünndarm werden auch die Nährstoffe absorbiert, sie gelangen durch die Dünndarmwand in das Blut, das sie an die gesamten Zellen des Organismus verteilt. Die in 24 Stunden produzierten Verdauungssäfte entsprechen einem Volumen von 7-10 Liter Wasser, in dem eine Menge Mineralsalze gelöst sind. Diese Verdauungssäfte werden im Dickdarm fast vollständig rückresorbiert. Der Dickdarm besitzt außerdem eine ausgeprägte Bakterienflora (die Darmflora), die für die Verdauung wichtig ist und insbesondere Vitamine produziert.
Letzte Aktualisierung: 29.11.2023
