Proteine, Kohlenhydrate, Fette PDF

Proteine Vorkommen und Bedeutung von Proteinen Proteine sind essenzielle Makromoleküle, die in allen Lebewesen vorkommen und vielfältige Funktionen erfüllen. Sie machen 15-20% der Körpermasse aus und sind in verschiedenen Geweben und Organen in unterschiedlichen Konzentrationen zu finden: - Muske...

Proteine Vorkommen und Bedeutung von Proteinen Proteine sind essenzielle Makromoleküle, die in allen Lebewesen vorkommen und vielfältige Funktionen erfüllen. Sie machen 15-20% der Körpermasse aus und sind in verschiedenen Geweben und Organen in unterschiedlichen Konzentrationen zu finden: - Muskeln: 20% (Aktin, Myosin, Myoglobin) - Blut: 21% (Hämoglobin) - Knochen: 30% (Keratine) - Haare: 90-100% (Keratine) - Eiweiß: 12-13% (Ovalbumin, Conalbumin) - Milch: 3% (Albumine, Casein) Proteine können in einfache Proteine (nur aus Aminosäuren) und zusammengesetzte Proteine (mit nicht-proteinhaltigem Anteil) unterteilt werden. Zu den einfachen Proteinen gehören Globuline (z.B. Albumin) und Skleroproteine (z.B. Keratin, Kollagen). Zusammengesetzte Proteine sind z.B. Proteide (mit prosthetischer Gruppe wie Hämoglobin) und Glykoproteine (mit Kohlenhydratanteil). Primär-, Sekundär-, Tertiär- und Quartärstruktur von Proteinen Die Struktur von Proteinen lässt sich auf verschiedenen Ebenen beschreiben: - Primärstruktur: Aminosäuresequenz - Sekundärstruktur: räumliche Anordnung durch Wasserstoffbrückenbindungen (α-Helix, β- Faltblatt) - Tertiärstruktur: dreidimensionale Faltung durch intramolekulare Kräfte (van-der-Waals-Kräfte, Wasserstoffbrücken, elektrostatische Wechselwirkungen, Disulfidbrücken) - Quartärstruktur: Zusammenlagerung mehrerer Polypeptidketten zu einem Proteinkomplex Die Tertiärstruktur ist entscheidend für die Funktion des Proteins. Sie ergibt sich aus der Summe der intramolekularen Kräfte und erscheint oft willkürlich, ist aber durch die Aminosäuresequenz determiniert. Funktionen von Proteinen Proteine erfüllen vielfältige Funktionen im Körper: - Strukturelle Funktionen (z.B. Kollagen in Bindegewebe, Keratin in Haaren) - Katalytische Funktionen (Enzyme) - Transportfunktionen (z.B. Hämoglobin, Albumin) - Regulatorische Funktionen (z.B. Hormone, Antikörper) - Energielieferung (ca. 12-15% des Energieumsatzes) Proteine sind somit essenzielle Bausteine und Funktionsträger in allen Zellen und Geweben. Proteinbedarf und biologische Wertigkeit Der Proteinbedarf gesunder Erwachsener beträgt ca. 0,8 g/kg Körpergewicht pro Tag. Dieser Bedarf kann durch eine ausgewogene Ernährung gedeckt werden. Die biologische Wertigkeit eines Proteins gibt an, wie effizient es vom Körper in körpereigenes Protein umgewandelt werden kann. Sie hängt von der Relation der Aminosäuren zum Bedarfsmuster ab. Als Referenzwert dient Vollei mit einer biologischen Wertigkeit von 100%. Essenzielle Aminosäuren Es gibt 8 essenzielle Aminosäuren, die der Körper nicht selbst herstellen kann und daher über die Nahrung aufgenommen werden müssen: - Phenylalanin, Isoleucin, Threonin, Tryptophan, Methionin, Valin, Leucin, Lysin - Bei Kindern sind zusätzlich Arginin und Histidin essenziell, bei Erwachsenen ist Histidin semi- essenziell. Der Aminosäureindex (PDCAAS) gibt an, wie gut das Proteinmuster eines Lebensmittels dem Aminosäurebedarf entspricht. Faktoren wie Verdaulichkeit und Bioverfügbarkeit fließen dabei ein. Proteine in der Ernährung Proteinreiche Lebensmittel sind vor allem tierische Produkte wie Fleisch, Fisch, Eier und Milchprodukte. Aber auch viele pflanzliche Lebensmittel wie Hülsenfrüchte, Nüsse, Samen und Getreide enthalten hochwertige Proteine. Der empfohlene Fleischkonsum liegt bei 2-3 Portionen (100-120g) pro Woche. Der tatsächliche Konsum in der Schweiz ist mit ca. 945g pro Woche jedoch deutlich höher. Gesunde Ernährung mit Protein Fünf Prinzipien einer gesunden Ernährung sind: 1. Adäquate Proteinmenge 2. Wenig stark verarbeitete Lebensmittel 3. Hoher Anteil an Pflanzennahrung 4. Wenig gesättigte Fettsäuren, Zucker und Salz 5. Ausgewogene, balancierte Ernährung Fleisch ist eine wichtige Quelle für Protein, Mineralstoffe, Spurenelemente und Vitamine, sollte aber maßvoll konsumiert werden. Proteine, die Probleme machen - Zöliakie Zöliakie ist eine Autoimmunerkrankung, bei der das Protein Gluten aus Getreide eine Entzündung des Dünndarms auslöst. Die einzige wirksame Behandlung ist eine glutenfreie Ernährung. Etwa 40% der Menschen haben die genetischen Prädispositionen für Zöliakie, aber nicht jeder entwickelt die Erkrankung. Die genauen Ursachen sind noch nicht vollständig geklärt. Verdauung und Absorption von Proteinen Die Verdauung von Proteinen beginnt im Magen mit Pepsin und wird im Dünndarm durch Pankreasproteasen wie Trypsin fortgesetzt. Dabei werden Proteine zu Oligopeptiden und Aminosäuren abgebaut. Die Aufnahme von Di- und Tripeptiden erfolgt über einen H+-gekoppelten Transporter in den Enterozyten. Aminosäuren werden über verschiedene Na+-gekoppelte Transportsysteme resorbiert und basolateral an das Blut abgegeben. Proteinstoffwechsel in der Leber Die Leber spielt eine zentrale Rolle im Proteinstoffwechsel: - Proteinsynthese (ca. 15-50 g/Tag) - Proteinabbau und Harnstoffbildung - Synthese wichtiger Plasmaproteine (außer Immunglobuline) - Regulation des Aminosäurestoffwechsels - Gluconeogenese aus Aminosäuren Der Harnstoffzyklus dient der Entgiftung und Ausscheidung von Ammoniak, das beim Proteinabbau entsteht. Auswirkungen von Fasten auf den Proteinstoffwechsel Während Fasten kommt es zu verstärktem Proteinabbau, um den Energiebedarf zu decken. Dabei werden Aminosäuren aus der Muskulatur freigesetzt und in der Leber für die Gluconeogenese genutzt. Der Körper versucht, den Proteinabbau auf ein Minimum zu reduzieren, um die Muskelmasse zu erhalten. Dennoch kann es zu einem Verlust an Muskelmasse kommen, was den Grundumsatz senkt und den "Jojo-Effekt" beim Abnehmen begünstigt. Regulation der Proteinhomöostase Der Körper hat verschiedene Mechanismen, um die Proteinhomöostase aufrechtzuerhalten: - Zentrale Aminosäuresensoren (z.B. mTOR, GCN2) regulieren die Proteinsynthese und - degradation - Periphere Effekte von Aminosäuren wie Leucin beeinflussen Appetit und Energiestoffwechsel - Hormone wie Insulin, Leptin und FGF21 sind an der Regulation beteiligt - Bei Proteinmangel kommt es zu Anpassungen, um den Bedarf zu decken Diese Mechanismen stellen sicher, dass der Körper ausreichend Proteine für Wachstum, Erhaltung und Reparatur zur Verfügung hat. Kohlenhydrate Ernährung - Kohlenhydrate Allgemeines zu Kohlenhydraten - Wichtigste Energiequelle, fast ausschließlich in pflanzlichen Nahrungsmitteln - Unterschiedlich lange Ketten von aneinander gehängten Monosacchariden - Monosaccharide: z.B. Glukose, Fruktose, Galaktose - Disaccharide: 2 Monosaccharide, z.B. Saccharose, Laktose, Maltose - Oligosaccharide: 3-9 Monosaccharide, z.B. Raffinose, Dextrin - Polysaccharide: 10 oder mehr Monosaccharide, z.B. Stärke, Cellulose (Nahrungsfasern) Biologisch relevante Di- und Oligosaccharide - Wichtige Di- und Oligosaccharide wie Saccharose, Laktose, Maltose Biologisch relevante Polysaccharide - Homoglykane und Heteroglykane - Homoglykane: Polysaccharide aus gleichartigen Monosacchariden - Heteroglykane: Polysaccharide aus mehr als einer Art Monosaccharid Alpha- und Beta-glykosidische Bindung - Unterschied zwischen alpha- und beta-glykosidischer Bindung, z.B. bei Maltose und Cellulose Nahrungsfasern - Non-digestible carbohydrates (NDC) - Dietary fiber - Nicht verdauliche Kohlenhydrate = Nahrungsfasern, alle pflanzlicher Herkunft - Lösliche und unlösliche Nahrungsfasern, Funktionen und Quellen - Gesundheitliche Effekte von löslichen und unlöslichen Nahrungsfasern Zucker = Saccharose - Disaccharid aus Glukose und Fruktose Affektive Reaktionen auf Geschmacksstimuli bei Neugeborenen - Bitteres wird abgelehnt, Süßes wird gerne angenommen Warum Zucker so attraktiv ist - Glukose als bevorzugtes Energiesubstrat für Neurone, geringe Speicherkapazität, Belohnungseffekt über Süßrezeptoren Probleme durch erhöhten Zuckerkonsum - Fruktose als Hauptproblem, stimuliert de novo-Lipogenese in der Leber Fette Ernährung - Fette Bedeutung der Lipide Lipide sind wasserunlösliche Moleküle, die sich gut in unpolaren organischen Lösungsmitteln lösen lassen. Sie haben verschiedene wichtige Funktionen im Körper: - Bestandteil von biologischen Membranen - Wichtigster Energiespeicher (Depotfett) - Wichtiges Transportmittel - Isolation und Körperform - Mechanischer Schutz - Botenstoffe (z.B. Steroide, Prostaglandine) Fettsäuren - Einteilung nach Kettenlänge: flüchtige FS (2-4 C-Atome), kurzkettige (10 C-Atome) - Einteilung nach Sättigungsgrad: gesättigte, einfach ungesättigte, mehrfach ungesättigte (essenzielle FS gehören in diese Gruppe) - Einteilung nach Essenzialität: ω3 (erste Doppelbindung nach dem 3. C-Atom vom Methylende), ω6 (erste Doppelbindung nach dem 6. C-Atom vom Methylende) - Wichtige essentielle FS: Linolsäure (C18:2 ω6), α-Linolensäure (C18:3 ω3), Arachidonsäure (C20:4 ω6), Eicosapentaensäure (EPA, C20:5 ω3), Docosahexaensäure (DHA, C22:6 ω3) Fettsäuren und Fette in der Ernährung Empfehlungen und Konsum in der Schweiz: - Referenzwerte: Gesamtfett 30-35 E%, gesättigte FS