Extrazelluläre Verdauung - Extracellular digestion
Die extrazelluläre phototrope Verdauung ist ein Prozess, bei dem sich Saprobionten ernähren, indem sie Enzyme durch die Zellmembran auf die Nahrung sekretieren . Die Enzyme katalysieren die Verdauung der Nahrung, dh Diffusion, Transport, Osmotrophie oder Phagozytose . Da die Verdauung außerhalb der Zelle stattfindet, wird sie als extrazellulär bezeichnet. Es findet entweder im Lumen des Verdauungssystems statt, in einer Magenhöhle oder einem anderen Verdauungsorgan oder vollständig außerhalb des Körpers. „außerhalb der Sache“ und weist darauf hin, dass die extrazelluläre Verdauung außerhalb der Zelle erfolgen muss. Bei der extrazellulären Verdauung wird Nahrung außerhalb der Zelle entweder mechanisch oder mit Säure durch spezielle Moleküle, sogenannte Enzyme, abgebaut. Dann können die neu abgebauten Nährstoffe von den Zellen in der Nähe aufgenommen werden. Der Mensch nutzt die extrazelluläre Verdauung, wenn er isst. Ihre Zähne zermahlen die Nahrung, Enzyme und Säure im Magen verflüssigen sie, und zusätzliche Enzyme im Dünndarm zerlegen die Nahrung in Teile, die ihre Zellen verwerten können. Die extrazelluläre Verdauung ist eine Form der Verdauung, die bei allen saprobiontischen Anneliden , Krebstieren und Arthropoden vorkommt, Flechten und Chordates , einschließlich Wirbeltiere .
Bei Pilzen
Pilze sind heterotrophe Organismen. Heterotrophe Ernährung bedeutet, dass Pilze extrazelluläre Quellen organischer Energie, organisches Material oder organisches Material für ihre Erhaltung, ihr Wachstum und ihre Reproduktion nutzen. Energie wird aus dem Aufbrechen der chemischen Bindung zwischen Kohlenstoff und entweder Kohlenstoff oder anderen Bestandteilen von Verbindungen wie einem Phosphation gewonnen . Die extrazellulären Energiequellen können einfache Zucker , Polypeptide oder komplexere Kohlenhydrate sein .
Pilze können nur kleine Moleküle durch ihre Wände aufnehmen. Damit Pilze ihren Energiebedarf decken können, finden und absorbieren sie organische Moleküle, die ihren Bedürfnissen entsprechen, entweder sofort oder nach einer Form der Enzymverringerung außerhalb des Thallus . Die kleinen Moleküle werden dann absorbiert, direkt verwendet oder innerhalb der Zelle zu organischen Molekülen rekonstituiert (transformiert).
Wenn in der Einstreu ein skelettiertes Blatt zu sehen ist, liegt dies daran, dass widerspenstige Materialien zurückbleiben und die Verdauung fortgesetzt wird. Die Pilze, die eine Vielzahl von Energiequellen nutzen, nehmen normalerweise zuerst die einfachsten Verbindungen auf, dann die komplexeren. Beispielsweise wird die Zellulosebildung durch hohe Glukosekonzentrationen im Zytoplasma unterdrückt . Bei Erschöpfung der primären Glukosequellen werden dann Enzyme zum Abbau komplexerer Moleküle wie Zellulose und Stärke freigesetzt. So werden lösliche Zucker und Aminosäuren zuerst aus einem von einem Baum freigesetzten Blatt entfernt. Stärke wird dann abgebaut und absorbiert. Anschließend werden Pektin und Cellulose aufgeschlossen. Schließlich werden Wachse abgebaut und Lignin oxidiert . Die Staffelung der Energiebeschaffung führt zu einer effizienten Nutzung der verfügbaren Energie.
Nachweis von Verdauungsenzymen in Pilzen
Die Regulierung der Nährstoffaufnahme scheint durch allgemeine Phänomene gesteuert zu werden. Im Kulturfiltrat gut genährter Pilze kann nur eine kleine Gruppe von Enzymen, meist Hydrolasen , nachgewiesen werden. Dies legt nahe, dass spezifische Induktoren die Herstellung und Freisetzung von Enzymen zum Abbau kontrollieren. Das am häufigsten in der Umwelt verfügbare komplexe Kohlenhydrat ist Cellulose. In Abwesenheit von Glucose induziert beispielsweise der Nachweis von Cellulose die Expression von Cellulosen. Infolgedessen zielen Pilze spezifisch auf den Abbau der Cellulose in ihrer Umgebung ab und verschwenden keine Energie für die unnötige Bildung von Enzymen zum Abbau von möglicherweise nicht vorhandenen Molekülen. Pilze haben ein effizientes Verfahren zur Energiegewinnung.
Aufgrund der großen Vielfalt potenzieller Nahrungsquellen haben Pilze Enzyme entwickelt, die für die Umgebungen geeignet sind, in denen sie normalerweise vorkommen. Die Palette der Enzyme ist zwar bei vielen Arten groß, reicht aber nicht für das Überleben in allen Umgebungen aus. Pilze benötigen andere Wettbewerbsattribute, um ihr Überleben zu sichern.
Das Gegenteil ist auch der Fall. Einige Pilze haben hochspezifische Stoffwechselfähigkeiten, die es ermöglichen, bestimmte Lebensräume zu besetzen, indem sie Moleküle nutzen, die anderen Pilzen nicht zur Verfügung stehen. Darüber hinaus hat die Verwendung eines gemeinsamen und reichlich vorhandenen Substrats dazu geführt, dass viele Pilze eine Reihe hochspezifischer Abbauenzyme entwickeln. Unter den Pilzen gibt es Arten, die in ihrem Nährstoffbedarf generalistisch sind, einige mit spezifischem Nährstoffbedarf und viele, die dazwischen liegen.
Ausscheidung von Verdauungsenzymen
Enzyme werden nahe der Hyphenspitze hergestellt. Einige werden in mit dem Golgi assoziierten Vesikel verpackt und dann an die Hyphenspitze abgegeben. Der Inhalt wird an der Spitze freigegeben. Einige Enzyme werden aktiv durch die Plasmamembran ausgeschieden , wo sie durch die Zellwand diffundieren oder in ihr wirken. Beachten Sie, dass die von der Hyphenspitze freigesetzten Enzyme eine wässrige Umgebung für die Freisetzung und die anschließende Abbauaktivität benötigen.
Aufnahme von verdauten Produkten
Die durch die Plasmamembran absorbierten Moleküle sind in der Regel kleiner als 5.000 Da, so dass nach der Verdauung nur einfache Zucker, Aminosäuren, Fettsäuren und andere kleine Moleküle aufgenommen werden können. Die Moleküle werden in Lösung aufgenommen. In einigen Fällen werden die Moleküle von Enzymen verarbeitet, die sich innerhalb der Zellwand befinden. Zum Beispiel wurden Saccharose-Inverter in Wänden von Hefen lokalisiert. Glukose scheint der von den meisten Pilzen bevorzugte Zucker zu sein. Die Aufnahme anderer Zucker wird unterdrückt, wenn Glukose verfügbar ist. In ähnlicher Weise regulieren Ammonium , Glutamin und Asparagin die Aufnahme von Stickstoffverbindungen und Cystein von Schwefelverbindungen.
Gemeinsame intra- und extrazelluläre Verdauung bei Nesseltieren
Gemeinsame intra- und extrazelluläre Verdauung Bei Hydra und anderen Nesseltieren wird die Nahrung von den Tentakeln gefangen und durch den Mund in die einzige große Verdauungshöhle, die gastrovaskuläre Höhle, aufgenommen . Enzyme werden von den Zellen, die diese Höhle begrenzen, sezerniert und zur extrazellulären Verdauung über die Nahrung gegossen. Kleine Partikel der teilweise verdauten Nahrung werden zur intrazellulären Verdauung in die Vakuolen der Verdauungszellen aufgenommen . Unverdaute und nicht aufgenommene Nahrung wird schließlich aus dem Mund geworfen.
Invertierte Verdauungssysteme sind Beutel und Röhrchen
Sowohl einzellige Organismen als auch Schwämme verdauen ihre Nahrung intrazellulär. Andere vielzellige Organismen verdauen ihre Nahrung extrazellulär in einer Verdauungshöhle. In diesem Fall werden die Verdauungsenzyme in einen Hohlraum freigesetzt, der mit der äußeren Umgebung des Tieres verbunden ist. Bei Nesseltieren und Plattwürmern wie Planarien hat die Verdauungshöhle, die als gastrovaskuläre Höhle bezeichnet wird, nur eine Öffnung, die sowohl als Mund als auch als Anus dient. Es gibt keine Spezialisierung innerhalb dieser Art von Verdauungssystem, da jede Zelle allen Stadien der Nahrungsverdauung ausgesetzt ist.
Spezialisierung tritt auf, wenn der Verdauungstrakt oder der Verdauungskanal einen separaten Mund und Anus hat, so dass der Transport der Nahrung in eine Richtung erfolgt. Der primitivste Verdauungstrakt wird bei Nematoden (Stamm Nematode) beobachtet, wo es sich einfach um einen röhrenförmigen Darm handelt, der von einer Epithelmembran ausgekleidet ist. Regenwürmer (Stamm Anneliden) haben einen auf verschiedene Regionen spezialisierten Verdauungstrakt für die Aufnahme, Speicherung, Fragmentierung, Verdauung und Aufnahme von Nahrung. Alle komplexeren Tiergruppen, einschließlich aller Wirbeltiere, zeigen ähnliche Spezialisierungen.
Die aufgenommene Nahrung kann in einer speziellen Region des Verdauungstraktes gelagert oder einer physikalischen Fragmentierung unterzogen werden. Diese Fragmentierung kann durch das Kauen von Zähnen (im Maul vieler Wirbeltiere) oder das Schleifen von Kieselsteinen (im Muskelmagen von Regenwürmern und Vögeln) erfolgen. Dann findet eine chemische Verdauung statt, die die größeren Nahrungsmoleküle aus Polysacchariden und Disacchariden , Fetten und Proteinen in ihre kleinsten Untereinheiten zerlegt.
Die chemische Verdauung beinhaltet Hydrolysereaktionen , die die Untereinheitsmoleküle – hauptsächlich Monosaccharide , Aminosäuren und Fettsäuren – aus der Nahrung freisetzen. Diese Produkte der chemischen Verdauung gelangen durch die epitheliale Auskleidung des Darms in das Blut, was als Absorption bekannt ist. Alle Moleküle im Futter, die nicht aufgenommen werden, können vom Tier nicht verwendet werden. Diese Abfallprodukte werden ausgeschieden oder aus dem Anus ausgeschieden.
Extrazelluläre Verdauung bei anderen Tieren
Anneliden
Der Echiuran- Darm ist lang und stark gewunden, und bei Erwachsenen mit Pogonophora gibt es keinen Darm . Unter anderen Anneliden ist der Darm linear und unsegmentiert, mit einer Mundöffnung am Peristomium und einer Afteröffnung am hinteren Ende des Tieres ( Pygidium ). Die Nahrung wird durch Zilien und/oder Muskelkontraktionen durch den Darm transportiert . Die Verdauung erfolgt hauptsächlich extrazellulär, obwohl einige Arten auch eine intrazelluläre Komponente aufweisen.
Gliederfüßer
Das Verdauungssystem der Gliederfüßer lässt sich in drei Bereiche unterteilen: den Vorderdarm, den Mitteldarm und den Hinterdarm. Alle freilebenden Arten weisen einen ausgeprägten und getrennten Mund und Anus auf, und bei allen Arten muss die Nahrung durch Muskelaktivität und nicht durch Zilienaktivität durch den Verdauungstrakt transportiert werden, da das Lumen des Vorderdarms und des Hinterdarms mit Kutikula ausgekleidet ist . Die Verdauung erfolgt im Allgemeinen extrazellulär. Nährstoffe werden über das Hämsystem an das Gewebe verteilt.
Weichtiere
Die meisten Weichtiere haben ein komplettes Verdauungssystem mit separatem Mund und Anus. Der Mund führt in eine kurze Speiseröhre, die zu einem Magen führt. Im Zusammenhang mit dem Magen sind eine oder mehr Verdauungsdrüsen oder Verdauungs caeca . Verdauungsenzyme werden in das Lumen dieser Drüsen sezerniert. Im Magen findet eine zusätzliche extrazelluläre Verdauung statt. Bei Kopffüßern erfolgt die Verdauung vollständig extrazellulär. Bei den meisten anderen Weichtieren werden die Endstadien der Verdauung intrazellulär im Gewebe der Verdauungsdrüsen abgeschlossen. Die aufgenommenen Nährstoffe gelangen in das Kreislaufsystem zur Verteilung im ganzen Körper oder werden in den Verdauungsdrüsen zur späteren Verwendung gespeichert. Unverdaute Abfälle passieren einen Darm und durch den Anus. Andere Aspekte der Lebensmittelsammlung und -verarbeitung wurden gegebenenfalls für jede Gruppe bereits erörtert.
Menschen
Die ersten Bestandteile des Magen-Darm-Trakts sind der Mund und der Pharynx , der die gemeinsame Passage der Mund- und Nasenhöhle ist. Der Pharynx führt zur Speiseröhre , einem Muskelschlauch, der dem Magen Nahrung zuführt , wo eine vorläufige Verdauung stattfindet; hier erfolgt die Verdauung extrazellulär .
Vom Magen gelangt die Nahrung in den Dünndarm , wo eine Batterie von Verdauungsenzymen den Verdauungsprozess fortsetzt. Die Verdauungsprodukte werden über die Darmwand in die Blutbahn aufgenommen . Was übrig bleibt, wird in den Dickdarm entleert , wo ein Teil des restlichen Wassers und der Mineralien aufgenommen wird; hier erfolgt die Verdauung intrazellulär.