Wenn Nahrung aufgenommen wird, muss diese verdaut werden. Der Verdauungstrakt ist für diese Aufgabe in verschiedenen Abteile mit unterschiedlichen Aufgaben unterteilt. Fette, die in der Nahrung vorkommen, werden daher mithilfe von Galle zersetzt, die in der Leber produziert wird.
Die Galle ist eine Flüssigkeit, die Fette verdauen und Stoffe lösen kann, die in Wasser nicht gut löslich sind. Sie wird in der Leber produziert, in der Gallenblase gespeichert und verrichtet im Zwölffingerdarm ihre Arbeit.
Galle – Zusammensetzung
Der größte Teil der Galle besteht – genau wie der Rest des Körpers – aus Wasser. In diesen 82 % der Galle befinden sich viele Elektrolyte, und zwar in derselben Zusammensetzung, wie man sie auch im Blut vorfindet.
Als Elektrolyte werden Stoffe bezeichnet, die sich in Wasser lösen und daher als Ionen vorliegen. Ionen sind geladene Atome.
Gibt man normales Speisesalz (NaCl) in Wasser, löst es sich zu einem positiv geladenen Natrium-Ion (Na+) und einem negativen Chlor-Ion (Cl-).
Die häufigsten in der Galle zu findende Elektrolyte sind z. B. Na+, K+, Cl- und HCO3-. Da mehr negativ geladene als positiv geladene Ionen vorliegen, ist die Galle außerdem alkalisch. Das bedeutet, dass der pH-Wert eher höher ist als ein neutraler pH-Wert (wie Wasser ihn hat).
Weitere wichtige Bestandteile der Galle sind Gallensäuren, alkalische Phosphatasen, Phospholipide und verschiedene Abbauprodukte aus der Leber.
Gallensäuren
Gallensäuren gehören zur Gruppe der Steroide und entstehen durch die Verarbeitung von Cholesterin. Sie sind nicht in Wasser löslich und werden daher in der Leber an wasserlösliche Stoffe wie die Aminosäure Glycin oder die Säure Taurin gebunden. In Kombination mit diesen wasserlöslichen Molekülen liegen nicht mehr Gallensäuren vor, sondern sogenannte konjugierte Gallensäuren. Diese werden zur Vereinfachung allerdings auch als Gallensalze bezeichnet.
Gallensäure: wasserunlöslich
Gallensalz: ist wasserlösliche Kombination aus Gallensäure und wasserlöslichem Stoff, wird auch als konjugierte Gallensäure bezeichnet.
Die beiden wasserunlöslichen oder wasserlöslichen Seiten der Gallensalze werden in der Fachsprache auch als hydrophil oder hydrophob bezeichnet. Das Wortteil "hydro-" kommt aus dem altgriechischen und heißt Wasser. Mit dem hinteren Wortteil "-phob" oder "-phil" wird beschrieben, was für eine Beziehung der Stoff zum Wasser hat.
hydrophil = "wasserliebend" also in Wasser löslich
hydrophob = "wassermeidend" also nicht in Wasser löslich
amphiphil = Stoffe mit einer hydrophilen und einer hydrophoben Seite
In Kombination mit der Aminosäure Glycin oder der Säure Taurin haben Gallensäuren daher eine hydrophile und eine hydrophobe Seite und werden als amphiphil bezeichnet.
Da sie amphiphil sind, können konjugierte Gallensäuren Fette, die sich nicht in Wasser lösen, emulgieren und somit ihre Verdauung erleichtern.
Ein Emulgator hilft zwei Stoffen, die sich eigentlich nicht miteinander mischen können, sich zu einer ganz feinen Vermengung zu mischen. Milch ist z. B. eine Emulsion, da in ihr viele kleine Öltröpfchen in einer wässrigen Lösung verteilt sind.
Ihre Aufgabe erfüllen Gallensalze, indem sie sogenannte Mizellen bilden. Sie ordnen sich bläschenförmig aneinander an, wobei ihre hydrophile Seite nach außen zur Galle ragt und ihre hydrophobe Seite nach innen zeigt. Hydrophobe Stoffe vertragen sich gut mit Fetten, da sie dieselben Eigenschaften haben. Daher können Fette in die Mizelle eingeschlossen werden. Auf diese Weise erleichtern die es Gallensalze verschiedenen Fetten, sich fein in der Galle zu verteilen und keine Öllache zu bilden.
Alkalische Phosphatasen
Die Funktion alkalischer Phosphatasen lässt sich leicht von ihrem Namen ableiten. In einer alkalischen Umgebung – wie der Galle – arbeiten sie am besten.
Der pH-Wert wird in Zahlen von 0 bis 14 angegeben. Ein pH-Wert von etwa 7 beschreibt eine neutrale Lösung. Bei Werten darunter (0 – unter 7) ist die Lösung sauer und Werte darüber (über 7 – 14) sind in alkalischen/basischen Umgebungen zu finden.
Außerdem sind alkalische Phosphatasen als Enzyme dafür verantwortlich, Phosphatgruppen (Phosphat-) von einem Molekül abzuspalten (-asen). Die Abspaltung einer Phosphatgruppe kann auch als Dephosphorylierung bezeichnet werden.
Enzyme sind Proteine, die an spezielle Moleküle binden können. Sie ermöglichen es dann, eine bestimmte Reaktion am Molekül durchzuführen, indem sie die Energie verringern, die für diese Reaktion nötig ist. Sie werden daher auch als Biokatalysatoren bezeichnet.
Alkalische Phosphatasen sind nicht nur in der Galle, sondern im gesamten Verdauungstrakt zu finden. Sie haben unter anderem die wichtige Aufgabe, Lipopolysaccharide (LPS) zu dephosphorylieren und sie somit unschädlich zu machen. LPS sind ein großer Bestandteil der Zellwand vieler Bakterien, weshalb die alkalischen Phosphatasen einen Beitrag dazu leisten, Infektionen durch Bakterien zu verhindern.
Gallenfarbstoffe
Einige Moleküle im Körper, die in der Leber abgebaut werden, finden ihren Weg durch die Galle und sind anschließend für die charakteristischen Färbungen von Galle und Stuhl verantwortlich. Dazu gehören alle Moleküle, die auf der Grundlage eines Porphyrin-Rings aufgebaut sind.
Das häufigste Molekül dieser Kategorie ist im menschlichen Körper wohl Häm. Häm ist ein Bestandteil von Hämoglobin – einem wichtigen Blutbestandteil, das für Sauerstofftransport verantwortlich ist.
Biliverdin
Biliverdin ist ein grünlicher Farbstoff, der beim Abbau von Häm entsteht. Manchmal wird Biliverdin direkt über den Urin ausgeschieden, meistens wird er jedoch zunächst weiter abgebaut. Dabei entsteht der Farbstoff Bilirubin.
Bilirubin
Beim Abbau von Biliverdin in der Leber und der Milz entsteht der gelblich-rote Farbstoff Bilirubin. Während ein Teil des Bilirubins wiederverwertet wird, landet der Großteil im Darm, wo es weiter zersetzt wird. Je nachdem, welches Abbauprodukt hierbei entsteht, ist das Bilirubin dann entweder für die gelbe Färbung des Urins oder für die braune Färbung des Stuhls verantwortlich.
Die Entwicklung der Farben der Abbauprodukte von Hämoglobin kannst Du gut an einem blauen Fleck beobachten. Blaue Flecken sind Ansammlungen von Blut – also auch von Hämoglobin – außerhalb der Blutgefäße. Das dort angesammelte Blut kann nicht mehr abfließen und muss daher abgebaut werden. Die ursprüngliche rote Färbung wandelt sich nach einigen Tagen zunächst zu einem Grün um (Biliverdin), bevor sie gelblich wird (Bilirubin) und schließlich verblasst.
Anatomie und Lage der Galle
Auch wenn die Galle genau genommen nur die Flüssigkeit innerhalb der Gallenblase ist, wird die Gallenblase im umgangssprachlichen oft als Galle mit bezeichnet. Im Folgenden werden Gallenflüssigkeit und Gallenblase allerdings als zwei unterschiedliche Wörter betrachtet.
Eine genaue anatomische Darstellung des Verdauungstrakts sowie die Reihenfolge und Aufgaben der verschiedenen Organe findest Du im StudySmarter-Artikel zur Übersicht über den Verdauungstrakt.
Herstellung der Galle
Die Zellen der Leber heißen Hepatocyten und sind der Ort, an dem Gallenflüssigkeit produziert wird. Die Bestandteile der Galle werden dafür in Gallenkanälchen gegeben, die sich zwischen Hepatocyten befinden. Wie in einem Flussdelta vereinigen sich die Gallenkanälchen immer weiter, bis sie einen Hauptgallengang bilden. Dieser führt in den Zwölffingerdarm, allerdings hat er auch eine zusätzliche kleine Abzweigung, durch die Gallenflüssigkeit in die Gallenblase fließen kann.
Lagerung und Anwendungsbereich der Galle
Wenn gerade keine neue Nahrung aufgenommen wird, muss die Gallenblase nicht arbeiten und fängt daher an, die Gallenflüssigkeit einzudicken. Die Galle nimmt dabei im Vergleich zu aktiven Zeiten nur ein Zehntel des Platzes ein.
Wird allerdings angefangen, zu essen, merkt der Dünndarm, dass langsam Fette im Verdauungstrakt ankommen und schüttet daraufhin spezielle Hormone aus.
Hormone sind Moleküle, die im Körper als Signalstoffe oder auch Boten dienen. Verschiedene Organe und Gewebe lassen sie über die Blutbahn zu ihrem Ziel transportieren, um den Beginn/das Ende/das Ausmaß verschiedener Prozesse im Körper zu beeinflussen.
Als Reaktion auf das Hormon Cholecystokinin zieht sich die Gallenblase zusammen und befördert ihren Inhalt in den Zwölffingerdarm. Dort kann sich die Galle mit der Nahrung vermischen und ihre Arbeit verrichten.
Aufgabe und Funktion der Galle
Die Aufgaben der Galle sind:
- Zersetzung von Fetten in der Nahrung
- neutralisiert die saure Magensäure
Galle zur Fettverdauung
In der Nahrung können sich viele verschiedene Arten von Fetten befinden. Dazu zählen zum Beispiel Triacylglyceride, Fettsäuren, aber auch Vitamine und Cholesterin. Triacylglyceride und Fettsäuren bilden den Großteil des Fetts und Öls, das im Essen vorkommt. Für ihre Zersetzung werden die in der Gallenflüssigkeit vorhandenen Mizellen benötigt. Da die Mizellen aus konjugierten Gallensäuren bestehen, sind sie amphiphil und können Fette in sich aufnehmen, die sich normalerweise nicht in die Gallenflüssigkeit mischen würden.
Die Fette werden nun durch spezielle Enzyme zersetzt – sogenannte Lipasen, die darauf spezialisiert sind, bestimmte Bindungen in Fetten zu spalten. Wäre das Fett nicht in Mizellen verpackt, würde es sich zusammenlagern und den Lipasen ihre Arbeit erschweren.
Hast Du schon einmal eine Salatsoße angerührt und dafür Öl und Essig zusammen gegeben? Wenn ja, ist Dir bestimmt aufgefallen, dass sich das Öl in großen "Blasen" formatiert und sich nicht mit dem hydrophilen Essig mischt.
Wenn man eine Lipase mit in die Salatsoße geben würde, dann wären die einzigen Fette, an die sich das Enzym binden könnte, jene, die sich ganz außen an der Blase befänden. Zu den Fetten, die nicht die Schale der Blase bilden, könnte die Lipase gar nicht erst vordringen. Ihre Arbeit wäre aufwendig und langwierig.
Da die Fette allerdings in kleinen Portionen in Mizellen verpackt sind, sind sie viel feiner in der Galle verteilt. Die Lipasen können sich ganz einfach zwischen die konjugierten Gallensäuren der Mizellen zwängen und alle Fette zersetzen, die sich gerade in der Mizelle befinden. Auf diese Weise können sie ihre Aufgabe schnell und effektiv verrichten.
Nachdem die Fette zersetzt wurden, können sie durch die Wand des Verdauungstrakts aufgenommen werden. Dahinter setzen sie sich wieder in ihre ursprüngliche Form zusammen und können vom Körper genutzt und verwertet werden. Ohne die Zersetzung durch Lipasen würden die Fette nicht verdaut und daher über den Darm ausgeschieden werden.
Galle zur Säureneutralisierung
Der Darm hat eine sehr empfindliche Umgebung. Schon kleinste Schwankungen im pH-Wert können die Balance zerstören, die Bakterien im Darm-Biom abtöten und die Schleimhäute reizen. Damit die Magensäure, in der sich die Nahrung befindet, daher nicht in den Darm gelangt und die dortige Umgebung verändert, kommt die Galle ins Spiel. Sie hat einen alkalischen pH-Wert, was das Gegenteil von sauer ist. Trifft die Säure auf die alkalische Umgebung, wird der pH-Wert neutralisiert und die Umgebung des Darms geschützt.
Gallenblase Aufgabe
Die Aufgaben der Gallenblase sind:
- Speicherung Galle aus Leber
- Eindickung der Galle
Wenn die Galle nicht zur Zersetzung von Fetten benötigt wird, wird sie in der Gallenblase gespeichert. Darin wird sie auf ein Zehntel ihres vorigen Volumens eingedickt. Der Ringmuskel am Eingang der Gallenblase regelt, wie viel Galle in den Darm einströmen kann.
Galle Funktionsstörungen & Erkrankungen
Da eine einwandfreie Funktion des Verdauungstrakts stark von den pH-Werten und Zusammensetzungen der Flüssigkeiten innerhalb der Organe abhängt, kann es durch die Galle zu verschiedenen Krankheiten kommen.
Gallensteine
Gallensteine sind feste Klumpen, die durch auskristallisierte Galle entstehen. Wenn die Hauptbestandteile der Galle nicht in den richtigen Verhältnissen vorliegen und eines im Übermaß vorhanden sind, stört dies das Gleichgewicht. Zu viel Cholesterin, zu viel Bilirubin oder zu wenige Gallensäuren können daher begünstigen, dass Cholesterin oder Bilirubin nicht mehr vollständig verdaut werden können. Sie lagern sich zusammen, fallen aus und bilden schließlich einen Gallenstein.
Abbildung 4: Querschnitt eines Gallensteins
Gallensteine können dann zu weiteren Komplikationen führen. Indem sie den Gallengang verschließen und damit verhindern, dass die Galle in den Zwölffingerdarm fließt, kann keine normale Verdauung von Fetten stattfinden. Das kann Verdauungsstörungen oder Entzündungen auslösen.
Verdauungsstörungen
Ohne einen geregelten und funktionierenden Fluss der Galle kann eine Vielzahl an Verdauungsstörungen auftreten. Unverdautes Fett wird durch den Stuhl ausgeschieden und kann zu Fettstühlen, Blähungen oder Koliken führen. Auch Vitaminmangel kann entstehen, da fettlösliche Vitamine nicht aufgenommen werden können, wenn sie nicht zuvor von Lipasen zersetzt werden.
Entzündungen der Gallenblase oder der Bauchspeicheldrüse
Wenn die Galle nicht in den Darm abfließen kann, staut sie sich in der Gallenblase an. Der Gallengang kann ohne die Durchspülung mit Galle leichter von Bakterien aus dem Zwölffingerdarm besiedelt werden und sie entzünden. Eine solche Entzündung kann sich dann auf die Gallenblase oder die Bauchspeicheldrüse ausbreiten und entsprechende Entzündungen (Cholezystitis oder Pankreatitis) auslösen.
Gelbsucht
Eine Krankheit, die durch einen erhöhten Bilirubin-Wert verursacht wird, ist die Gelbsucht (oder auch Ikterus). Dabei sammelt sich zu viel Bilirubin in der Galle an, das z. B. durch einen verstopften Gallengang nicht richtig abfließen kann. Stattdessen wird das Bilirubin manchmal wieder in den Körper aufgenommen und lagert sich in verschiedenen Geweben ab. Dabei kann es zu den charakteristischen gelben Färbungen von Haut und Augen kommen.
Galle – Das Wichtigste
- Galle wird in der Leber gebildet, in der Gallenblase gespeichert und erfüllt ihre Aufgabe im Zwölffingerdarm. Sie hat einen alkalischen pH-Wert.
- Galle ist für den Verdau von ansonsten schwer wasserlöslichen Fetten und für die Neutralisierung der Magensäure zuständig.
- Gallensäuren können in ihrer konjugierten Form Mizellen bilden und Fette in sich einschließen
- Lipasen können Fette in den Mizellen zersetzen, die daraufhin durch die Darmwand in den Körper aufgenommen werden können.
- Gallenfarbstoffe entstehen durch zersetzte Bestandteile von Hämoglobin und sind für die Färbungen von Urin und Kot zuständig.
Nachweise
- wolfs-apotheke.de: Gallenbeschwerden - was tun? (08.07.2022)
- Löffler; Petrides (2014). Biochemie und Pathobiochemie. Springer Berlin Heidelberg.
- R. Bowen (2001). Secretion of Bile and the Role of Bile Acids In Digestion. vivo.colostate.edu (09.07.2022)
- Abb. 4: Foto von Dr.Michael Jäger auf Wikimedia (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:GallensteinQuerschnitt.JPG)
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