Warum kann Cellulose vom menschlichen Organismus nicht verdaut werden?
hallo guten Abend. Es ist ja Fakt das Stärke und Cellulose Polysaccharide sind, die aus Glucose Bausteinen zusammengesetzt sind. Während Stärke jedoch vom Menschlichen Organismus verdaut werden kann, kann es Cellulose nicht. Woran liegt das? Kann mir jemand eine begründete Hypothese dazu aufstellen?
5 Antworten
ja, du hast recht, die Bausteine sind die gleichen (Glucose), aber die Bindung zwischen ihnen ist eine andere, die sog. β-1--->4 glycosidische Bindung, während Stärke duch α-1--->4 glycosidische Bindung verknüpft ist. Hypothese: Die Enzyme, die die α-1--->4 glycosidische Bindung spalten können, können β-1--->4 glycosidische Bindungen nicht spalten.
Vgl.: https://de.wikipedia.org/wiki/Glycosidische_Bindung#Di-,_Oligo-_und_Polysaccharide
LG
Die Bausteine mögen die gleichen sein. Sowohl die Amylose und das Amylopektin, die beiden Hauptbestandteile der Stärke, als auch die Cellulose in der Zellwand bestehen aus Glucosebausteinen. Verbunden sind die einzelnen Bausteine jedoch auf eine unterschiedliche Art und Weise.
Die Verknüpfungen werden zwischen den beiden OH-Gruppen zweier Glucosebausteine gemacht, wobei ein Sauerstoffatom als "Brücke" zwischen den beiden Molekülen fungiert. Der Rest der beiden Bindungen (ein Sauerstoff- und zwei Wasserstoffatome) wird als Wasser abgespalten. Man bezeichnet diese Art der Bindung als glykosidische Bindung. Genauer, weil dieVerknüpfung über den Sauerstoff erfolgt, als o-glykosidische Bindung. Bei der Benennung der Bindungsart spielt außerdem eine Rolle, über welche beiden C-Atome die Moleküle miteinander verbunden sind. Das sind bei Stärke und Cellulose vor allem Bindungen zwischen dem ersten C-Atom des einen und dem vierten C-Atom des zweiten Bausteins, man nennt diese Bindungen deshalb 1.4-glykosidisch. Beim Amylopektin und der Cellulose kommen darüber hinaus auch noch 1.6-glykosidische Bindungen vor, nämlich überall dort, wo sich eine solche Polysaccharidkette aufzweigt.
So weit zu den Gemeinsamkeiten. Es gibt nun aber einen entscheidenden Unterschied, den anomeren Zustand, also der sterischen Anordnung. Befindet sich das Sauerstoffatom gegenüber dem konfigurationsbestimmenden C-Atom in trans-Stellung, benennt man die Art der Bindung als α-glykosidisch. Ist es dagegen in cis-Stellung, wird die Bindung β-glykosidisch genannt. Wie erkennt man nun auf Darstellungen, welche Konfiguration vorliegt? Das konfigurationsbestimmende C-Atom steht immer links und dann muss man sich nur anschauen, in welche Richtung der Sauerstoff zeigt. Zeigt er nach unten, ist es eine α-glykosidische Bindung, zeigt er nach oben, ist die Bindung β-glykosidisch.
Bei der Stärke sind die einzelnen Bausteine ausschließlich α-glykosidisch verknüpft. Cellulosebausteine werden dagegen nur β-glykosidisch verknüpft. Diese unterschiedliche Art der Verknüpfung ist der Grund, weshalb wir Stärke verdauen können, Cellulose jedoch nicht. Denn die Enzyme, mit denen Stärke gespalten wird, die so genannten Amylasen, sind mit ihrem aktiven Zentrum so beschaffen, dass sie ausschließlich α-glykosidische Bindungen trennen können. Wie du sicher weißt, müssen aktives Zentrum des Enzyms und das Substrat zueinander passend sein wie Schloss und Schlüssel, andernfalls kann das Enzym das Substrat nicht umsetzen. Genau das ist der Fall bei der β-glykosidischen Bindung, die von Amylasen einfach nicht geknackt werden kann.
Warum unterscheiden sich Stärke und Cellulose aber so voneinander? Die Erklärung liegt darin, dass Pflanzen Stärke und Cellulose unterschiedlich nutzen. Stärke ist für die Pflanze die Speicherform von Kohlenhydraten. Damit speichert die Pflanze Energie für Notzeiten. Oft wird die Stärke dafür in besonderen Organen eingelagert, etwa in Form der Sprossknollen wie bei der Kartoffel. Cellulose ist wichtigster Teil der pflanzlichen Gerüstsubstanz und gibt in der Zellwand der Pflanze Halt und Stabilität. Wäre nun Cellulose ebenso wie Stärke durch α-glykosidische Bindungen verknüpft, dann würde die Pflanze jedes Mal, wenn sie Stärke in Energie umsetzen will, auch ihr eigenes Grundgerüst verdauen, da die Amylasen nicht mehr zwischen "Speicherform" und "Gerüstform" der Kohlenhydrate unterscheiden könnten. Die unterschiedlichen Bindungsformen sind also ein Schutz vor der Selbstverdauung.
Damit Cellulose verwertet werden kann, braucht man deshalb andere Enzyme, die β-glykosidische Bindungen aufbrechen können. Solche Enzyme nennt man Cellulasen. Die meisten tierischen Organismen einschließlich des Menschen haben diese Enzyme jedoch nicht. Viele Tiergruppen können aber auf Umwegen die Cellulose verwerten. Dafür brauchen sie aber die Hilfe von vielen kleinen Helferlein - Mikroorganismen. Viele einzellige Baktierien haben nämlich Cellulasen und können die pflanzliche Gerüstsubstanz daher verwerten. Große Pflanzenfresser besitzen deshalb in ihrem Verdauungstrakt riesige Gärkammern, in denen Mikroorganismen leben und Cellulose verdauen. Dabei entstehen kurzkettige Fettsäuren (Acetat, Propionat und Butyrat), welche vom Tier aufgenommen und zur Energiegewinnung genutzt werden. Die Wiederkäuer haben ihre Vormägen zu dieser mikrobiellen Fermentation der Pflanzengerüstsubstanz adaptiert. Ähnliche Vorrichtungen kommen aber auch bei Känguruhs, Kamelen oder Flusspferden und sogar bei einigen Affen (Nasenaffe) vor. Man bezeichnet diese Tiere als Vormagenverwerter. Bei anderen Tieren dient dagegen der Dickdarm als Gärkammer. Hier kann man noch einmal zwei Formen unterscheiden: zum einen kann das Colon als Gärkammer fungieren, wie das beispielsweise bei Pferden der Fall ist. Man nennt sie deshalb Colon-Fermenter. Vor allem viele kleinere Pflanzenfresser wie die Hasenartigen und Nagetiere fermentieren die Pflanzen hingegen mit dem Blinddarm (Caecum), man bezeichnet sie funktionell deshalb als Caecum-Verwerter.
Da beim Menschen keine solche Gärkammer existiert und ja auch unser Caecum fast vollständig rückgebildet wurde, können wir Cellulose heute nicht verwerten.
Cellulose ist etwas "härter" und braucht verschiedene Enzyme die z.B. Kühe in ihren verschiedenen Mägen haben, wir Menschen aber nicht.
Jeder Stoff wird von einem oder mehreren bestimmten Enzymen abgebaut. Wir haben das Enzym im Körper welches Stärke abbaut, aber nicht das was Cellulose abbauen kann. Deswegen können wir Stärke verdauen und Cellulose nicht.
Vielen Dank. Hab ausversehen auf Nicht Hilfreich geklickt nicht übel nehmen tut mir leid :c
Kannst du mir noch verraten wie diese Enzyme heißen wäre voll korrekt von dir. Ansonsten super erklärt
wird oft behauptet, ist aber falsch, auch wenn man sich Zellulose nur als was Hartes (wie Baumrinde) sich vorstellt:
Die wichtigsten Lieferanten der Zellulose in der Ernährung sind Getreide und Kartoffeln. Man findet sie allerdings auch in Gemüse, Obst und Hülsenfrüchten.
tja was soll ich dazu noch sagen. Gut erklärt. Und den Status Community Experte hast du dir verdient