Exokrines Pankreas und Verdauungsenzyme
Wie das Pankreassekret über den Ductus pancreaticus ins Duodenum gelangt, welche Enzyme es enthält und wie Sekretin und Cholecystokinin seine Abgabe steuern.
Das Wichtigste in Kürze
- Das exokrine Pankreas bildet einen enzym- und hydrogencarbonatreichen Verdauungssaft, der über den Ductus pancreaticus ins Duodenum fließt.
- Ductus pancreaticus und Ductus choledochus münden meist gemeinsam an der Papilla duodeni major; Amylase und Lipase gelangen ins Darmlumen, nicht ins Blut.
- Die Proteasen werden als Zymogene abgegeben; die Enteropeptidase aktiviert Trypsinogen zu Trypsin, das alle weiteren Proenzyme aktiviert.
- Die α-Amylase spaltet innere α-1,4-Bindungen der Stärke zu Maltose und Grenzdextrinen; Mucosaenzyme vollenden den Abbau zu Glucose.
- Die Lipase spaltet Triglyceride zu 2-Monoacylglycerol und Fettsäuren und braucht dafür Colipase; das Sterangerüst von Cholesterol spaltet kein Pankreasenzym.
- Sekretin aus S-Zellen löst bei Ansäuerung \(\ce{HCO3-}\)-reichen Saft aus; Cholecystokinin (Pankreozymin) aus I-Zellen des Dünndarms steigert die Enzymsekretion.
Worum es geht
Das exokrine Pankreas liefert täglich rund 1,5 L Verdauungssaft. Er enthält die wichtigsten Enzyme für den Abbau von Proteinen, Stärke und Fetten sowie viel Hydrogencarbonat. In der Pharmazie begegnet dir das Thema bei Enzympräparaten mit Pankreatin und bei der Labordiagnostik der Pankreatitis.
Ausführungsgang
Das Pankreas ist zugleich exokrine und endokrine Drüse. Den Aufbau beider Anteile findest du unter Aufbau des Pankreas und Hormone der Inselzellen. Hier zählt der exokrine Teil. Seine Azinuszellen bilden die Enzyme, kleine Schaltstücke sammeln das Sekret. Diese Gänge vereinigen sich zu einem großen Hauptgang.
Hauptausführungsgang des exokrinen Pankreas (Ductus Wirsungianus). Er entspringt im Drüsengewebe, zieht vom Pankreasschwanz durch Körper und Kopf und mündet ins Duodenum.
Kurz vor der Mündung trifft der Ductus pancreaticus meist auf den Ductus choledochus, den Gallengang. Beide münden gemeinsam an der Papilla duodeni major im absteigenden Teil des Duodenums. Ein Ringmuskel, der Sphincter Oddi, regelt dort den Abfluss. Häufig gibt es zusätzlich einen kleinen Ductus pancreaticus accessorius. Er mündet etwas weiter oben an der Papilla duodeni minor.
Exokrin heißt: Das Sekret fließt über Gänge auf eine Oberfläche, hier ins Darmlumen. Trypsinogen, Amylase und Lipase gelangen also über den Ausführungsgang ins Duodenum. Sie werden nicht in die Blutbahn abgegeben, anders als Insulin und Glucagon aus den Inselzellen. Steigt die Lipase im Serum an, ist deshalb Pankreasgewebe geschädigt, etwa bei einer Pankreatitis.
Chylus ist die milchig trübe Darmlymphe mit Chylomikronen, die nach fettreicher Mahlzeit in den Lymphgefäßen der Darmwand fließt. Das Pankreassekret dagegen heißt Pankreassaft: eine klare, enzym- und hydrogencarbonatreiche Flüssigkeit im Gangsystem.
In einer anatomischen Abbildung findest du den Gang mit wenigen Orientierungsschritten.
- Duodenum suchen: Es bildet ein C, das den Pankreaskopf umgreift.
- Längsgang verfolgen: Ein Gang zieht mittig durch die Drüse vom Schwanz zum Kopf. Seitenäste geben ihm ein fischgrätenartiges Aussehen.
- Treffpunkt prüfen: Von oben kommt der Ductus choledochus aus Leber und Gallenblase. Beide Gänge erreichen gemeinsam die große Papille.
- Nebengang zuordnen: Ein kleinerer Gang mit eigener Mündung weiter oben ist der Ductus pancreaticus accessorius.
Examensklassiker: Der Ductus pancreaticus entspringt im exokrinen Pankreas und mündet ins Duodenum, wohin das gesamte Pankreassekret gelangt. Erkenne ihn in Abbildungen als den Gang, der längs durch die Drüse zum Duodenum zieht und sich dort mit dem Gallengang vereinigt.
Proteasen
Ein großer Teil des Pankreassafts dient der Proteinverdauung. Das exokrine Pankreas gibt seine Proteasen als inaktive Vorstufen ab, als Zymogene. So schützt sich die Drüse vor Selbstverdauung. Werden die Enzyme schon im Organ aktiv, entsteht eine akute Pankreatitis.
| Vorstufe | Aktives Enzym | Typ | Spaltstelle |
|---|---|---|---|
| Trypsinogen | Trypsin | Endopeptidase | nach Lys und Arg |
| Chymotrypsinogen | Chymotrypsin | Endopeptidase | nach aromatischen Aminosäuren (Phe, Tyr, Trp) |
| Proelastase | Elastase | Endopeptidase | nach kleinen neutralen Aminosäuren (Ala, Gly, Ser) |
| Procarboxypeptidase | Carboxypeptidase | Exopeptidase | spaltet C-terminale Aminosäuren einzeln ab |
Endopeptidasen schneiden innerhalb der Kette, Exopeptidasen am Ende. Alle gehören zu den Hydrolasen.
Die Aktivierung beginnt erst im Duodenum. Die Enteropeptidase (Enterokinase) sitzt im Bürstensaum der Darmschleimhaut. Sie spaltet vom Trypsinogen ein kleines Peptid ab, so entsteht Trypsin. Trypsin aktiviert dann weiteres Trypsinogen und alle übrigen Proenzyme. Dazu zählen auch Procolipase und Prophospholipase A2. Trypsin wirkt also wie ein Hauptschalter, den die Darmschleimhaut umlegt.
Diese Proteasen arbeiten im Darmlumen bei nahezu neutralem pH. Im Magen wirkt dagegen Pepsin, das die Hauptzellen als Pepsinogen abgeben (Zellen der Magenschleimhaut). Trypsinogen, Chymotrypsinogen und Procarboxypeptidase stammen dagegen ausschließlich aus dem exokrinen Pankreas.
Amylase
Die Amylase des Pankreas ist eine α-Amylase. Sie wird im exokrinen Pankreas gebildet und setzt im Duodenum den Stärkeabbau fort, den die Speichelamylase im Mund begonnen hat. Als Endoglykosidase spaltet sie innere α-1,4-glykosidische Bindungen von Amylose und Amylopektin. Zum Bau der Stärke siehe Speicherglykane.
Die Amylase schneidet die Ketten mitten durch, wie eine Schere eine Perlenkette. Übrig bleiben Maltose, Maltotriose und α-Grenzdextrine. Grenzdextrine tragen noch die α-1,6-Verzweigungen, die die α-Amylase nicht spaltet. Freie Glucose liefert sie kaum.
Den letzten Schritt übernehmen Enzyme der Dünndarmmucosa im Bürstensaum. Maltase und Isomaltase spalten Maltose (Disaccharide) und Grenzdextrine zu Glucose. Ähnlich ergänzen sich die Enzyme bei den Proteinen. Pankreasproteasen liefern Peptide, und Aminopeptidasen und Dipeptidasen der Mucosa zerlegen sie zu Aminosäuren. Im Dünndarmlumen bauen also Pankreas- und Mucosaenzyme gemeinsam Peptide, Stärke und Oligosaccharide ab.
Lipase
Auch die Lipase stammt aus dem exokrinen Pankreas. Sie spaltet Triglyceride im Dünndarmlumen an Position 1 und 3. So entstehen ein Monoglycerid und zwei freie Fettsäuren:
\[\text{Triacylglycerol} + 2\,\ce{H2O} \xrightarrow{\text{Lipase}} \text{2-Monoacylglycerol} + 2\ \text{Fettsäuren}\]
Dabei stößt die Lipase auf ein Problem. Sie ist wasserlöslich, ihr Substrat sitzt aber in Fetttröpfchen. Gallensäuren emulgieren das Fett und vergrößern die Oberfläche (Gallensäuren in der Fettverdauung). Ihr Belag würde die Lipase jedoch von der Grenzfläche verdrängen.
Hier hilft die Colipase. Das Pankreas gibt sie als Procolipase ab, Trypsin aktiviert sie. Colipase bindet an die gallensäurebedeckte Oberfläche und verankert die Lipase dort. Ohne Colipase erreicht die Lipase ihre volle Aktivität nicht. Fettverdauung braucht damit zwei Organe: das Pankreas für die Enzyme und die Gallenblase für die gespeicherte Galle.
Nahrungscholesterol liegt teils als Cholesterolester vor. Die Cholesterolesterase des Pankreas spaltet die Esterbindung zu freiem Cholesterol und einer Fettsäure. Das Ringsystem selbst bleibt unverändert. Zur Struktur der Sterole siehe Membranlipide.
Kein Enzym des Pankreassekrets spaltet das Kohlenstoffgerüst von Cholesterol. Die Cholesterolesterase löst nur die Esterbindung, das Sterangerüst bleibt intakt.
Hormonelle Steuerung
Der Magen entlässt sauren Chymus ins Duodenum. Sinkt dort der pH unter etwa 4,5, setzen die S-Zellen der Duodenalschleimhaut Sekretin ins Blut frei. Sekretin wirkt auf das Epithel der Ausführungsgänge. Es steigert die Abgabe eines dünnflüssigen, hydrogencarbonatreichen Pankreassafts.
Das Hydrogencarbonat entsteht erst in den Gängen. Die Carboanhydrase bildet es aus \(\ce{CO2}\) und Wasser. Ein \(\ce{Cl-}\)/\(\ce{HCO3-}\)-Austauscher schleust es ins Ganglumen, der Chloridkanal CFTR liefert das Chlorid dafür nach. So reichert sich der Saft auf dem Weg durch die Gänge mit Hydrogencarbonat an, bis etwa 140 mmol/L. Im Duodenum neutralisiert er die Salzsäure des Chymus:
\[\ce{HCO3- + H+ -> H2O + CO2}\]
Die Neutralisation schützt die Darmschleimhaut. Außerdem arbeiten Pankreasenzyme nur bei neutralem bis leicht alkalischem pH gut. Gastrin steigert die Säurebildung im Magen (Regulation der Magensäuresekretion) und vermittelt die Hydrogencarbonatantwort nicht.
Die Enzymsekretion steuert vor allem Cholecystokinin (CCK). Es ist identisch mit dem früher getrennt beschriebenen Pankreozymin. Den Namen erhielt es, weil man seine Wirkung auf die Pankreasenzyme zunächst einem eigenen Hormon zuschrieb. Gebildet wird es von den I-Zellen der Dünndarmschleimhaut in Duodenum und Jejunum, also weder im Pankreas noch im Magen. Auslöser sind Fettsäuren, Monoglyceride und Peptide im Chymus. CCK regt die Azinuszellen zur Enzymabgabe an und lässt die Gallenblase kontrahieren (Bildung und Abgabe der Galle).
- Bildung: S-Zellen der Duodenalschleimhaut
- Reiz: Ansäuerung des Duodenums
- Ziel: Epithel der Ausführungsgänge
- Wirkung: \(\ce{HCO3-}\)-reicher Pankreassaft
- Bildung: I-Zellen der Dünndarmschleimhaut
- Reiz: Fettsäuren und Peptide im Chymus
- Ziel: Azinuszellen und Gallenblase
- Wirkung: enzymreicher Pankreassaft, Gallenblasenkontraktion
Beide Hormone verstärken sich gegenseitig. CCK fördert die Hydrogencarbonatsekretion nur am Rande, die Hauptrolle hat hier Sekretin.
Quiz
Aussage 1
Trypsinogen wird von den Hauptzellen der Magenschleimhaut gebildet.
Trypsinogen bildet das exokrine Pankreas. Die Hauptzellen des Magens geben Pepsinogen ab.
Aussage 2
Der Ductus pancreaticus vereinigt sich meist mit dem Ductus choledochus und mündet an der Papilla duodeni major ins Duodenum.
Der Hauptgang des exokrinen Pankreas zieht durch die Drüse zum Duodenum und erreicht es gemeinsam mit dem Gallengang an der großen Papille.
Aussage 3
Colipase verankert die Pankreaslipase an der gallensäurebedeckten Oberfläche der Fetttröpfchen.
Ohne Colipase würde der Gallensäurebelag die Lipase verdrängen, sie erreicht dann ihre volle Aktivität nicht.
Aussage 4
Bei Ansäuerung des Duodenums setzen S-Zellen Sekretin frei, das die Abgabe eines hydrogencarbonatreichen Pankreassafts steigert.
Sekretin wirkt auf das Gangepithel. Das dort angereicherte \(\ce{HCO3-}\) neutralisiert den sauren Chymus.
Aussage 5
Die Pankreaslipase erreicht ihren Wirkort bei der normalen Verdauung über die Blutbahn.
Die Lipase ist ein exokrines Produkt und fließt über den Ductus pancreaticus ins Duodenum. Erhöhte Serumwerte zeigen eine Schädigung des Pankreas an.
Aussage 6
Die Pankreas-Amylase ist eine α-Amylase, die innere α-1,4-glykosidische Bindungen von Amylose spaltet.
Als Endoglykosidase zerschneidet sie Stärkeketten zu Maltose, Maltotriose und Grenzdextrinen.
Aussage 7
Pankreozymin wird in den Azinuszellen des Pankreas gebildet und regt von dort die Enzymsekretion an.
Pankreozymin ist identisch mit Cholecystokinin und wird von den I-Zellen der Dünndarmschleimhaut gebildet. Es wirkt auf die Azinuszellen, entsteht aber nicht dort.
Aussage 8
Die Cholesterolesterase des Pankreas öffnet das Ringsystem des Cholesterols und macht es so resorbierbar.
Die Cholesterolesterase spaltet nur die Esterbindung von Cholesterolestern. Das Sterangerüst bleibt intakt, kein Pankreasenzym spaltet es.
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