Funktion des Magen-und-Darm-Trakts und Ernährungsphysiologie

Funktion des Magen-und-Darm-Trakts und
Ernährungsphysiologie
Physiologie für Pharmaziestudenten
Heike Asseburg
Funktion des MDT/GIT
Magen, Leber (Galle), exokriner/endokriner Pankreas und Darm
2
Magen
Magen
3
Magen
4
Magen
5
6
Regulation der Salzsäureproduktion
7
Verdauungsaktivitäten im Magen
Zusammenfassung
Struktur
Aktivität
Ergebnis
Hauptzellen
Sezernieren Pepsinogen
Sezernieren Magenlipase
Pepsin, die aktivierte Form, baut Proteine zu Peptiden ab
Spaltet Triglyceride in Fettsäuren und Monoglyceride
Sezernieren Salzsäure
Belegzellen
Sezernieren Intrinsicfactor
Mucöse
Oberflächen u.
Nebenzellen
Sezernieren Schleim
Resorption
Tötet Mikroben in der Nahrung ab, denaturiert Protein,
wandelt Pepsinogen in Pepsin um
Nötig zur Resorption von Vitamin B12, das zur Bildung roter
Blutkörperchen verwendet wird
Bilden eine Schutzschicht, de die Verdauung der
Magenwand verhindert
Kleine Wassermengen
G-Zellen
Sezernieren Gastrin
Stimuliert Belegzellen HCl und Hauptzellen Pepsinogen zu
sezernieren, kontrahiert unteren Ösophagussphinkter, erhöht
Motilität des Magens und entspannt Pylorussphinkter
Muscularis
Mischwellen
Mazeriert Nahrung, mischt sie mit Magensaft und bildet
dabei Speisebrei (Chymus)
Pylorussphinkter
Peristaltik
Durchtritt von Chymus von
Magen in Duodenum
Zwingt den Speisebrei durch den Pylorussphinkter
Reguliert den Durchtritt des Speisebreis von Magen und
Duodenum, verhindert Rückfluss
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Dünndarm
9
Dünndarm
10
Leber
11
Leber
12
Leber
13
Metabolismus durch Hepatozyten
14
Funktionen der Leber
KH-Stoffwechsel
Glykogensynthese, Gluconeogenese, Glykogenolyse,
Glycolyse, Fructose- und Galactose-Utilisation
Aminosäure- und ProteinStoffwechsel
Abbau von AS, Ammoniakstoffwechsel, Harnstoffsynthese,
Biosynthese nicht-essentieller AS, Creatinsynthese,
Glutathionsynthese,
Lipid-Stoffwechsel
Biosynthese und Abbau von Triglyceriden, Lipoproteinen und
Phospholipiden, Oxidation und Synthese von FS, Ketogenese,
Biosynthese und Exkretion von Cholesterol
Speicherfunktionen
Speicherung von Lipiden und fettlöslichern Vitamine, Kupfer,
Vit.B12, Folsäure, Glykogen
Synthese von Blutproteinen
Albumine, Globuline (außer γ), Gerinnungsfaktoren,
Akute-Phase-Proteine
weitere Funktionen
Regulation des Säure-Basen-Haushaltes, pränatale Hämatopoese, postnataler Erythrozytenabbau, Billirubinausscheidung, Regulation der Eisen-Homöostase, Sekretion von
Gallensäuren, Gallebildung, Entgiftung, Metabolisierung,
Synthese von Hormonen und Mediatorsubstanzen, Vitamin-DAktivierung
15
16
Gallenblase
• Hohlorgan
• Funktion: Speicherung und
Konzentrierung der von der
Leber produzierten Galle
• Abgabe der Galle in das
Duodenum
• Kontraktion:
Cholecystokinin, N. vagus
17
Galle
Abb.: Schema einer gemischten Micelle
Bestandteile
Lebergalle
[mmol/l]
Blasengalle
[mmol/l]
Na+
146
170-220
K+
5
13
Ca2+
2,5
11
Cl-
105
66
HCO3-
30
19
Gallensäuren
20
90
Lecithin
3
30
Gallenfarbstoffe
1
5
Cholesterol
4
17
pH-Wert
7,2
6,95
Tab.: Bestandteile der Leber- und Blasengalle
• Bildung:
– Leber (Hepatozyten):
40% Gallensäuren-abhängige
und
40% -unabhängige Sekretion
– Gallengänge
(Gallengangepithel): 20%
• Steuerung der Sekretion:
v.a. Gallensäuren, Sekretin
• Funktion:
Emulgierung fettlöslicher
Verbindungen (v.a. Gallensäuren)
• Farbe: gelb bis grünlich (Bilirubin,
Biliverdin)
18
Enterohepatischer Kreislauf der
Gallensäuren
19
Pankreas (Bauchspeicheldrüse)
• Exkretorische Drüse mit exokrinem (98%) und
endokrinem (2%) Teil
• Produktion von Verdauungsenzymen und Hormonen
• Abgabe des Pankreassekrets in das Duodenum
20
Exokriner Pankreas
• Azinuszellen
• produziert alkalisches
Verdauungssekret (v.a.
Proenzyme, Enzyme,
Bicarbonat)
• Stimulation der
Enzymsekretion: N. vagus,
Cholecystokinin
• Stimulation der
Bicarbonatsekretion: Sekretin
• Trypsinogen durch
Enteropeptidase der
Duodenalschleimhaut aktiviert
→ inaktive Zymogene durch
Trypsin aktiviert
21
Endokriner Pankreas
• Innersekretorische Zellverbände
(Langerhans-Inseln)
• produziert Hormone:
–
–
–
–
–
α-Zellen: Glucagon
β-Zellen: Insulin
δ-Zellen: Somatostatin
PP-Zellen: pankreatisches Polypeptid
ε-Zellen: Ghrelin
22
Überblick Nervensystem
23
Neuronale Steuerung des MDT
3 Hauptklassen von Neuronen
• Cholinerge Neurone:
parasympathische Neurone, Großteil der PlexusNeuronen (Acetylcholin)
• Adrenerge Neurone:
sympathische Neurone (Noradrenalin)
• Überwiegend peptiderge NANC (nicht adrenerge
nicht cholinerge)- Neurone: Plexus-Neurone
(hemmend: VIP, ATP, Somatostatin; erregend:
SubstanzP)
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Enterisches Nervensystem (ENS) und
autonomes Nervensystem (ANS)
• Neurone intramural lokalisiert im
Plexus myentericus (AuerbachPlexus) und Plexus submucosus
(Meißner-Plexus)
• Plexus myentericus: Steuerung
der Längs- und Ringmuskulatur
(Muskeltonus, Rhythmus der
Kontraktion)
• Plexus submucosus: v.a.
Steuerung der sekretorischen
Funktion der Epithelzellen der
Darmschleimhaut
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Autonomes Nervensystem (ANS)
modulierender Einfluss auf ENS
Sympathikus:
• bewirkt Abnahme der
Durchblutung, Sekretion von
Verdauungssäften und
Motilität, steigert Tonus der
Sphinkter
• Innervation des intramuralen
Plexus, Blutgefäße des GIT
• Noradrenalin-Neurone
(hemmend), Plexus-Neurone
(hemmend)
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Parasympathikus:
• fördert Durchblutung,
Motilität und Sekretion,
relaxiert Sphincter
• Innervation des GIT
• cholinerge Neurone
(erregend)
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Hormonelle Steuerung des MDT
• Steuerung von Motilität, Sekretion, Schleimhautwachstum
• Regulation von Absorption, lokaler Durchblutung der Mucosa
• Hauptvertreter der GI-Hormone:
– Gastringruppe (Gastrin, CCK)
– Sekretingruppe (Sekretin, GIP, VIP, Glucagon)
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Hormonelle Steuerung der Verdauung
Eintritt der Nahrung in den Magen
Acetylcholin
(Parasympathicusstimulation)
fördernde Wirkung
GastrinSekretion
hemmende Wirkung
MagenMotilität
CCK- und
SekretinSekretion
Übertritt des
sauren Nahrungsbreis
in das Duodenum
Intestinale
Verdauung
HClSekretion
GIPSekretion
InsulinSekretion
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Hormon bzw.
Peptid
Gastrin
Cholecystokinin (CCK)
Sekretin
GIP (gastric inhibitory
peptide)
Hauptwirkung
(Auswahl)
Syntheseort
Freisetzungsreize
G-Zellen
(Antrum, Duodenum)
Proteinabbauprodukte im
Magen,
Magenwanddehnung
HCl-Sekretion ,
Schleimhautwachstum ,
Magenmotilität 
I-Zellen
(Duodenum, Jejunum),
Nervenendigungen
Proteinabbauprodukte
und langkettige FS im
Duodenum
Sekretion Pankreasenzym ,
Gallenblasenkontraktion ,
Relaxation Sphincter Oddi,
verstärkt Sekretinwirkung,
verzögerte Magenentleerung,
„Sättigungshormon“ (im ZNS)
S-Zellen
(Duodenum, Jejunum)
pH<4 im Duodenum,
Gallensalze im
Duodenum 
HCO3- - Sekretion in Pankreas
und Gallengängen , HClSekretion ↓, verzögert
Magenentleerung
Glucose, FS und AS im
Duodenum 
Insulinsekretion  (glucosedependent insulin-releasing
peptide“), HCl-Sekretion ↓,
Magenmotilität ↓
K-Zellen
(Duodenum, Jejunum)
30
Hormon
VIP (vasoactive intestinal
peptide)
Enteroglucagon
Somatostatin
Motilin
Neurotensin
Pankreatisches Polypeptid
Sekretion
Motilität
HCl-Sekretion ↓,
intestinale Sekretion ↑ 
Darmmotilität ↓
HCl-Sekretion ↓,
Pankreassekretion ↓
Darmmotilität ↓
Gastrin-, Pepsinogen- , VIP- und
Neurotensin -Seketion ↓
Darmmotilität ↓
Pepsinogen-Sekretion ↑
Darmmotilität ↑
Magensaftsekretion ↓,
Pankreassekretion 
Pankreassekretion ↓
Substanz P
Opioidpeptide (β-Endorphin,
Enkephaline, Dynorphine)
Darmmotilität ↓
Darmmotilität ↑
Darmsekretion ↓
Propulsive Peristaltik ↓,
Sphinktertonus 
31
Nahrungsbestandteile
Substanzklasse
Bestandteile
resorbierbare
Einheit
Kohlenhydrate
Mono-, Di-, Oligo- und
Polysaccharide,
Zuckeralkohole
Monosaccharide
(Glucose, Fructose,
Galactose)
Mund (Speichelamylasen)
Dünndarm (Pankreasamylase)
Dünndarm
Proteine
AS, Peptide, Proteine
AS, Dipeptide
Magen (Pepsine)
Duodenum (Endo- und
Carboxypeptidasen)
Bürstensaum-Membran
(Amino- und Dipeptidasen)
Dünndarm
Fette
Einfache Lipide (FS,
Isoprenoid-verbindungen)
Acyllipide (Mono-, Di- und
Triacylglyceride,
Phospholipide, Glycolipide,
Wachse)
Monoglyceride, FS
Mund (Zungengrundlipase)
Magen (Magenlipase,
Hydrolyse)
Duodenum (Pankreassaft und
Galle, Hydrolyse)
Dünndarm
Ausnahme:
Magen (kurzkettige
FS)
Mineralstoffe,
Spurenelemente
Na, K, Mg, Ca, I, Fe, Se, Zn, Cu,
Mn, Si, u.v.m.
Ionen
Vitamine
Fettlösliche (A, D, E, K) und
wasserlösliche (B1, B2, B6, B12,
C, H) Vitamine
H2O
Verdauung
Resorptionsort
Dünn- und Dickdarm
Dünndarm
Dünn- und Dickdarm
32
33
•
•
•
•
•
Chylomikrone
VLDL
IDL
LDL
HDL
Durchmesser
Lipoproteine
34
Nahrungsinhaltsstoffe
Werden von Körperzellen für Wachstum, Instandhaltung und
Reparatur benötigt
• Wasser
Wichtigstes Medium für Stoffwechselreaktionen
• Kohlenhydrate
Energielieferanten für Stoffwechsel, Bausteine
• Lipide
für Körperstrukturen
• Proteine
u.a. Bestandeile von Enzymsystemen die
• Mineralien
Stoffwechselreaktionen katalysieren
• Vitamine
35
Mineralstoffe
• Essentielle
Nahrungsbestandteile:
– Makromineralien
( = Mengenelemente):
Tagesbedarf > 100 mg
– Mikromineralien
( = Spurenelemente):
Tagesbedarf < 100 mg
• Funktion:
– regulieren Wasser-/
Elektrolythaushalt
– sind Bestandteile von
Enzymen und Hormonen
– beeinflussen Blutgerinnung
– sind am Aufbau von
Knochen und Zähnen
beteiligt oder beeinflussen
die Muskelkontraktion
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Mengenelemente
Spurenelemente
Folgende
Mengenelemente
benötigt der Körper in
großen Mengen:
Beispiele für essentielle
Spurenelemente:
•
•
•
•
•
Kalzium
Magnesium
Natrium
Kalium
Phosphat
•
•
•
•
•
•
Eisen
Zink
Kupfer
Fluor
Iod
Selen
37
Spurenelemente
• Mineralstoffe mit einem Anteil von < 0,01% der
Gesamtkörpermasse
• Akzidentelle Spurenelemente
→ unwesentlich, potentiell toxisch (z.B. Hg, Cd)
• Essentielle Spurenelemente
→ lebensnotwendig:
- reversible Mangelerscheinungen
- z.T. Bestandteile von Enzymen, Hormonen und Vitaminen
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Eisen
• Eisen ist häufigstes Spurenelement
Gesamtpool:
– 70% in Hämoglobin
– 12% in Myoglobin und eisenhaltigen Enzymen
(Bsp.: Cytochrome (Eisenporphyrin – Enzyme →
Mitochondriale Atmungskette: Energieproduktion))
– Rest als Depoteisen
• Funktionen:
– O2-Transport im Blut (Hämoglobin)
– O2-Bindung im Muskel (Myoglobin)
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• Resorption:
Fe2+ im oberen Dünndarm
bedarfsgesteuert
(max. 40%)
• Speicherung:
Ferritin oder Hämosiderin
(Leber, Milz, Knochenmark)
• Recycling aus Hämoglobin
• Mangelerscheinung:
Anämie
Stadium I: Eisenspeicher werden geleert
Stadium II: Eisenspiegel sinkt im Serum
Stadium III: Hypochrome, mikrozytäre Eisenmangelanämie
(Hämatokrit, Erythrozytenzahl und Hämoglobin erniedrigt)
Hauptsymptom: blasse Hautfarbe
40
Intestinale Eisenresorption
M: Mobilferrin
Tr: Transferrin
41
Zink
• Funktion: Bestandteil bzw.
Co-Faktor vieler Enzyme
→ Protein-, Kohlenhydrat-, Lipid-, Vitamin A –Stoffwechsel;
Abbau von Alkohol
• Resorption: im oberen Dünndarm über aktives
Transportsystem, bedarfsgesteuert (max. 50%)
• im Pankreas: Komplexbildner für Insulin und Glukagon
• Zinkmangel: T-Lymphozyten , Antikörper 
• Mangelerscheinungen:
Wachstumsstörungen, Appetitlosigkeit, Geschmacks- und
Geruchsstörungen, Störungen der Dunkeladaption, verzögerte
Wundheilung, Haarausfall, Potenzstörungen
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Kupfer
• Funktionen:
– Bestandteil vieler Enzyme, die an Redox-Reaktionen
beteiligt sind
• Überdosierung:
– normalerweise: Kupferüberschuss mit Gallenflüssigkeit
ausgeschieden
– selten: Morbus Wilson, Genmutation
→ gestörter Kupferstoffwechsel
→ Leberversagen
• Mangelerscheinungen:
– früher: häufig Mangelerscheinungen bei Neugeborenen
– heute: nur bei parenteraler Ernährung (→ Anämie)
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Fluorid
• Funktion:
– Osteogenese: stimuliert Osteoblasten
→ vermehrte Knochenbildung
– Einbau in Apatitgitter des Knochens
– Kariesprophylaxe
• Resorption: fast vollständig
• Verteilung in der Extrazellularflüssigkeit, Anreicherung im Knochen- und
Zahngewebe
• Karies, Osteoporose: keine Fluorid-Mangelkrankheiten
• Überdosierung:
– chronische Überdosierung:
während Zahnentwicklung → Zahnfluorose mit Schmelzdefekten am
bleibenden Gebiss
– langfristige Überdosierung:
Knochenfluorose, Störung des Knochenaufbaus
44
Jod
• Resorption: fast vollständig
• Anreicherung: v.a. Schilddrüse
→ jodhaltige Schilddrüsenhormone
Thyroxin und Triiodthyronin
• Mangelsymptom:
Schilddrüsenunterfunktion → Kropf
• Iodmangel in der Schwangerschaft:
Schilddrüsen-Unterfunktion des Kindes
→ schwere körperliche und geistige Entwicklungsstörungen
45
Selen
• Funktion: Bestandteil einiger Enzyme
- Glutathion-Peroxidase
- Schilddrüse:
selenhaltige Deiodase katalysiert Iodabspaltung von
Thyroxin zu Triiodthyronin
• Resorption:
– elementares Selen: schlecht
– Selenomethionin,
Selenocystein (tierische LM),
Selenate, Natriumselenit
• Mangelkrankheit (extrem selten):
Keshan-Krankheit (Kardiomyopathie),
Kaschin-Beck-Krankheit (Gelenkknorpeldegeneration)
46
Vitamine
Funktion: Coenzyme oder prosthetische Gruppen von Enzymen
Fettlösliche Vitamine:
• Vitamin A, D, E, K
• Isoprenoide
CH3
CH2
H2C
• in Nahrungsfetten gelöst
• Transport im Blut über
Lipoproteinkomplexe oder
Plasmaproteine
• Vitamin A, D, E können
gespeichert werden
• Hypervitaminosen:
Vitamin A, D
Wasserlösliche Vitamine:
• Vitamine der Gruppe B,
Vitamin C, H
• verschiedene Stoffklassen
• Vitamin B12 kann
gespeichert werden
47
Systematik cofaktorhaltiger Enzyme
(nach Schellenberger, 1989)
Holo-Enzym
Cofaktor
(kein Protein)
Metallionen
(am Funktionsmechanismus beteiligt)
Prostethische Gruppe
(stabil gebunden)
+
Apoenzym
Coenzym
Cosubtrat
(cyclische Regenerierung)
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Fettlösliche Vitamine
Vitamin
Name
aktive Form
Funktion
Mangelkrankheit
beim Menschen
Resorption
Vorkommen
A
Retinol
Retinol
Chromophor
beim Sehprozeß
Nachtblindheit
β-Carotin im
Dünndarm mit
Lipiden
Fisch,
Provitamin in
vielen Pflanzen
Retinsäure
Signalstoff für
Differenzierung
Wachstums- und
Entwicklungsstörungen
D
Colecalciferol
Calcitriol
Hormon
Rachitis,
Osteomalazie
im Dünndarm
mit Lipiden
Fisch, Eigelb,
Leber
E
Tocopherole
Tocopherol
Antioxidans
Hämolytische
Anämie, neurologische Störungen
im Darm mit
Lipiden
Getreidekeime,
Pflanzenöle
K
Menachinon
und ähnliche
Verbindungen
Menahydrochinon
Coenzym der
Carboxylierung
Verzögerte
Blutgerinnung
im Dünndarm
mit Lipiden
Produkt von
Darmbakterien;
viele Pflanzen
und tier.
Gewebe
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Vitamin A
• Vitamin A:
alle Substanzen mit biol.
Wirkung von Retinol
• Provitamin A:
Carotinoide
• 1 mg Retinol-Äquivalent =
6mg β-Carotin, 12 mg
andere Carotinoide
• Stabilität:
licht- und hitzelabil, Ester
stabiler
50
• in Mucosazellen: Veresterung des Retinols
→ Einbau in Chylomikronen und Transport zur Leber
• Leber: Speicherung (20 – 300 µg/g Leber)
– in Parenchymzellen (kurzzeitig)
– in Stellatumzellen (langfristig)
• Funktion:
– Wachstumsregulation und Differenzierung von Haut- und
Schleimhautzellen
– Sehvorgang
• β-Carotin: Radikalfänger
• Mangelerscheinung (Xerophthalmie, Hyperkeratose,
Fortpflanzungsstörungen)
• Hypervitaminose
– akute Toxizität beim Erwachsenen: 600 – 1500 mg Retinol
– chronische Toxizität beim Erwachsenen: 30 mg Retinol pro Tag
– durch Carotinoide keine Hypervitaminose
51
Sehvorgang
Retinol:
funktionelle Gruppe im
Rhodopsin der Stäbchen
und Zapfen in Retina
→ Konformationsänderung
des 11-cis- Retinals nach
Adsorbtion eines Photons
zu all-trans-Retinal
→ Umwandlung von Lichtreiz
in atomare Bewegung und
elektr. Impuls über EnzymKaskade
52
Vitamin D
• Vitamin D:
Cholecaliferol (Vitamin D3)
chem. verwandte Substanzen mit
biologischer Wirkung von
Cholecaliferol
• Vitamin D2:
Ergocalciferol (aus Ergosterin)
• Vitamin D3:
Cholecaliferol (aus 7Dehydrocholesterin)
Cholecalciferol
• Aktive Form:
1,25-Dihydroxycholecalciferol =
Steroidhormon
• Funktion:
Aufrechterhaltung des Calciumund Phosphatspiegels im Blut
(Resorption von Ca2+, PO43-;
Mobilisierung Ca2+ aus Knochen)
• Mangelsymptome (Rachitis,
Osteomalazie →
Knochendeformation)
• Hypervitaminose
(Hyperkalzämie: Calciumablagerung in Weichgeweben)
53
Vitamin E
• Vitamin E:
alle Substanzen, die sich vom
Tocol (Benzolring ohne
Methylsubstitution) ableiten
• stärkste Wirkung:
α-Tocopherol
-Tocopherol
• rasche Oxidation durch Sauerstoff
→ Funktion:
antioxidative Wirkung: fängt reaktive Sauerstoffspezies ab
• Resorption:
mit den Fetten (→ Chylomikronen)
54
Wirkprinzip
55
Vitamin K
• Vitamin K:
1,4-Naphthochinonderivate
• Vitamin K1:
Phyllochinon
• Vitamin K2:
Menachinon
• Vitamin K3:
Menadion
• Stabilität:
unempfindlich gegen Hitze,
aber lichtempfindlich
O
CH3
CH3
H
3
CH3
O
O
Vitamin K1
CH3
CH3
H
n-1
CH3
O
Vitamin K2
O
H
CH3
O
Vitamin K3
56
• Funktionen:
– Blutgerinnung: Synthese von Gerinnungsfaktoren
(Carboxylierung von Glutaminsäureresten des
Prothrombins → Chelatfunktion (Ca2+))
• Resorption:
– Vorzugsweise im Jejunum über sättigbaren,
energieabhängigen Transporter
• Transport im Blut über Lipoproteine (v.a. VLDL)
• nur geringe Speicherung
• Mangelsymptom: Störung der Blutgerinnung
57
Wasserlösliche Vitamine
Vitamin
B1
B2
Name
aktive Form
Funktion
Mangelkrankheit
beim Menschen
Resorption
Thiamin
Thiamindiphosphat
Überträger von
aktiven
Aldehydeinheiten
Beriberi, Polyneuritis
Jejunum
Riboflavin
FMN, FAD
Überträger von H2
Anämie, Dermatitis,
Cheilosis, Glossitis
Dünndarm
Vorkommen
Fleisch,
Getreide
Milch, Hefe,
Leber
Nicotinamid,
Nicotinsäure
NAD+, NADP+
Überträger von H2
Pellagra, Durchfall,
Delirium
Dünndarm
in vielen
pflanzl. und
tier.
Produkten
Folsäure
H4-Folat
Überträger von C1Gruppen
Megaloblastäre
Anämie
Dünndarm
Frische, grüne
Gemüse
Dünndarm
in vielen
pflanzl. und
tier.
Produkten
Pantothensäure
CoA, Acyl-CarrierProtein
Aktivator von FS
„brennender Fuß“Syndrom
58
Wasserlösliche Vitamine
Vitamin
Name
B6
Pyridoxin,
Pyridoxal,
Pyridoxamin
aktive Form
Funktion
Pyridoxalphosphat
Coenzym des ASStoffwechsels
Mangelkrankheit
beim Menschen
Resorption
Vorkommen
Dünndarm
Leber, Fisch,
Eier, Früchte,
Gemüse
Perniziöse Anämie
Ilenum
Leber, Fisch,
Mikroorganismen
unbekannt
B12
Cobalamin
Adenosyl-cobalamin
Umlagerungsreaktionen
C
Ascorbinsäure
L-Ascorbinsäure
Reduktionsmittel
Skorbut
Mundschleimhaut, Dünndarm
Frisches Obst
und Gemüse
H
Biotin
Enzym-gebundenes
Biotin
Coenzym der
Carboxylierungen
Dermatitis,
Halluzinationen
Dünndarm
Produkt von
Darmbakterien
59
Vitamin B1 (Thiamin)
• Synonym: Aneurin
• Stabilität: thermolabil
• Funktion: Thiaminpyrophosphat fungiert als Coenzym
(Pyruvatdehydrogenase-Reaktion, Citratcyklus, Pentosephosphat-Weg)
• Resorption:
Dephosphorylierung → rasche, vollständige Resorption
im Organismus:
Re-Phosphorylierung zu Thiaminpyrophosphat und –triphosphat
• Mangelsymptome:
Beriberi*: Muskelschwäche, periphere Polyneuropathien, Störungen der
Herzfunktion, Lactatazidose, Wernicke-Korsakoff-Psychose (Alkoholiker)
(*erstmals in Ländern beobachtet, wo polierter, thiaminarmer Reis
Hautnahrungsmittel ist)
60
Vitamin B2 (Riboflavin)
• Lebensmittelfarbstoff (E101)
• geringe Wasserlöslichkeit
• Stabilität:
lichtempfindlich, unbeständig in alkalischem Milieu
• Funktion:
prosthetische Gruppe von H2-übertragenden Enzymen
- Flavinnucleotide:
Flavin-Adenin-Dinukleotid (FAD)
Flavin-Mononukleotid (FMN)
61
Riboflavin
FAD
• Resorption: gute Resorption (im oberen MDT)
in Mukosa: Phosphorylierung zu FMN
• Mangelsymtome:
Anämie, Dermatitis, Vaskularisierung der Hornhaut
62
Vitamin B6
CH3
R
OH
• Pyridoxin (Pyridoxol),
Pyridoxin: R = CH2OH
Pyridoxal,
Pyridoxal: R = CHO
Pyridoxamin
N
CH3
Pyridoxamin: R = CH2NH2
• Stabilität:
lichtempfindlich, unbeständig, in neutralem und alkalischem
Millieu, Pyridoxamin und Pyridoxal hitzelabil
• Funktionen:
– Pyridoxalphosphat ist Coenzym des AS-Stoffwechsels
(Amino-Transferasen)
– Cofaktor bei der Hämoglobinsynthese
• Resorption: schnell, im oberen MDT
• Mukosa und Gewebe: Phosphorylierung zu PLP
• Mangelsymptome:
hypochrome Anämie, Dermatitis, periphere Neuritis, Krämpfe
63
Vitamin B12
• Cobalamine
• makrozyklische
Verbindungen (Corrinring)
mit zentralem Cobaltatom
• Stabilität:
im Dunkeln sehr stabil
64
• Funktionen:
– Coenzym der Methionin-Synthase
– Coenzym der Methylmalonyl-Coenzym-Mutase
(Desoxyadenosylcabalamin)
• nach oraler Gabe:
– Aktiver Transport: Bindung an Intrinsic Faktor (wird von
Magenschleimhautzellen produziert und besitzt zwei
Bindungszentren, eines für Cobalamin und eines für den
B12-Rezeptor im Ileum)
– Passiver Transport ohne Intrinsic Faktor (nur 1-3%)
• Leber: Metabolisierung zu Methylcobalamin und
Desoxyadenosylcobalamin
• Mangelsymptome:
perniziöse Anämie, funikuläre Myelose (→ neurologische
Störungen), erhöhte Spiegel an Methylmalonsäure und
Homocystein erhöhtes Risiko für Atherosklerose
65
Nicotinsäure, Nicotinamid
• Nicotinsäure:
Niacin,
Vitamin B3 oder
Vitamin PP (Pellagra
preventing factor)
O
OH
N
Nicotinsäure
O
NH2
N
Nicotinamid
66
• aktive Formen:
- Nicotinamid-Adenin-Dinukleotid
(NADH)
- Nicotinamid-Adenin-Dinukleotid-Phosphat
(NADPH)
• Funktionen: Übertragung von Wasserstoff
NADPH
– Redoxcofaktor
– Coenzym zahlreicher Dehydrogenasen
(NAD+: Atmungskette; NADP+: z.B. Synthese von Fettsäuren)
• Resorption: gut
• Mangelsymptome : Pellagra
(Leitsymptome: Dermatitis, Diarrhö und Demenz, Death)
67
Folsäure
• natürlich vorkommende
Derivate der Folsäure
• Stabilität:
hitzelabil, lichtempfindlich
• Aktive Form:
Tetrahydrofolsäure
68
• Funktion : Übertragung von C1 – Resten
- Methylierung von Homocystein zu Methionin
- Synthese von Purinringen (Blutbildung)
- DNA-Synthese: Methylierung von
Desoxyridinmonophosphat (dUMP) zu Thymidylat (dTMP)
• Resorption:
gut bei Monoglutamat, bei Polyglutamat schlechter
(enzymatische Spaltung im Darm)
• Mangelsymptome (Anämie, Neuralrohrdefekt)
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Biotin
• Synonym:
Vitamin H* (*Haut)
• Wirksame Form:
D-(+)-Biotin
• Funktion:
Coenzym für CarboxylierungsReaktionen (Carboxylasen)
• Resorption: gut (enzymatische Spaltung des proteingebundenen Biotins
durch körpereigene Biotinidase)
• im Blut: Bindung an Plasmaproteine, Freisetzung durch Biotinidase
• Mangelsymptome:
Dermatitis, Haarausfall, gastrointestinale Störungen, Depressionen,
Fortpflanzungsstörungen
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Pantothensäure
• Synonym: Vitamin B5
• Kombimolekül aus Alanin und Pantoinsäure
• Provitamin: Dexpanthenol
(Säuger: Metabolisierung zur Pantothensäure)
• Mangelsymptome:
– in Industrieländern:
unbekannt
– in Entwicklungsländern:
burning feet syndrom → Parästhesien
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Wirkform: Coenzym A
Acetyl - Coenzym A
• Cysteamin –
Pantothensäure –
Adenosinnukleotid
• reaktive Gruppe: SH
• Funktion: Übertragung von
Acylresten
• Funktionen:
– Synthese von Citronensäure
(Citratzyklus)
– Acetylierung von Aminen,
Arzneistoffen
– Bildung von Estern, z.B.
Acetylcholin
– Abbau von Fetten, KH und AS
– Biosynthese von FS,
Phosphatiden, Steroiden
Coenzym A: R = H
Acetyl-Coenzym A: R = Acetyl
O
R
O
S
O
NH
NH2
H3C
CH3
O
O
P
O
-
NH
O
O
P
N
N
O
N
-
O
O
N
OH
Cysteamin
Pantothensäure
O
O
OH
P
O
-
-
O
3`5`- ADP
72
Vitamin C (L-Ascorbinsäure)
HO
H
O
O
• wirksame Gruppe:
HO
Endiolgruppierung
• starkes Reduktionsmittel
HO
OH
• Stabilität:
durch Schwermetall-Spuren leicht zerstörbar, licht- und hitzeempfindlich
• Funktionen:
– Kollagen: Hydroxylierung von Prolin
– Noradrenalin: Hydroxylierung von Dopamin
– Biosynthese von Nebennierenhormonen, Carnitin
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• Redoxsystem: Ascorbat/Dehydroascorbat
OH
OH
OH
O
OH
Oxidation
O
O
O
-
+
+ 2e +2 H
Reduktion
HO
OH
O
O
• Mangelsymptome:
– Skorbut: v.a. im mesenchymalen Gewebe
Blutungen, Schmerzen (Muskulatur, Extremitäten), gesteigerte
Infektionsbereitschaft
– Möller-Barlowsche Krankheit: bei Säuglingen
– Subklinische Mangelzustände:
Abgeschlagenheit, Appetitlosigkeit, gesteigerte Infektionsbereitschaft
→ subklinische Mangelsymptome sind relativ häufig, Skorbut und MöllerBarlowsche Krankheit spielen in Mitteleuropa kaum eine Rolle
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