Verdauungssystem von Säugern

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1 Verdauungssystem von Säugern 1. Magen-Darmkanal: Entstehung des Nahrungsbreis (Chymus) und verschiedene Anhangsdrüsen (Speicheldrüsen, Pankreas, Leber und Gallenblase) liefern die Verdauungsenzyme. 2. Mund-Oesophagus- Pharynx: Beginn des Verdauungsprozesses und Abbau von Nährstoffen 3. Magen: Zwischenlager für Nahrung, Sterilisierung und Verdauung im sauren Milieu. 4. Dünndarm: Beginn der Verdauung im neutralen Milieu, Abbau von Makromolekülen und dann Resorption in Dünndarm. 5. Dickdarm: Rückresorption des Wassers und Entsorgung nichtverwertbarer Teile der Nahrung. 6. Hormonale Regulation: Bereitstellung von genügend Verdauungsenzymen

2 Verdauungstrakt

3 Verdauung von Nahrung - Timeline 1. Nach Kauen und Schlucken etwa 5-10 Sek. bis Nahrung in den Magen gelangt. 2. Nahrung im Magen etwa 2-6 Std. 3. Verdauung und Resorption der Nährstoffe 5-6 Std. im Dünndarm. 4. Innerhalb von Std. passieren unverdauliche Bestandteile den Dickdarm und werden über den After abgegeben.

4 Verdauungssystem des Menschen

5 Verdauungssystem des Menschen - funktionelle Abschnitte Mundhöhle, Pharynx, Oesophagus - Kauen und Speichelzugabe (Speicheldrüsen) - die Verdauung beginnt - Stärke wird abgebaut durch das Enzym Speichelamylase - Speiseröhre (Pharynx) bringt Nahrung in den Magen - Schluckvorgang ist kontrolliert durch quergestreifte Muskeln und Halszäpfchen (Epiglottis) Magen - Lagerung und eigentlicher Verdauungsbeginn mit der Sterilisierung im Magen - Durch Sekretion von Salzsäure in Magenlumen ph von 1 - Saure Protease Pepsin beginnt im Magen mit Abbau der Nahrung in kleine Fragmente und AS

6 Verdauungssystem des Menschen - funktionelle Abschnitte (cont d) Dünndarm - Verdauung und Aufnahme von Nährstoffen - Im Zwölffingerdarm (Duodenum) werden Enzyme aus Pankreas, Galle, Leber und Darmwand beigefügt - Resorption von Nährstoffen Dickdarm - Rückresorption von Wasser - Uebergang von Dünndarm zu Dickdarm am Blindarm

7 Schluckvorgang am Anfang der Verdauung

8 Schluckvorgang am Anfang der Verdauung 1. Wenn nichts geschluckt wird, oberer Sphinkter der Speiseröhre geschlossen, Kehldeckel steht hoch, Stimmritze offen, Luft strömt durch die Luftröhre in die Lungen. 2. Schluckreflex wird ausgelöst wenn ein Nahrungsball (Bolus) in den Pharynx geschoben wird. 3. Der Kehlkopf (Larynx), der obere Teil des Atemtraktes, bewegt sich nach oben und kippt den Kehldeckel über die Stimmritze, Nahrung gelangt nicht in die Luftröhre. 4. Der obere Sphinkter entspannt sich und erlaubt ein Oeffnen des Oesophagus und Eintritt des Bolus. 5. Nach dem Eintritt des Bolus, bewegt sich der Kehlkopf nach unten und öffnet den Atemweg. 6. Muskelkontraktionen (Peristaltik) bewegen den Bolus in den Magen.

9 Figure Secretion of gastric juice! Die Sekretion von Magensaft Wie kommt es zum Magenknurren? Wie kommt es zum Sodbrennen?

10 Figure Secretion of gastric juice! Die Sekretion von Magensaft 1 Magenschleimhaut ist stark gefaltet und mit Gruben übersät, die zu den Magendrüsen führen 2 Magendrüsen bestehen aus drei Zelltypen die versch. Komponenten des Magensaftes sezernieren: Hauptzellen (sezernieren Pepsinogen, inaktive Form des Verdauungsenzyms Pepsin) Belegzellen (sezernieren Salzsäure) Schleimzellen (sezernieren Schleim, befeuchtet und schützt den Magen vor Pepsin und HCl) 3 Pepsinogen - Pepsin Pepsin wird in inaktiver Form synthetisiert Salzsäure aktiviert Pepsinogen durch Abspaltung eines kurzen Peptides (legt aktives Zentrum frei) Pepsin wird erst in Lumen der Magendrüsen gebildet da Salzsäure und Pepsinogen von verschiedenen Zellen sezerniert werden Kettenreaktion da Pepsin auch Pepsinogen aktivieren kann 4 Schleimschicht Schützt Magenschleimhaut da es Puffersubstanzen enthält Epithel wird laufend durch neue Zellteilung erneuert (all drei Tage vollständige Erneuerung) Verletzung der Magenschleimhaut: Magengeschwüre werden duch Bakterium (Heliobacter pylori) verursacht, Antibiotika Behandlung da sonst Pepsin und HCl die Schleimhaut schneller zerstören als Regeneration möglich ist 5 Durchmischung des Mageninhalts alle 20 Sekunden durch Bewegung der glatten Muskulatur (bei leerem Magen gibt es Magenknurren) 6 Bildung des Chymus halbflüssige Substanz die duch Säure, Enzym und Durchmischung des Bolus entsteht Magen ist die meiste Zeit an beiden Enden geschlossen saurer Rückfluss von Chymus in die Speiseröhre: Sodbrennen 7 Pylorus (Pförtner) regelt die Passage von Chymus in den Dünndarm

11 Dünndarm: Verdauung und Resorption 1 Hauptorgan der Verdauung und verantwortlich für die Resorption der meisten Nährstoffe ins Blut 2 Bei Menschen 3 m lang 3 Die ersten 25 cm des Dünndarms werden als Duodenum (Zwölffingerdarm) bezeichnet

12 Im Duodenum kommen Verdauungsenzyme hinzu Chymus: mischt sich mit Verdauungssäften aus Pankreas, Leber, Gallenblase und aus den Drüsenzellen der Dünndarmschleimhaut Pankreas: hydrolytische Enzyme und Lösung reich an Bicarbonat-Ionen (dient also Puffersubstanz die den Chymus die Säure nimmt) Leber: Produktion von Galle, Substanz die in der Gallenblase gespeichert wird, beinhalted Gallensäure (beteiligt an der Verdauung und Resorption von Fett)

13 Kohlenhydrat-, Protein- und Fettverdauung Kohlenhydrate im Dünndarm 1 α-amylase - wird im Pankreas gebildet - hydrolisiert Stärke, Glykogen und kleinere Polysccaride zu Disaccheriden wie Maltose 2 Maltase - gehört zur Familie der Disaccharidasen von denen jedes ein bestimmtes Disaccharid hydrolisieren - Saccharase (Rohrzucker), Laktase (Milchzucker, Laktose) befinden sich im Glycocalyx (im Bereich des Bürstensaums des Darmepithels), letzte Schritte der Kohlenhydratverdauung am Ort der Resorption

14 Kohlenhydrat-, Protein- und Fettverdauung Proteine im Dünndarm 1 Trypsin und Chymotrypsin Endopeptidasen spalten Proteine bei bestimmten AS, es entstehen kurze Ketten 2 Carboxy und Aminopeptidasen Exopeptidasen die die Proteine form C-bzw. N-Terminus aufspaltet 3 Dipeptidasen 4 Enteropeptidase steuert Aktivität anderer Peptidasen 5 Viele dieser Proteasen werden vom Dünndarmepithel sezerniert doch Trypsin, Chymotrypsin und Carboxypeptidase werden als inaktive Proteine (Zymogene) vom Pankreas abgesondert

15 Kohlenhydrat-, Protein- und Fettverdauung im Dünndarm Fett 1 Erreicht Dünndarm unverdaut, da nicht wasserlöslich 2 Fett von Gallensäure in eine Emulgation verwandelt 3 Emulsion von Fett-Tröpfchen wird von dem Enzym Lipase angegriffen und zu Glycerin und Fettsäuren hydrolisiert

16 Schrittweise Verdauung von komplexer Nahrung

17 Sequentielle Verdauung von Nahrungsproteinen

18 Aktivierung der Verdauungsenzyme im Dünndarm

19 Aktivierung von Verdauungsenzymen Zymogen wird in Drüsenzellen z.b.des Pankreas (Bauchspeicheldrüse) in inaktiver Form gespeichert und in den Dünndarm sezerniert. Einen spezifische Protease im Darm schneidet ein Stück der Proteinkette ab und das Trypsinogen wird zum Trypsin aktiviert. Warum diese komplexes Art von Aktivierung von Verdauungsenzymen?

20 Verdauung und Resorption im Dünndarm 1 Grosser Teil der Verdauung ist bereits im Duodenum abgeschlossen 2 Anschliessende Regionen des Dünndarms, der Leerdarm und der Krummdarm dienen hauptsächlich der Resorption von Nährstoffen

21 Dünndarmstruktur ist an die Resorptionsaufgabe angepasst: Riesenoberfläche

22 Dünndarmstruktur ist an die Resorptionsaufgabe angepasst Breite, ringförmige Schleimhautfalten tragen fingerförmige Darmzotten Jede der Epithelzellen der Darmzotten trägt wiederum kleine Mikrovilli, die in den Darmlumen ragen (Bürstensaum) Diese immense Oberfläche (300 m2) ist eine Anpassung an die Funktion, die Resorption von Nährstoffen Im Zentrum der Darmzotte befindet sich ein Netz von Blutkapillaren und ein zentrales Lymphgefäss Die Nährstoffe werden über das Schleimhautepithel resorbiert und dann durch das Endothel der Kapillaren oder Lymphgefässe aufgenommen (einschichtiges Epithel trennt Nährstoffe vom Blutstrom) Transport von einigen Nährstoffen durch Epithelzellen ist passiv (Fruktose) Andere werden durch aktiven Transport gegen ihren Konzentrationsgradienten durchgeschleust (Glukose, Vitamine). Erlaubt die Resorption von viel mehr Nährstoffen als durch passive Diffusion Glycerin und Fettsäuren werden von Epithelzellen resorbiert und in diesen Zellen wieder zu Fettmolekülen zusammengebaut Diese Lipide werden mit Cholesterin gemischt und mit Proteinen umhüllt: führt zu kleinen Kügelchen, die Chylomikronen (wasserlössliche Transportvehikel), die in sekretorische vesikel verpackt werden und durch Exocytose aus den Epithelzellen ausgeschleust werden und im zentralen Lymphgefäss landen, das wiederum in grosse Venen mündet. Kapillaren und Venen die die übrigen Nahrstoffe transportieren enden alle in einem grossen Blutgefäss, der Pfortader, die direkt in die Leber führt (Durchflussrate etwa 1 Liter Blut pro minute) Das Blut das die Leber verlässt hat eine andere Nährstoffzusammensetzung. Von der Leber gelangt das Blut zum Herzen, welches die Nährstoffe im ganzen Körper verteilt

23 Darmoberfläche mit Schleimdrüsen Zellen (Schutz)

24 Mikroanatomie der Darmoberfläche (EM)

25 Oberfächenvergrösserung durch Microvilli

26 Fettresorption Jeder Villus enthält ein Blutgefäßsystem sowie lymphatische Gefäße, die Lacteal genannt werden Nachdem Fettsäuren und Monoglyceride (Glycerin-moleküle mit einer einzigen gebundenen Fettsäure) von den Epithelzellen aufgenommen wurden, werden sie innerhalb dieser Zellen wieder zu Triglyceriden zusammengesetzt Solche Fette werden dann mit Phospholipiden, Cholesterin und einem Protein umhüllt und bilden wasserlösliche Kügelchen, genannt Chylomikronen

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28 Aminosäure und Zuckerresorption Aminosäuren und Zucker wandern durch das Epithel des Dünndarms und gelangen in den Blutstrom Im Gegensatz zu den Lymphgefäßen münden die Kapillaren,die das nährstoffreiche Blut aus den Darmzotten abtransportieren, letztlich alle in die Pfortader, ein Blutgefäß, das unmittelbar in die Leber führt; von dort fließt das Blut zum Herzen und dann in alle anderen Gewebe und Organe

29 Effizienz und Kosten der Verdauung Typische Nahrung von Menschen in Industrieländern: 80-90% der organischen Verbindungen resorbiert Ein grosser Teil der verbleibenden unverdaulichen Materials ist Cellulose aus den Zellwänden von Pflanzen Je nach Tierart und Ernährung muss ein Tier 3-30% der chem. Energie die in seiner Nahrung steckt für Verdauung und Resorption aufwenden

30 Schwankender Bedarf an Verdauungsenzymen: hormonale Regelung Gastrin: stimuliert Magensaftproduktion (HCl), von Magenschleimhaut ausgeschüttet, tiefer ph stoppt Sekretion von Gastrin Sekretin: stimuliert Pankreas zur Abgabe von Bicarbonat neutralisieren des Chymus, wird vom Duodenum ausgeschüttet Aminosäuren und Fettsäuren stimulieren die Ausschüttung Con CCK (Cholestocytokinin), stimuliert Freisetzung von Verdauungsenzymen aus Pankreas GIP (Gastrininhibierendes Peptid) aus Darm, Hemmt die Gastrinbildung im Magen Sekretin und Enteroglucagon hemmen Darmmotilität (glatte Muskeln), Erhöhung der Verweildauer wenn fettreicher Chymus.

31 Dickdarm Grösster Abschnitt ist der Colon (ungefähr 1.6 m lang) Hauptaufgabe ist die Rückresorption von Wasser Pro Tag werden etwa 7 Liter Flüssigkeit in das Lumen des Gastrointestinaltrakts sezerniert (1 Liter Speichel, drei Liter Magensaft, drei Liter von Dünndarm, Pankreas, Gallenblase) Zusammen mit Dünndarm werden 99% des Wassers resorbiert Im Dickdarm lebt eine reiche Flora von Bakterien (E. coli) Als Nebenprodukt ihres Stoffwechsels produzieren sie Gase, wie Methan und Schwefelwasserstoff und stellen Vitamine her (z. B. Vitamin K) Das Endstück des Dickdarms heisst Rectum (Mastdarm), hier werden Fäzes gespeichert bis sie ausgeschieden werden

32 Verdauungssysteme von Raubtier und Vegetarier Kojote: Fleischfresser Koala: Vegetarier Länge reicht aus um Fleisch zu verwerten Darm länger um die Verwertung fasriger, proteinarmer Eukalyptusblätter Zu verbessern