Proteine u. Vitamine (Maria) - user.phil.uni
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Fitness III/ IV SS´05 Fitness - Ernährung Die Bedeutung der Proteine und Vitamine Referentin: Maria Gramstadt Die Proteine (Eiweißstoffe) Eiweiße sind Grundbausteine der Zellen aller Lebewesen Proteine werden benötigt für den Aufbau & die Erhaltung von Körperstrukturen (Zellen) & Körpereigenen Wirkstoffen (Enzyme & best. Hormone) Während länger dauernder Belastungen werden Proteine bzw. ihre Bausteine, die Aminosäuren, schließlich in gewissem Umfang auch zur Energiegewinnung herangezogen (Ersatzreaktion = nicht vorteilhaft/ unökonomisch) 1 Die Proteine (Eiweißstoffe) Nahrungsproteine werden im Magen-Darm-Trakt verdaut & ihre Bausteine, die Aminosäuren, werden zum Aufbau körpereigener Proteine verwendet Aminosäuren bilden die Bausteine von Proteinen. Die meisten tierischen & pflanzlichen Proteine setzen sich aus einer begrenzten Anzahl von bis zu 20 verschiedenen Aminosäuren zusammen. Allgemeine Formel der Aminosäure R = versch. Org. Molekülreste, die als Seitenkette für jede Aminosäure charakteristisch sind Die Verbindung der Aminogruppe einer Aminosäure mit der Carboxylgruppe einer anderen Aminosäure nennt man Peptidbindung Durch die peptidartige Anknüpfung weiterer Aminosäuren entstehen di-, tri-, tetrapeptide usw. Bis zu 100 peptidartig verbundene Aminosäuren bezeichnet man als Polypeptid Erst mehrere 100 miteinander verbundene Aminosäurereste als Protein 2 Charakterisierung der Proteine Proteine sind durch die Sequenz der Aminosäuren & durch ihre Konformation, d. h. dreidimensionale Struktur, charakterisiert. Es wird zwischen der Primär-, Sekundär- & Tertiärstruktur unterschieden Die Primärstruktur entspricht der Sequenz, d. h. der Reihenfolge, in der die Aminosäurereste miteinander durch kovalente Bindungen (Peptidbindungen) miteinander verknüpft sind. Die Mehrzahl der Proteine enthält 100 – 500 Aminosäurereste Die Sekundärstruktur entspricht der räumlichen Anordnung der Polypeptidkette. Zwei Typen sind bekannt: Faltblattstruktur & die á-Helix-Struktur Bei der Ausbildung der Tertiärstruktur wird die definierte Ordnung der Sekundärstruktur zusätzlich noch durch die Wechselwirkungen der Aminosäureseitenketten bestimmt. Die wichtigsten Bindungstypen sind Wasserstoffbrückenbindungen, hydrophobe Wechselwirkungen, Ionenbindungen, Disulfidbindungen Die Proteine (Eiweißstoffe) Manche Aminosäuren kann der menschl. Organismus nicht selbst bilden essentiellen Aminosäuren Essentielle Aminosäuren müssen mit der Nahrung aufgenommen werden Man unterscheidet essentielle, semi – essentielle und nicht essentielle Aminosäuren Für den Menschen sind 8 Aminosäuren essentiell, 9 nicht essentiell und 2 semiessentiell 3 Einteilung der Aminosäuren nach ihrem Qualitativen Bedarf nach Geiss/ Hamm (2004) Essentielle Aminosäuren Nicht essentielle Aminosäuren Semiessentielle Aminosäuren Valin Leucin Isoleucin Threonin Methionin Phenylalanin Typtophan Lysin Glycin Alanin Serin Cystin Tyrosin Prolin Hydroxyprolin Asparaginsäure Glutaminsäure Arginin Histidin Es gibt zwei Hauptklassen von Proteinen Faserproteine, haben eine faserige Struktur und werden in allen Geweben wie Muskeln, Knochen, Haut, inneren Organen und Zellmembranen angetroffen. Sie erfüllen strukturelle Aufgaben. Globuläre Proteine, sind bei allen Stoffwechselvorgängen von Bedeutung. Die wichtigste Rolle spielen hierbei die Enzyme, die als Moleküle mit hochspezifischer, katalytischer Aktivität wirksam sind. Weiterhin gehören zu dieser Gruppe Hormone (z.B. Insulin), kontraktile Proteine (z.B. Myosin), Transportproteine (z. B. Hämoglobin), Schutzproteine im Blut sowie Speicherproteine 4 Biologische Wertigkeit Nach der klassischen Definition von Thomas versteht man unter der Biologischen Wertigkeit (BW) die Anzahl Gramm Körpereiweiß, die durch 100g eines Nahrungsproteins ersetzt werden kann (Die biologische Wertigkeit gibt an, wie viele Eiweißbausteine der Körper aus einem Protein oder Proteingemisch nutzen kann) Als Bezugswert für die Biologische Wertigkeit (BW = 100) dient Vollei – Protein Andere tier. Lebensmittel wie Fleisch, Fisch und Milch liegen im Bereich von 80-90, während für pflanzl. Lebensmittel Wertigkeiten von 60-80 angegeben werden Ergänzungswirkung In der gemischten Kost ergänzen sich pflanzl. & tier. Eiweißlieferanten in den Aminosäurebausteinmustern so, dass Versorgungslücken des einen durch Überschüsse des anderen Proteins geschlossen & extreme Verhältnisse ausgeglichen werden können Eine Hohe Biologische Wertigkeit haben: Kartoffel – Ei – Kombination Mischungen aus Getreide & Milchprodukten Mischungen aus Getreide & Ei Bohnen & Mais 5 jedoch darf nicht übersehen werden, dass tier. & pflanzl. Proteine von unterschiedl. Nahrungssubstanzen begleitet werden (neben Vitamine & Mineralstoffe auch Fett, Cholesterine und Purine; energiereiche Kohlenhydrate & Ballaststoffe) Die Empfehlungen, den gegenwärtig hohen Eiweißanteil aus tier. Lebensmitteln von ca. 65% auf ca. 40% - 50% der Gesamtproteinaufnahme zu senken, kann zur Reduzierung der Fett-, Cholesterin& Purinaufnahme beitragen Nur so lässt sich auch die vorteilhafte Kohlenhydratbetonung in der Sportlerernährung realisieren Der vermehrte Verzehr von Getreideprodukten, Kartoffeln, Hülsenfrüchten ist aus ernährungsphysiologischer Sicht unter versch. Gesichtspunkten wünschenswert: hoher Gehalt an komplexen Kohlenhydraten (Stärke) Vorteilhaftes Ballaststoffangebot Vielseitige Quelle für Vitamine & Mineralstoffe Niedriger Fettgehalt 6 Die Biologische Wertigkeit verschiedener Eiweißarten für den Menschen/ versch. Proteingemische Tierisches Eiweiß (BW) Vollei Rindfleisch Fisch Milch 100 92-96 94 88 Edamer Käse 85 Schweizer Käse 84 Pflanzliches Eiweiß Proteingemisch (BW) (BW) Soja Grünalgen Roggen Bohnen 84 81 76 72 Bohnen & Mais (52%/48%) Milch & Weizen (75%/25%) 101 Reis Kartoffel Brot Linsen Weizen Erbsen 70 70 70 60 56 56 Vollei & Weizen (68%/32%) Vollei & Milch (71%/29%) Vollei & Kartoffel (35%/65%) 118 Mais 54 105 122 137 Stoffwechsel menschl. Körper hat für Proteine keine Depotmöglichkeiten Im Organismus besteht ein dynamisches Gleichgewicht, das durch Biosynthese von Körpereiweißen & deren Abbau gekennzeichnet ist So gibt es einen Pool von freien Aminosäuren, der sich aufgrund der Nahrungseiweißzufuhr durch den Abbau von Gewebeproteinen sowie der Proteinsynthese & Aminosäurenoxidation in seiner Zusammenfassung ständig ändert Die beim Abbau der Gewebeproteine anfallenden Aminosäuren können nur z.T. reutiliesiert werden Stoffwechselprodukte wie Harnstoff, Harnsäure & Kreatinin werden im Urin ausgeschieden allg. ist die Verdaulichkeit tier. Eiweißstoffe nahezu vollständig, bei pflanz. Proteinen ist sie eingeschränkt 7 Aminosäurepool Synthese Nahrung Pool von freien Aminosäuren in der Körperflüssigkeit Gewebe Abbau Desaminierung & Oxidation Abbau bzw. Verdauung der Proteine (nach Geiss, K.-R.) Mund & Speiseröhre Keine Verdauung der Eiweiße; Proteine verbleiben daher in Quartär- bzw. Tertiärstruktur Magen Proteine werden hydrolysiert, zu Polypeptidketten gespalten (Sekundärstruktur) Zwölffingerdarm Weitere Aufspaltung der Proteine in Polypeptdketten Oberer Dünndarm Aufspaltung der Polypeptidketten zu Dipeptiden & weiter zu einzelnen Aminosäuren Leber Weitere Verarbeitung, z.B. zu biogenen Aminen oder Transport zur Muskulatur 8 Proteinbedarf und -zufuhrempfehlungen Für die tägliche Ernährung des Erwachsenen gelten Zufuhrempfehlungen zw. 0,8-1,0g Eiweiß je kg Körpergewicht Für den Sportler gelten höhere Werte Sportartenspezifische Eiweißzufuhrempfehlu ngen (pro kg Körpergewicht) Ausdauersportler 1,21,5 g Schnellkraftsportler 1,5-1,7 g Kraftsportler 1,5-2,0 g Gründe für die höheren Proteinzufuhrempfehlungen bei Sportlern Der Aufbau von Muskulatur im Krafttraining erfordert ein entsprechendes Nahrungseiweißangebot Ausdauerbelastungen höherer Intensität führen zu einem Verschleiß an Muskelfasern, zu strukturellen Veränderungen an den Zellmembranen & zu einem Mehrumsatz an Enzymen & Hormonen im Stoffwechsel Bei hohen Leistungsintensitäten schützt ein ausreichendes Nahrungsaminosäurenangebot vor Muskelproteinabbau zwecks Energiegewinnung 9 Risiken einer zu hohen Proteinzufuhr Ernährungsphysiologische Vorteile einer ständig über den Bedarf hinausgehenden Proteinzufuhr sind nicht nachweisbar Proteine können jedoch nicht isoliert betrachtet werden, d.h. unabhängig von den sie begleitenden Nahrungssubstanzen (tier. Quellen, wie Fleischwaren, Milch, Eier) Damit ist eine hohe Zufuhr an gesättigten Fettsäuren verbunden (Cholesterin & Purinkörpern) Infolge einer ständig hohen Proteinzufuhr kann beim Menschen die Nierendurchblutung & die glomeruläre Filtrationsrate ansteigen Wichtig ist bei einer proteinreichen Ernährung die ausreichende Flüssigkeitszufuhr. Pro Tag sollten mindestens 1,5 L Harn produziert werden In der täglichen Ernährung sind vor allem zwei Gesichtspunkte zu beachten: 1. Die Ergänzungswirkung von Proteinkombinationen 2. Das Eiweiß – Fett – Verhältnis in Lebensmitteln 10 Günstige Lebensmittelkombinationen mit Ergänzungswert für Eiweiß Getreide mit Milch Reis, Weizen, Buchweizen, Hafer, Gerste, Roggen, Hirse mit Milch, Käse, Quark, Joghurt, Dickmilch z.B. Vollkorn- oder Buchweizenpfannkuchen mit Trinkmilch, Müsli mit Milch oder Joghurt, Vollkornnudeln mit Käse, Vollkornbrot mit Käse, Joghurt & Weizenkeime u.a. Getreide mit Hülsenfrüchten Reis, Weizen, Buchweizen, Hafer, Gerste, Hirse mit Bohnen, Sojabohnen, Kichererbsen, Erbsen, Linsen z.B. Bohnensuppe mit Reis, Hirse mit Kichererbsen, Erbsensuppe mit Vollkornbrötchen Getreide mit Eiern Reis, Weizen, Buchweizen, Hafer, Gerste, Roggen, Hirse mit Ei z.B. Buchweizenpfannkuchen mit Ei, Rührei mit Brot u.a. Kartoffeln mit Ei oder Milch Kartoffeln mit Ei, Milch, Quark, Joghurt, Dickmilch, Käse z.B. Pellkartoffeln mit Quark, Bratkartoffeln mit Spiegelei, Kartoffeln mit Käse überbacken u.a. Eiweiß – Fett – Verhältnis in Lebensmitteln (pro Gramm Eiweiß mitgelieferte Menge an Fett) Lebensmittel Fettreich Relativ Fettarm Fettarm Fettanteil in g Bratwurst Hühnereigelb Trinkmilch (3,5% Fett) Speisequark (40% Fett i. Tr.) Hühnerei (Vollei) Schweinefleisch (Mittelwert) Rindfleisch (Mittelwert) Speisequark (20% Fett i.Tr) Teigwaren Brot Hülsenfrüchte Kartoffel Magermilch (0,3% Fett) Speisequark mager Hühnereiweiß 2,77 1,98 1,09 1,05 0,87 0,5 0,4 0,41 0,22 0,16 0,06 0,05 0,03 0,02 0,018 11 Die Vitamine Organische, nicht energieliefernde essentielle Nährstoffe An intermediären Stoffwechselprozessen beteiligt (Schlüsselfunktionen im Stoffwechsel der Hauptnährstoffe Kohlenhydrate, Fette & Eiweiße) = Folie direkte & komplexe Einfluss lebenswichtiger Vitamine auf den Stoffwechsel Befragung der Sportler aus aller Welt (Olympische Spiele, 1984) ergab, dass ca. 90% aller Sportler zusätzlich zur Ernährung Vitaminpräparate einnehmen (Rokitzki, Keul, 1988, S.44) Ein pharmakologischer Effekt hoher Vitamingaben im Sinne einer Steigerung der Leistung ist jedoch nach bisher vorliegender Untersuchungen keineswegs gesichert (vorausgesetzt es liegt kein Vitamindefizit vor) Unzureichende Vitaminaufnahme beträchtigt in jedem Fall die körperl. & geistig-nervliche Leistungsfähigkeit Allgemeine Bedeutung für die Ernährung Vitamine empfindlich (Lagerung & Nahrungszubereitung) gegenüber Luft, Licht, Wärme Vitamine werden nach ihrer physiologisch – chemischen Eigenschaften in wasserlösliche & fettlösliche Verbindungen eingeteilt Wasserlösliche Vitamine können durch Wasser ausgelaugt werden 12 Einteilung der Vitamine Fettlösliche Vitamine Retinol (Vorstufe Carotin) Calciferol Tocopherol Phyllochinon Wasserlösliche Vitamine A D E K Thiamin Riboflavin Niacin Pyridoxin Pantothensäure Biotin Folsäure Cobalamin Ascorbinsäure B1 B2 B6 B12 C Vorkommen & Aufgaben der Vitamine (nach Hamm) Vitamin Funktion Nahrungsquelle Vitamin A Sehvorgang, Schleimhautfunktion Vitamin D Calciumstoffwechsel Vitamin E Fettlösl. Antioxidans, Zellschutz Blutgerinnung Fetthaltige Milchprodukte, Fette, Leber, als Provitamin A (Carotin) in vielen Gemüsesorten Fettfische, Lebertran, Eigelb, Margarine Keimöle Vitamin K Grüngemüse, Leber 13 Vitamin Funktion Nahrungsquelle Vitamin B1 Energie(Kohlenhydrat-) Stoffwechsel Energie- (Fett-) Stoffwechsel Vollkorn, Fleisch, Hülsenfruchte, Kartoffeln Milchprodukte, viele Seefische Vitamin B6 Eiweißstoffwechsel Vitamin B12 Reifung der roten Blutkörperchen Fleisch, Fisch, Milch, Vollkorn, Weizenkeime, Sojakeime Leber, tier. Lebensmittel Vitamin B2 Vitamin Funktion Folsäure Bildg. & Reifung der roten Gemüse, Leber Blutkörperchen Pantothensäure Zentrales Stoffwechselvitamin Niacin Energiestoffwechsel Biotin Synthese von Kohlenhydraten & Fettsäuren, Hautfunktion Gesundheitsschutz, Förderung der Eisenresorption Vitamin C Nahrungsquelle Fleisch, Fisch, Milch, Vollkorn, Hülsenfrüchte Fleisch, Fisch, Milch, Eier, Hülsenfrüchte Leber, Eier, Haferflocken, Weizenkeime Gemüse, Obst, Kartoffeln, Küchenkräuter 14 Vitaminbedarf & Empfehlungen für die Vitaminzufuhr Qualität statt Quantität besteht dann, wenn insgesamt wenig Kalorien umgesetzt bzw. aufgenommen werden Die Nährstoffdichte wird zu einem neuen Qualitätskriterium bei der Lebensmittelauswahl (vitaminbewußt bei der Nahrungszubereitung sein) Vitaminverluste bei der Nahrungszubereitung im Haushalt Vitamin A Vitamin E Vitamin B1 Vitamin B2 Vitamin B6 Pantothensäure Folsäure Vitamin C 20% 10% 30% 20% 20% 30% 50% 30% Nährstoffdichte Nährstoffdichte ist das Verhältnis vom Vitamin- oder Mineralstoffgehalt zum Kaloriengehalt eines Lebensmittels Wird in mg/ 1000 kcal oder in mg/ 1000 KJ angegeben Lebensmittel, die hauptsächlich Kalorien liefern = geringe Nährstoffdichte Lebensmittel, wie Vollkornprodukte, Hülsenfrüchte, Kartoffeln, Gemüse usw. haben eine hohe Nährstoffdichte Nährstoffdichte = Vitamine bzw. Mineralstoffe —————————————— Kalorien bzw. Joule 15 Empfehlungen für eine sichere Vitaminversorgung sich möglichst abwechslungsreich ernähren tägl. Vollkornprodukte verzehren tägl. Frisches Obst & Gemüse tägl. Milch oder ein Milchprodukt verwenden den wöchentlichen Speiseplan mit Fleisch, Fisch & Ei ergänzen vitaminbewusst bei der Nahrungszubereitung sein nach dem Garen frische Küchenkräuter oder zum gekochten Gemüse einen Teil Rohkost zugeben frischgepreßte oder Multivitaminsäfte mit Mineralwasser verdünnt als Getränk genießen Folie Quelle: Vitaminzufuhrempfehlungen der Deutschen Gesellschaft für Ernährung (DGE), Frankfurt/ M. 1985. Auf gar keinen Fall sollten im Sport die entsprechenden Empfehlungen für die Vitaminzufuhr der DGE unterschritten werden 16 Kritische Vitaminversorgung & Vitaminsubstitution Die Diskussion um den Sinn oder Unsinn von Vitaminsubstitutionen bei Sportlern wird kontrovers geführt Bei Studien, in denen eine Leistungssteigerung nach Vitaminsubstitutionen beschrieben worden ist, ist zu fragen, ob: 1. 2. 3. die Leistungsverbesserung ein Trainingseffekt war, eine Mangelversorgung an Vitaminen vorlag, auf pharmakologische Wirkungen der Vitamine zurückzuführen war Rokitzki et al. (1989, S.1) schlagen zur objektiven Beurteilung von Vitaminwirkungen im Sport folgende Vorgehensweise vor: Die mit der Nahrung zugeführten wasser- & fettlöslichen Vitamine sollten aus einem 7- bzw. 14tägigen Ernährungsprotokoll berechnet werden Serum- , Blut-, & Urinkonzentration versch. Wasser& fettlöslicher Vitamine sollten bestimmt werden Leistungsveränderungen müssen anhand von spiroergometrischen & biochemischen Parametern auf der Grundlage eines standarisierten Leistungstests überprüft werden 17 Mangelerscheinungen & Überdosierungen Aus den Funktionen der einzelnen Vitamine lassen sich die Mangelerscheinungen bei einer unzureichenden Zufuhr ableiten = Folie (Vitaminmangelerscheinungen) Oft werden im Sport auch so genannte Megadosen eingesetzt Statt 3000 – 5000 Internationale Einheiten (I.E.) von Vitamin A werden in Einzelfällen 60 000 – 100 000 I.E. eingenommen Bei Langzeiteinnahmen können Kopfschmerzen, Hautveränderungen, Haarausfall, Erbrechen, Lebervergrößerung & schmerzhafte Skelettveränderungen auftreten Nahrungsvorkommen & Präparate Vitamine enthalten in Obst & Gemüse, in Milchprodukten & Vollkorngetreideerzeugnissen Aufgrund ihrer hohen Nährstoffdichte stellen sie den größten Teil der täglich benötigten Mineralstoffe bereit Vitaminpräparate gibt es als Monopräparate, als Kombinationspräparate oder als Multivitaminpräparate Darreichungsformen: Kapseln, Dragees, Brausetabletten oder Multivitaminsäfte Die Produkte können vitaminisierte Lebensmittel, diätische Lebensmittel oder Arzneimittel darstellen 18 Ziel für alle Sportler sollte zunächst die normalversorgung, d.h 100% Deckung der DGE – Empfehlungen für Vitamine, sein Eine knappe Versorgung, d.h. nur 80% der DGE – Empfehlungen & erst recht eine Mangelversorgung unterhalb dieses Bereiches gefährden die körperlichen & geistignervliche Leistungsfähigkeit sowie die Gesundheit Es ist jedoch schwer, einen Mehrbedarf (Optimalversorgung) für Leistungssportler festzulegen Es gibt nur sehr wenige Quellen/ Hinweise zum Mehrbedarf von Nährstoffen beim Leistungssport Vitaminzufuhrempfehlungen basieren mehr auf Schätzungen Eine überhöhte Vitaminzufuhr hat vermutlich weniger leistungssteigernde Effekte, sondern vielmehr gesundheitsschützende Wirkungen Vitamine – vernünftig dosiert – schützen unsere Gesundheit & unterstützen die Leistung! 19
