Verlauf der Blutzuckerkonzentration nach der Mahlzeit. Thinkstock /istockphoto. Konzentration. Thinkstock /istockphoto VORANSICHT.

Transkript

1 S 6 Art der Mahlzeit Verlauf der Blutzuckerkonzentration nach der Mahlzeit Abbildung 1 Graph 1 Abbildung 2 Graph 2 Abbildung 3 Graph 3 Die verschiedenen Mahlzeiten lassen den Blutzuckerspiegel unterschiedlich stark ansteigen Wir essen nicht jede halbe Stunde etwas und unser Energieverbrauch schwankt während des Tages stark. Daher gibt es Regulationsmechanismen, die den Blutzuckerspiegel relativ konstant halten. Sie sorgen dafür, dass er nach einem üppigen Menü sinkt und hoch genug ist, wenn wir gerade nichts essen können und körperlich bzw. geistig aktiv sind. Dies ist notwendig, um die Energieversorgung der Körperzellen rund um die Uhr sicherzustellen. Bei einem gesunden Menschen liegt der Blutzuckerspiegel morgens nüchtern unter 100 mg/dl. Er steigt nach einer Mahlzeit nur auf etwa 140 mg/dl an. Vor allem kohlenhydratreiche Lebensmittel lassen den Blutzuckerspiegel schnell ansteigen. Dazu gehören Lebensmittel, die Stärke oder Zucker enthalten, wie Kartoffeln, Reis, Nudeln, Brot, Süßigkeiten und Softdrinks. Wie stark dieser Anstieg fällt, das hängt aber von verschiedenen Faktoren ab. Dabei spielt auch die Art und Weise der Zubereitung eine Rolle. So lassen Nudeln, die al dente gekocht wurden, den Blutzuckerspiegel weniger stark ansteigen als weich gekochte Nudeln. Fett, Eiweiß und Ballaststoffe bedingen einen langsameren Anstieg des Blutzuckerspiegels. Aufgabe Erläutere die Graphen zu den Abbildungen 1 3 zum Verlauf der Blutzuckerkonzentration.

2 S 7 Lösungen (M 1) Aufgabe Abbildung 1 und Graph 1: Gummibärchen Abbildung 1 Graph 1: Verlauf der Blutzuckerkonzentration Die abgebildete Mahlzeit (Gummibärchen) ist kohlenhydratreich. Der Zucker führt hier zu einem sehr raschen und hohen Anstieg des Blutzuckerspiegels, der aber nur von sehr kurzer Dauer ist. Denn eine hohe von Glucose im Blut führt zu einer starken Insulinproduktion. Daraufhin fällt der Blutzuckerspiegel bereits nach sehr kurzer wieder rapide ab. Übrigens: Zucker bewirkt, dass sehr viel Insulin auf einmal produziert wird. Es kann gegebenenfalls sogar zu einer Unterzuckerung kommen. Abbildung 2 und Graph 2: Wurst Abbildung 2 Graph 2: Verlauf der Blutzuckerkonzentration Eine fett- und eiweißreiche Mahlzeit sorgt für einen langsamen und nicht so hohen Anstieg des Blutzuckerspiegels. Es wird dementsprechend weniger, aber über einen längeren raum Insulin produziert, sodass die Körperzellen über eine längere mit Energie versorgt werden. Abbildung 3 und Graph 3: Pizza mit Käse und Wurst Abbildung 3 Graph 3 Enthält die Mahlzeit alle drei Nährstoffe (Kohlenhydrate, Fette, Eiweiße), so sorgen die Kohlenhydrate für einen raschen Anstieg des Blutzucker- und Insulinspiegels. Der Blutzuckerspiegel sinkt aber trotzdem nicht rapide ab, wie im Fall der Gummibärchen, da das Fett und Eiweiß der Mahlzeit über einen längeren raum zu Glucose umgesetzt werden und somit den Blutzuckerspiegel konstant halten.

3 S 8 M 2 Insulin und Glucagon Hormone der Bauchspeicheldrüse Nahrungsaufnahme oder der Abbau von Körperreserven erhöhen den Blutzuckerspiegel. Demgegenüber senken ihn körperliche bzw. geistige Arbeit oder eine Nahrungskarenz (eine Nahrungskarenz ist der Verzicht auf Nahrung für eine bestimmte ). Übrigens können auch Stress, Medikamente und Krankheiten zur Erhöhung des Blutzuckerspiegels führen. Es ist jedoch sehr wichtig, dass der Blutzuckerspiegel konstant gehalten wird. Wie wird er nun reguliert? Leber und Muskulatur enthalten etwa 400 g Glykogen, das bei Bedarf in Glucose umgewandelt werden kann. Das Glykogen ist also die Zuckerreserve unseres Körpers. Durch Ab- und Aufbau von Glykogen kann der Blutzuckerspiegel geregelt werden. So ist auch ohne eine Nahrungsaufnahme eine Anhebung des Blutzuckerspiegels möglich. Über spezielle Rezeptoren misst unser Körper den Blutzuckergehalt und leitet die entsprechende Regulation ein. Der Regulation des Blutzuckerspiegels dienen zwei Hormone, die in bestimmten Zellen in der Bauchspeicheldrüse hergestellt werden: Insulin und Glucagon. Die Bauchspeicheldrüse besteht verschiedenen Zelltypen. Zwischen dem Drüsengewebe, das Verdauungsenzyme produziert, sind inselförmig Zellverbände eingelagert. Diese nennt man nach ihrem Entdecker, dem deutschen Mediziner Paul Langerhans, Langerhans sche Inseln. Sie bestehen wiederum verschiedenen Zelltypen, die unterschiedliche Aufgaben erfüllen. Unter anderem gehören dazu die sogenannten α-zellen und β-zellen. Insulin wird dabei in den β-zellen und Glucagon in den α-zellen produziert. Abbildung 1: Paul Langerhans ( ) Mundspeicheldrüsen Speiseröhre Lunge Leber Magen Gallenblase Bauchspeicheldrüse Dünndarm Dickdarm Abbildung 2: Lage der Bauchspeicheldrüse

4 S 16 Aufgabe 4 Variante 1 Bauchspeicheldrüse Situation 1: Einnahme einer Mahlzeit Situation 2: körperliche oder geistige Aktivität, Nahrungskarenz BZS steigt sinkt normalisiert sich wieder Variante 2 α-zellen schütten Glucagon β-zellen schütten Insulin Leber Muskel Fettzellen Aufnahme von Nährstoffen dem Blut Aufbau von Kohlenhydratspeichern (=Glykogen) in der Leber und Muskulatur Fettsynthese und -speicherung Aufbau von Eiweißstrukturen (z.b. Muskulatur) Hemmung der Glucosebildung Glycogenreserven der Leber und Produkten des Fett- und Eiweißabb Fettabbau (und Muskelabbau) Glucosebildung Glycogenreserven der Leber und Produkten des Fett- und Eiweißabb, Abgabe der neugebildeten Glucose der Leber ins Blut Situation 1: Einnahme einer Mahlzeit Situation 2: körperliche oder geistige Aktivität, Nahrungskarenz BZS steigt sinkt normalisiert sich wieder Bauchspeicheldrüse α-zellen schütten Glucagon β-zellen schütten Insulin Leber Muskel Fettzellen Aufnahme von Glucose dem Blut in die Zellen Aufbau von Glykogenspeichern in Leber und Muskulatur Abbau der Glykogenspeicher der Leber wird gehemmt Glykogenspeicher der Leber werden zu Glucose abgebaut Abgabe von Glucose der Leber ins Blut

5 S 37 M 6 a c Thinkstock/iStockphoto d b Thinkstock/Creatas Thinkstock/iStockphoto e picture-alliance/bsip f

6 S 39 Prozesse im Zellkern Transkription und RNA-Prozessierung Wie wird nun das Insulin synthetisiert? Grundsätzlich findet die Proteinbiosynthese ja außerhalb des Zellkerns im Cytoplasma statt und zwar an den Ribosomen. Die DNA befindet sich jedoch im Zellkern und kann diesen auch nicht verlassen. Daher wird auch beim Vorgang der Insulinsynthese zunächst mithilfe des Enzyms RNA-Polymerase eine Kopie der DNA erstellt. Dabei wird DNA in RNA umgeschrieben (Transkription). Es entsteht ein Molekül, das um die 1300 Basen lang ist, die prä-mrna. Die Vorsilbe prä bezeichnet dabei, dass es sich um eine Vorstufe handelt. Denn diese Kopie enthält neben den Exons, das sind für die Insulinsynthese notwendige Sequenzen, noch Sequenzen, die für die Insulinsynthese nicht benötigt werden. Letztere werden als Introns bezeichnet. Die unnötigen Sequenzen (Introns) müssen also zunächst noch hergeschnitten werden. Den Vorgang, bei dem dies geschieht, nennt man Spleißen. Beim Spleißen wird der prä-mrna ein Intron mit einer Länge von etwa 600 Basen hergeschnitten. Das verbleibende Molekül ist jetzt eine reife RNA, die mrna oder messenger-rna (Boten-RNA) heißt. Dabei ist zudem am 3 -Ende ein Poly-A-Schwanz und am 5 -Ende eine Cap-Struktur angefügt worden. Die Cap-Struktur erhöht die Stabilität der mrna und ist wichtig für ihren Transport in das Cytoplasma. Der Poly-A-Schwanz erhöht gleichfalls die Stabilität und ist für die spätere Translation von Bedeutung. Das Anfügen von Cap-Struktur und Poly-A-Schwanz sowie das Spleißen sind Modifizierungen, die unter dem Begriff RNA-Prozessierung zusammengefasst werden. Die RNA-Prozessierung findet noch im Zellkern und im Anschluss an die Transkription statt. Schließlich gelangt die mrna durch die Kernporen ins Cytoplasma (siehe Abbildung 3). Abbildung 3: Vorgänge bei der Insulinsynthese