Mitochondrien. Birgitt Täuber-Rusch

verursachen kann. Trotzdem: Ohne Fett kann der Mensch nicht leben.

      Fett ist ein wichtiger Geschmacksträger und liefert viel Energie (9,3 kcal bzw. 39 kJ pro Gramm), mehr als doppelt so viel wie Kohlenhydrate (4,1 kcal bzw. 17 kJ pro Gramm) oder Eiweiße (ebenfalls 4,1 kcal bzw. 17 kJ pro Gramm). Weiterhin dient es zur Wärmeisolation, schützt innere Organe und spielt eine wichtige Rolle beim intrazellulären Membranaufbau. Die Fette, die wir über die Nahrung aufnehmen (also Pflanzenöle, Butter etc.), setzen sich aus unterschiedlichen Bestandteilen zusammen: Phospholipiden, Cholesterin, Triglyceriden, den fettlöslichen Vitaminen E, D, K und A und Fettsäuren.

      Fette lösen sich nicht in Wasser und können nicht einfach ins Blut aufgenommen und dort transportiert werden; zu diesem Zweck werden sie in sogenannte Lipoproteine (Komplex aus Apoproteinen, Phospholipiden, Cholesterin und Triglyceriden) eingebaut.

      Die Fettverdauung beginnt bereits im Mund. Ein dort freigesetztes Enzym (Zungengrund-Lipase) beginnt hier schon mit der Fettzerlegung. Hauptsächlich findet sie jedoch im Dünndarm statt, und zwar mithilfe von Gallensäuren aus der Leber und anderen Lipase-Enzymen aus dem Verdauungssaft der Bauchspeicheldrüse. Durch den Kauvorgang und die Magenmotilität (Motilität = Bewegung) sowie die Beimischung von Gallensalzen im Dünndarm findet eine Emulsion der Fette statt, wodurch sie sich in sehr feine Tröpfchen in der wässrigen Umgebung verteilen und somit den Lipasen eine große Angriffsfläche bieten. Die vorwiegende Fettresorption findet im Zwölffingerdarm (Duodenum) und im oberen Leerdarm (Jejunum) statt. Dafür ist eine Zerlegung der Triglyceride mittels Lipasen in Glycerin und Fettsäuren notwendig. Aus diesen werden im Darmlumen sogenannte Mizellen gebildet, die in die Dünndarmzelle aufgenommen werden und ihren Inhalt, also die Glyceride und Fettsäuren, in die Darmzelle (Enterozyt) abgeben.

      Nur kurze und mittellange Fettsäuren gelangen durch die Darmzotten ins Blut, das sie zum Abbau in die Leber transportiert. Für langkettige Fettsäuren findet zunächst eine Resynthese zu Triglyceriden statt. Diese können die Zelle nicht verlassen und müssen vorher mit einer speziellen Proteinhülle versehen werden. Es entstehen sogenannte Chylomikronen, mit deren Hilfe die Fette die Zellmembran wieder passieren können und dann ins Lymphsystem abgegeben werden. Von dort aus gelangen sie in den großen Blutkreislauf und werden zu den Zielzellen transportiert.

      Die freien Fettsäuren dienen nun der Zielzelle zur Energiegewinnung. Wie wir gesehen haben, ist die Fettaufnahme, der Fetttransport und der Weg in die Zelle ein hoch komplexer, intelligenter Vorgang, der eines Höchstmaßes an Koordination bedarf.

      Der Hauptspeicherort der Fette ist im Zytosol der Zellen.

      Kohlenhydratverdauung und Zuckeraufnahme im Körper

      Kohlenhydrate bzw. Zucker sind in vielen Lebensmitteln enthalten und als Energielieferanten für uns Menschen lebenswichtig. Besonders der Traubenzucker (Glukose) liefert Energie für sehr viele Vorgänge im Körper.

      Die Kohlenhydratverdauung beginnt bereits im Mund unter Einfluss des Enzyms Amylase: Es entstehen Stärke und Maltose. Im Magen quellen die Zuckermoleküle mithilfe von Wasser und Säure auf und entwirren sich. Im Dünndarm findet nun die weitere Aufspaltung statt. Hierbei sind die Enzyme der Bauchspeicheldrüse von Bedeutung, welche die Stärke vollständig in Maltose zerlegen. Mit Enzymen des Bauchspeichels und der Darmwand wird die Maltose weiter in Glukose verwandelt. Aber nicht nur Stärke, sondern alle mit der Nahrung aufgenommenen Polysaccharide (Vielfachzucker) und Disaccharide (Zweifachzucker) werden auf diese Art und Weise in Einfachzucker wie Glukose, Fruktose und Galaktose gespalten. Glukose und Galaktose werden aus dem Dünndarm aktiv resorbiert, Fruktose hingegen wird über erleichterte Diffusion in die Enterozyten des Darms aufgenommen. Von dort gelangen sie über die Blutkapillaren in den Blutkreislauf.

      Mit dem Blut wird die Glukose nun zunächst zur Leber transportiert. Die Glukose dient hier zum einen als Energielieferant, zum anderen wird sie als Glykogen gespeichert. Der Hauptanteil jedoch verlässt die Leber und wird zu den Zielzellen transportiert, die Glukose benötigen.

      Die meisten Zellen können aber den Zucker nicht direkt aufnehmen. Sie brauchen dazu das Insulin, mit dessen Hilfe der Zucker durch die Zellwand in den Zellinnenraum gelangen kann. Ohne Insulin verbleibt der Zucker im Blut, wo die Konzentration ansteigt – was zu hohe Blutzuckerwerte zur Folge hat und viele negative Auswirkungen, Symptome und Schäden verursacht (z.B. bei Diabetes).

      Insulin ist das in der Bauchspeicheldrüse in den Betazellen der Langerhans-Inseln gebildete und dort gespeicherte Hormon. Die Bauchspeicheldrüse hält immer ca. 10 mg Insulin vorrätig – eine Menge, die je nach den momentanen Lebensumständen und Belastungen für ca. 5 Tage ausreicht. Während und nach der Nahrungsaufnahme leert sich dieser Speicher entsprechend dem Insulinbedarf. Die Zuckermengen im Blut werden gemessen und signalisieren der Bauchspeicheldrüse, Insulin auszuschütten und gleichzeitig neues Insulin für das Depot zu bilden.

      Auf der Zelloberfläche befinden sich Rezeptoren, an die das Insulin andocken kann; das gleicht einem Schlüssel, der genau ins Schloss passt. Wenn also Insulin die Rezeptoren aktiviert hat, können die Zellen in den Organen die Zuckermoleküle aufnehmen und den Zucker zur Energiegewinnung abbauen, sodass der Blutzuckerspiegel gesenkt wird.

      Etwa 2 Stunden nach der Nahrungsaufnahme ist der Zucker mithilfe des Insulins im Blut weitgehend in den Zellen verschwunden. Würde Insulin weiter ungebremst Zucker in die Zellen schleusen, dann würde im Blut »Unterzucker« herrschen. Das Gehirn bekäme dann zu wenig Treibstoff: Dadurch sinkt die Konzentration, die Laune verschlechtert sich und wir fühlen uns immer schwächer. Deshalb schüttet die Bauchspeicheldrüse kein weiteres Insulin aus, sobald der Blutzuckerspiegel das Normalniveau erreicht hat.

      Der Gegenspieler des Insulins ist das Hormon Glukagon, das die Leber veranlassen kann, aus den Zuckerdepots (Glykogen) den Zucker freizusetzen.

      Eiweiße, Fette und Zucker gelangen wie beschrieben in den Körper und werden zerlegt. Das dabei entstehende Kohlenwasserstoffmolekül wird dann mithilfe von Sauerstoff zu Kohlendioxid und Wasser verbrannt. Beim Zucker ist es das Pyruvat, bei den Fetten sind es die Fettsäuren, und bei den Eiweißen sind es die Aminosäuren, die in die Mitochondrien gelangen und über die dortigen Stoffwechselwege in Energie umgewandelt werden.

      Bei der Energiegewinnung durch die Zellatmung werden ungefähr 80 Prozent des eingeatmeten Sauerstoffs verbraucht. Durch die Verbrennung wird Energie frei; damit sie nicht auf einmal freigesetzt wird, speichert die Zelle sie in der energiereichen und für die Zelle nutzbaren Form des ATP. Die Zellatmung besteht aus verschiedenen Teilschritten. Zum einen sind dies die Glykolyse im Zytosol sowie der in der Matrix stattfindende Zitronensäurezyklus oder Krebs-Zyklus (nach seinem Entdecker benannt) und zum anderen die Atmungskette mit der oxidativen Phosphorylierung in der inneren Mitochondrien-Membran.