Biologie Hoofdstuk 10 Voeding en vertering

10.1 Je lichaam en je voedsel

Je eigen darmbacteriën

De eerste darmbacteriën komen van je moeder al voor de geboorte. Via contact met de borst , moedermelk, de box en knuffelen kwamen daar andere soorten bij. Er zijn 500 tot 1000 verschillende soorten bacteriën in je darmflora. Samen wegen al die darmbacteriën meer dan een kilo. Een goede darmflora is van belang voor een goede vertering, stimuleert de ontlasting en speelt een rol bij de afweer.

Bacteriën stimuleren en weren

Met je voedsel krijg je nuttige, maar ook schadelijke bacteriën binnen. De bacteriën die je gezondheid bevorderen kun je ook in capsules eten. Dit zijn probiotica. Ui, appels en prei stimuleren deze bacteriën. In deze producten zit prebiotica, onverteerbare plantendelen waar nuttige bacteriën van leven. Een goede hygiëne verkleint de kans dat je te veel van de schadelijke micro-organismen binnenkrijgt. Voedsel koelen, handen wassen, de snijplank schoonmaken en een schoon vaatdoekje gebruiken, helpt.

Groepen voedingsstoffen

Je eet omdat het lekker is en omdat je voedingsstoffen nodig hebt. Voedingsmiddelen bestaan uit de volgende voedingsstoffen

Koolhydraten

Brandstof

Bouwstof

Reservestof

Vetten

Brandstof

Bouwstof

Warmte-isolatie

Eiwitten

Bouwstof

Brandstof

Water

Bouwstof

Warntebuffer

Transportmiddel

Mineralen

Bouwstof

Spoorelementen

Vitaminen

Gebreksziekten

Goede darmwerking

Bepaalde plantaardige koolhydraten in het voedsel kun je niet verteren. Dit zijn voedingsvezels, onverteerbare plantaardige koolhydraatmoleculen. Hun functie is onder ander het stimuleren van de darmperistaltiek en daarmee een goede doorstroming. Voedingsvezels nemen veel water op, zodat het volume van de darminhoud toeneemt en de ontlasting structuur krijgt en soepel blijft. Eet je te weinig van deze koolhydraten, dan krijg je last van obstipatie. Groenten, fruit en graanproducten bevatten veel voedingsvezels.

Niet iedereen eet evenveel

De Wereldgezondheidsorganisatie (WHO) geeft per voedingsstof een advies over de dagelijkse consumptie. Dat is de ADH. Deze adviezen zijn gemiddeld. Volwassenen hebben 10000 KJ energie per dag nodig. Jongvolwassenen gebruiken meer energie dan kinderen en ook meer dan volwassenen. Mannen verbruiken meer dan vrouwen, grote mensen meer dan kleine en fysiek werk kost meer dan zittend werk. Voor de energierijke voedingsstoffen geeft de WHO alleen de percentages van de energiebehoefte. Daarmee kun je berekenen hoeveel van deze stoffen je nodig hebt.

Je lichaamsomvang

Eet je regelmatig meer dan de richtlijnen van de WHO dan wordt je te dik. Doordat voedsel overal beschikbaar is, is in westerse landen obesitas een probleem. Minder eten is vaak het advies en meer bewegen ook. Maar er zijn meer factoren in het spel. Een allel zet vetcellen aan tot delen. Hoe meer vetcellen, hoe dikker. DNA beïnvloed omvang. Er zijn allelen gevonden die het eetgedrag beïnvloeden. De eiwitten waarvoor deze allelen coderen, leggen verbindingen tussen zenuwcellen in de hersenen, betrokken bij het hongergevoel. Dat beïnvloed de voedselcomsumptie.

Andere stoffen in je voedsel

Een voedingsmiddel bestaat niet alleen uit voedingsstoffen en voedingsvezels. Op verpakte voedingsmiddelen staan ook conserveringsmiddelen en kleur- geur en smaakstoffen vermeld. Al deze stoffen zijn goedgekeurd door de EFSA en hebben een E-nummer gekregen. Het zijn additieven: stoffen die zijn toegevoegd om het voedingsmiddel aantrekkelijker of langer houdbaar te maken. Alleen in grote hoeveelheden zijn sommige stoffen schadelijk. Om problemen te voorkomen is de ADI opgesteld. Je lichaam heeft additieven meestal niet nodig.

Heftige reacties op voedingsstoffen

Voedselallergie is een heftige reactie op een normale voedingsstof. Ongeveer 1% van de Nederlanders heeft een voedselallergie. Het immuumsysteem reageert (heel) sterk op iets. Als mensen deze voedingsstoffen toch eten, komt histamine vrij. Slijmvliezen zetten op en bloedvaten verwijden. Dit kan leiden tot benauwdheid, jeuk en bultjes op de huid. Problemen zijn te voorkomen door contact met bepaalde producten te vermijden. Allergie komt in de Westerse wereld vaker voor dan vroeger. Dat komt door de toegenomen hygiëne en de bwerkte voedingsstoffen.

10.2 Verteringsstelsel

Ontstaan van ontlasting

Ontlasting ontstaat tijdens een 8.5 m lange reis van je voedsel door verschillende organen van je verteringsstelsel. Onderweg is er van alles met het voedsel gebeurd. Grote moleculen zijn afgebroken door enzymen. De afbraak van moleculen door enzymen heet vertering. Bacteriën leven ook van het voedsel. In het maag-darmkanaal leven meer dan 500 soorten.

Mondholte

De reis van het voedsel begint in de mond. De mechanische beweging van kauwen maakt de vertering makkelijker. Al die kleine stukken hebben samen een groot oppervlak. Zo kunnen enzymen uit het speeksel de voedingsstoffen beter bereiken. Er zijn zes grote speekselklieren. Daarnaast zijn er veel kleine speekselkliertjes, die in de wangen en in het slijmvlies onder de tong liggen. Samen maken zij meer dan 1 L speeksel per dag. Speeksel bevat onder andere

Amylase

Slijm

Eiwitten

Een eendaagse reis

Tijdens de slikreflex duwt je tong het voedsel naar achteren, de slokdarm in. Daarbij sluit het strotklepje de luchtpijp en sluit de huig de neusholte af. De volgende stap in de vertering gaat beginnen. Spieren in de wand van de slokdarm duwen de voedselbrokken naar beneden. Dat gebeurt met peristaltische bewegingen. Bij deze bewegingen trekken lengtespieren voor de voedselbrok samen, waardoor er ruimte ontstaat. Daarna trekken de kringspieren achter het voedsel samen. Het voedsel schuift een einde verder en de lengte- en kringspieren ontspannen. Het voedsel verblijft een korte tijd in de slokdarm. De reis door maag, dunne darm, dikke darm en endeldarm duurt ongeveer een dag.

Maag

Met sterke spieren kneedt de maag de voedselbrokken en vermengt ze met maagsap, afkomstig uit de maagsapklieren in de maagwand. Per dag maken deze klieren 2.5 mL maagsap. Het maagsap bestaat uit drie klierproducten

Zoutzuur (maagzuur / HCL)

Pepsinogeen

Onder invloed van zoutzuur ontstaat hieruit het actieve peptase dat eiwitten afbreekt tot polypeptiden

Slijm

Aan de bovenkant sluit een kringspier de maag af van de slokdarm, aan de onderkant gebeurt de afsluiting door de kringspier van de maagportier. Deze kringspieren voorkomen dat de zure voedselbrij terug naar de slokdarm gaat of ongehinderd de twaalfvingerige darm instroomt. In de maag stopt de vertering van koolhydraten door amylase helemaal. De omgeving is te zuur voor amylase. Bovendien breekt het eiwitsplitsende peptase het meeste amylase af.

Vervolg van de vertering

Zo nu en dan ontspant de maagportier en stroomt een beetje van de zure maaginhoud het lumen van de twaalfvingerige darm in: het eerste deel van de dunne darm. Hier mondt de gezamenlijke afvoerbuis van de lever/galblaas en alvleesklier uit. Alvleessap bevat onder andere HCO3-, waardoor de pH in de twaalfvingerige darm tot ongeveer pH 8.8 stijgt. Het alvleessap bevat net als speeksel amylase en daarnaast andere verteringsenzymen, zoals (chrymo-)trypase en lipase. Deze enzymen breken grote koolhydraten, eiwitten of vetten af. Voor de vetvertering is ook gal, afkomstig uit de lever, van belang. De vertering wordt voltooit in de rest van de dunne darm. Hier geven darmsapklieren veel enzymtypen af aan de darminhoud of vetten waardoor er moleculen ontstaan die klein genoeg zijn om een celmembraan te passeren.

Opname van voedingsstoffen

De opname van voedingsstoffen vindt vooral plaats in de dunne darm. Grote aantallen darmcellen staan in contact met de darminhoud en kunnen daaruit voedingsstoffen opnemen. Het totale oppervlak is zo groot als een badmintonveld. Dat ontstaat doordat de lange dunne darm aan de binnenkant geplooid is. Die darmplooien bevatten uitstulpingen, de villi. De dekweefselcellen van de darmwand hebben aan de buitenkant talrijke membraanuitstulpingen, de microvilli, die het oppervlak nog verder vergroten. Het bloed brengt de opgenomen stoffen via de poortader naar de lever, die ze opslaat en bewerkt. Vetachtige stoffen reizen voor een deel eerst via lymfevaten en komen pas in het bloed bij de ondersleutelbeenaders.

Opname van water

Aan het eind van de dunne darm zijn de voedingsstoffen opgenomen. Wat overblijft nadat de verteringsproducten en 85% van het water zijn opgenomen, is een nog steeds waterige brij van niet verteerd voedsel met voedingsvezels en bacteriën. Langs een klep schuift deze brij de dikke darm in. Doordat de dunne darm en dikke darm niet recht in elkaar verlengde liggen, heeft de dikke darm een blindedarm. De wandcellen van de dikke darm nemen veel water op, zodat de ontlasting steeds meer indikt. In de endeldarm of het rectum wordt de ontlasting opgeslagen.

Bacteriën in je maag-darmkanaal

Speeksel doodt niet alle bacteriën. Er ontstaat melkzuur vanuit sacharose. In het maagzuur streven veel bacteriën. Maar melkzuurbacteriën overleven het en maken je ziek. Aan het eind van de dunne darm zijn er weer meer bacteriën. Ook in de blinde darm zijn veel bacteriën aanwezig en kunnen ze de dikke darm bacteriën geven. Veel van in de dikke darm levende bacteriën beïnvloeden je lichaam positief. De appendix kan ook de dikke darm weer herbevolken.

10.3 Enzymen

Zonder enzymen gaat het niet

Alle organismen gebruiken enzymen om moleculen af te breken. Enzymen zijn eiwitten die een bepaalde reactie versnellen zonder zelf te veranderen. Bij bijna elke chemische reactie in het lichaam is een enzym betrokken. Vaak is de naam van het enzym afgeleid van de stof die het enzym omzet met de uitgang -ase. Zo zet amylase de stof amylose om in lipase lipiden. Je lichaam bevat veel grote moleculen, zoals eiwitten, koolhydraten, DNA en vetten. De grondstoffen om deze macromoleculen op te bouwen haal je uit voedingsstoffen. Bij de vertering in je darmen verbreken de atoombindingen in de macromoleculen. Dit gaat niet vanzelf, het kost energie om de reactie te starten, de activeringsenergie. Enzymen helpen hierbij als katalysator. De reactie verloopt via vaste stappen. Het om te zetten substraatmolecuul bindt aan de actieve plaats van het enzymmolcuul. Samen vormen zij een enzymsubstraatcomplex. Je lichaam gebruikt verteringsenzymen, maar verbruikt ze niet.

Gericht afbreken en bouwen

Enzymen werken substraatspecifiek. De splitsing met behulp van water heet hydrolyse. Het opbouwen van (marcro)moleulen werkt andersom. Moleculen koppelen aan een enzym. Na afsplitsen van water ontstaan andere enzymen. Dit type opbouw reacties (assimilatie), waarbij water afsplitst, heet condensatie.

Invloed van temperatuur en pH op enzymen

Bij temperatuurverhoging kunnen enzymen denatureren en daardoor hun ruimtelijke structuur en daarmee hun werking verliezen. De optimumtemperatuur van een enzymreactie is een compromis: bij die temperatuur verrichten alle werkzame enzymmoleculen samen het hoogste aantal omzettingen per tijdseenheid. Naast de temperatuur beïnvloed ook de zuurgraad de enzymwerking. Elk type enzym heeft een optimum pH waarbij alle werkzame enzymmoleculen samen het hoogste aantal omzettingen per tijdseenheid verrichten.

Macromoleculen verteren

Enzymen uit de speekselklieren, de alvleesklier en de klieren in de wanden van de maag en de dunne darm maken in je verteringskanaal het afbreken van macromoleculen uit het voedsel mogelijk. Die afbraak gebeurt stapsgewijs met meerdere enzymen. De verteringsproducten gebruik je om cellen op te bouwen en goed te laten functioneren.

Koolhydraten in stappen afbreken

Polysacharide: een polymeer, gevormd uit grote aantallen gekoppelde glucosemoleculen

Vertering door:

Amylase

Disacharide

Eindproduct: monosachariden

Eiwitten in stappen afbreken

Peptase knipt eiwitten in kleinere stukken: polypeptiden van enkele tientallen aminozuren lang en olgipeptiden die enkele aminozuren lang zijn. Bij een hoge pH werkt peptase niet. Daarom nemen de enzymen uit alvleessap de vertering van eiwitten voor hun rekening. Dat zijn tryptase en chrymotrypase. De splitsing is altijd in een zogeheten peptidebinding. UIt de eiwitten ontstaan oligopeptiden. Die vormen het substraat voor diverse andere enzymen uit de dunne darm. Sommige peptidaen knippen aan de uiteinden van de polypeptiden een aminozuur af. Dit zijn de exopeptidasen: aminopeptidasen en carbosypeptidasen. Andere knippen midden in de polypeptiden, de endopeptidasen. Daarbij ontstaan onder andere dipeptiden, twee aaneengekoppelde aminozuren. Dipeptidasen nemen de laatste hydrolyse voor hun rekening. Dat levert wee losse aminozuren op

DNA verteren

Enzymen uit het alvleessap en dunnedarmsap breken DNA en RNA af. De verschillende nucleasen uit de alvleesklier knippen midden in de nucleotidenketen of splitsen aan het eind van de keten een nucleotide af. In de rest van de dunne darm nemen andere enzymen het vervolg voor hun rekening. Zij splitsen vijf typen nucleotiden in losse nucleïnebasen, fosfaten en de suikers ribose en deoxyribose.

10.4 Overgewicht en vet eten

Dik door voedsel, DNA of bacteriën

Te veel koolhydraatrijk voedsel (en te weinig bewegen) leidt tot overgewicht. Voor een belangrijk deel bepaalt je DNA wat je wel of niet kunt verteren. Darmbacteriën zijn een belangrijk deel van je micorbioom, alle micro-organismensoorten die in en op je lichaam leven. Het grootste deel hiervan leeft in je dikke darm. Je darmcellen nemen vetzuren op, gebruiken een deel ervan en brengen de rest in je bloed. Heb je die bacteriesoorten, dan neem je meer energierijke stoffen op uit je voedsel dan andere mensen die dezelfde plantenvezels eten. Omdat de soortensamenstelling van persoon tot persoon verschilt, is je darmflora uniek. Het is niet te zeggen welke combinatie je dik maakt. De soortensamenstelling is niet constant. Naast de invloed van voedsel verandert je microbioom door medicijnen, beweging, leeftijd, stress en ziekte.

Vet voedsel verteren

Door een vetrijk dieet neemt de afgifte van gal toe. Bacteriën reageren daar snel op. Sommige bacteriesoorten gaan dood door de afscheiding van gal, andere soorten gebruiken het als voedingsstof. Gal is nodig bij de vertering van vetten in de darm door het enzym lipase uit het alvleessap. Vetmoleculen zijn hydrofoob. Daardoor zijn vetten apolair. Veel vetmoleculen zijn opgebouwd uit een molecuul glycerol met daaraan gekoppeld één, twee of drie, al dan niet verzadigde vetmzuurmoleculen: respectievelijke mono- di- of triglyceriden. Water is een polaire stof. Gal helpt lipase om vetten in een waterige omgeving te verteren. Via de galgang stroomt dit naar de arm en naar de galblaas, de opslagplaats voor gal. De grote vetdruppels vallen uiteen in duizenden kleine vetdruppeltjes van enkele tientallen nanometers, de micellen. Er ontstaat een emulsie. Naast galzure zouten bevat gal ook bilirubine.

10.5 Opname van voedingsstoffen

Darmbacteriën maken het verschil

Uit onderzoek blijkt dat mensen de stoffen die darmbacteriën maken, opnemen en dat die stoffen ons beïnvloeden. Er zijn heel veel verschillen. Er is een overeenkomst: al die stoffen gaan vanuit het verteringskanaal via darmepitheelcellen naar het bloed.

Bouw darmepitheel

De opname van voedingsstoffen vindt vooral plaats in het grote geplooide oppervlak van de dunne darm. Ook de villi en de darmpepitheelcellen met hun geplooide uitstulpingen, de microvilli, dragen bij aan de grote opnamecapaciteit. De opname van voedingsstoffen heet resorptie. Dat vindt vooral plaats via transporteiwitten. Om te voorkomen dat allerlei moleculen en darmbacteriën tussen de cellen door het lichaam binnengaan, zijn alle darmepitheelcellen strak met elkaar verbonden door middel van tight-juncitons. De cellen vormen een ondoordringbare laag tussen het darmlumen en het interne milieu.

Opname van wateroplosbare voedingsstoffen

Aan de bloedvatkant heeft het celmembraan van een darmepitheelcel Na+ en K+ pompen, die Na+ ionen actief de cel uitpompen en K+-ionen de cel in. Een dergelijke vorm van cotransport waarbij stoffen damen in tegengestelde richting bewegen, heet antiport. Er is ook symport.

Opname van vetoplosbare voedingsstoffen

De hydrofiele coating levert een chylomicron op. De darmcellen scheiden de chylomicronen via exocystose uit naar de weeselvloeistof, waar ze in de lymfevaten van de darmvlokken komen.

De lever

Via de weefselvloeistof en de bloedvaten van de darmvlokken, die samenkomen in de poortader, bereiken de opgenomen voedingsstoffen de lever. Transportblaasjes zijn omhuld met lipoproteïnen. De grote HDL-blaasjes met veel eiwitten transporteren cholesterol uit de bloedbaan naar de lever. De kleine LDL-blaasjes geven juist cholesterol af. Zijn er veel LDL-blaasjes, dan is de kans groot dat ze hun cholesterol afgeven aan de wanden van slagaders. Dat vergroot de kans op vetophoping in de slagaders, die daardoor kunnen dichtslibben: atherosclerose.