Ernaehrung - Teil 1
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ERNÄHRUNG UND NAHRUNGSBESTANDTEILE Teil 1: Kohlenhydrate, Lipide, Proteine VU Ernährung und Stoffwechsel MMag. Peter Machart SoSe 2017 Grundlagen der Ernährung 2 3 Haupt-Nährstoffgruppen: Kohlenhydrate, Lipide und Proteine Empfohlene Aufnahme in Bezug auf Gesamtenergiemenge: mind. 50% Kohlenhydrate (Saccharide) - Betriebsstoffe 30-35% Lipide (Fette) - Speicherstoffe, Betriebsstoffe 10-15% Proteine (Eiweiße) - Baustoffe weitere nicht entbehrliche (essentielle) Nahrungsbestandteile: - (einige der 20) Aminosäuren - ungesättigte Fettsäuren (Linolsäure,…) - Vitamine - Spurenelemente (Mineralsalze) - Ballaststoffe Die österreichische Ernährungspyramide 3 BMGF (2016a) Fettes, Süßes und Salziges - max. 1P/d Fette und Öle - 1-2El/d Fisch, Fleisch, Wurst und Eier 2 P/w max. 3P/w 3/w Milch und Milchprodukte - 3P/d Getreide und Erdäpfel - 4P/d Gemüse, Hülsenfrüchte, Obst - 5 P/d Alkoholfreie Getränke - mind. 1,5 l/d Def. Portion 4 BMGF (2016a) 5 Kohlenhydrate 6 von grünen Pflanzen durch Photosynthese gebildet aus Kohlen-, Wasser- und Sauerstoff; oft: Cn(H2O)m Nomenklatur: Endung auf -ose am häufigsten vorkommende org. Verbindungen; schnell verfügbarer Energieträger (Betriebsstoffe); Grundgerüst von RNA und DNA; als Glykoproteine bzw. Glykolipide in Zellmembranen; als Strukturelement in Zellwänden, etc. nach Größe einteilbar: Mono-, Di-, Oligo- und Polysaccharide Kohlenhydrate: Monosaccharide 7 Monosaccharide: Einfachzucker drei- bis sieben Kohlenstoffatome: Triosen, Tetrosen, Pentosen, Hexosen, Heptosen durch Oxidation einer alkoholischen Hydroxylgruppe (OH-Gruppe) eines mehrwertigen Alkohols gebildet es entstehen Aldosen (Aldehyde) oder Ketosen (Ketone) Folie 8 Triosen und Tetrosen bilden Ketten Pentosen und Hexosen bilden Ringstrukturen Folie 9 Schlieper (2014) Bildung von KH - Monosaccharide Aldohexose (z. B. Glucose) 9 Ketohexose (z. B. Fructose) Kohlenhydrate: Monosaccharide 10 Hexosen: C6H12O6 - Glucose (Traubenzucker; Dextrose) - wichtigster Einfachzucker im menschlichen Körper (Energieversorgung Zellen – Zellatmung); sechseckiges ringförmiges Kohlenstoffgerüst ( Aldohexose) - Fructose (Fruchtzucker); fünfeckige ( Ketohexose) - Galaktose (Schleimzucker); sechseckig ( Aldohexose) - Mannose; sechseckig ( Aldohexose) Pentosen: C5H10O5 - Ribose und Desoxyribose - Bestandteil RNA/DNA ( Aldopentose) - Xylose, Arabinose, … KH: Monosaccharide - Hexosen (C6H12O6) 11 Huch (2015): Mensch, Körper, Krankheit. Elsevier. Aldose Sauerstoffbrücke zwischen 1. und 5. C-Atom Ketose Sauerstoffbrücke zwischen 2. und 5. C-Atom Kohlenhydrate: Disaccharide 12 aus Reaktion zweier Einfachzucker (Abspaltung von H2O) wichtige Zweifachzucker: - Maltose (Malzzucker) - zwei Glukosemolekülen - Saccharose (Rohr-/Rübenzucker) - aus Glukose + Fruktose - Laktose (Milchzucker) - aus Glukose + Galaktose Aufnahme eines Wassermoleküls Aufspaltung Disaccharide in Monosaccharide Kohlenhydrate: Disaccharide 13 Huch (2015): Mensch, Körper, Krankheit. Elsevier. Kohlenhydrate: Oligosaccharide 14 drei bis zehn Monosaccharide häufig an Proteine oder Lipide gebunden - z. B. in der Zellmembran Raffionse - Trisaccharid aus Galactose-, Glucose- und Fructosrest Rübenzuckermelasse Kestose - Trisaccharid aus Saccharose + Fructose u. a. in Honig Stachyose - Tetrasaccharid aus Raffionse + Galactose in Hülsenfrüchten (v. a. Sojabohne); fördert Ausbildung der Darmflora ( auch in Muttermilch enthalten) Kohlenhydrate: Polysaccharide 15 weitere Verknüpfung mit Einfachzucker langkettige Makromoleküle (100 bis 10 000de Monosaccharidreste) unter Abspaltung von Wassermoleküls (C6H10O5)n + (n-1) H2O Nomenklatur: -an statt -ose (häufig allerdings Trivialnamen) wichtige Homoglykokane (aus Amylose und Amylopektin): Amylose: 200 - 1 000 Glucosereste; unverzweigte, sprialige Kette (sechs Glucoseeinheiten pro Schraubgang) Amylopektin: 600 - 6 000 Glucosereste; verzweigte Ketten (je 25 GR) - Stärke: pflanzliche Speicherform der Glucose (Kartoffeln,…) - Glykogen: tierische/menschliche Speicherform der Glucose (v. a. in Leber und Skelettmuskulatur) - Cellulose: Form und Festigkeit von Pflanzen Kohlenhydrate: Polysaccharide 16 Kohlenhydrate: Stoffwechsel 17 Aufnahme von verdauten KH als Monosaccharide ins Blut ( PPT Verdauung) Glucose wichtigstes Monosaccharid ( Zellatmung!) Fructose und Galactose werden in Leber in Glucose umgebaut Glucose zur Energieversorgung von ZNS, Erytrozyten, Muskulatur, … Speicherform von Glucose: Glykogen (ca. 150 g in Leber / ca. 200 g in Muskulatur); weiterer Glucoseüberschuss als Fett gespeichert Absinken Blutzzuckerspiegel zwischen den Mahlzeiten Glykogen aus Leber als Glucose ins Blut Erschöpfung der Glykogenspeicher ca. 12 - 24 Stunden nach letzter Nahrungsaufnahme (Grundumsatz) Kohlenhydrate: Stoffwechsel 18 Schlieper 2014 Lipide 19 prakt. unlöslich in Wasser; gut löslich in organischen Lösungsmitteln größte Gruppe nat. vorkommender Fette: Triglyceride (Neutralfette) weitere wichtige Fette: Phospholipide, Wachse, Terpene, Steroide beim Menschen: Energiereserve / -speicherstoff, sowie Isolationsund Schutzfunktion Triglyceride aus einem Molekül Glycerol und drei Fettsäuremolekülen Fettsäuren: (meist) lange KW-Ketten mit 4 bis 24 C-Atomen (meist 16-18) - gesättigte Fetts. (nur Einfachbindungen) - einfach ungesättigte Fettsäuren (nur eine Doppelbindung) - (mehrfach) ungesättigte Fettsäuren (zwei, drei oder mehr Doppelbindungen) Schermaier et al. (2014) Lipide - Triclyceride 20 Huch (2015) Mensch, Körper, Krankheit. Elsevier. Triclyceride - Fettsäuren 21 Fettsäuren = energieliefernde und strukturgebende Komponente Gesättigte Fettsäuren: keine Doppelbindungen alle C-Atome mit H-Atomen gesättigt geringe Reaktionsfreudigkeit Ungesättigte Fettsäuren: ein bis mehrere Doppelbindungen zwischen den C-Atomen ( je 2 H-Atome weniger nicht mit H-Atomen abgesättigt bis zu vier reaktionsfähige Doppelbindungen…); mehrfach ungesättigte Fettsäuren sind nicht entbehrlich (essentiell) Cis- und Transfettsäuren cis-Form (lat. diesseits): „Knick“ in der Fettsäurekette H-Atome auf der gleichen Seite der Doppelbindung trans-Form (lat. gegenüber): H-Atome bei Doppelbindung gegenüberliegend kein „Knick“ Omega-3-/Omega-6-Fettsäure: Position der 1. Doppelbindung Fettsäuren: cis-/trans-Konfiguration 22 Schlieper (2014) Fettsäuren: Omega-3/Omega-6 23 Ort der ersten Doppelbindung (vom Methylende aus gezählt) Omega-Fettsäuren z. B. enthalten in Ölen, Meeresfisch, Innereien, … Methylende = CH3 weitere Lipide 24 Phospholipide - ähnlicher Bau wie Triglyceride - aber nur ein bis zwei Fettsäuren an Glycerol (dreiwertig) bzw. Sphingosin (zweiwertig) zweite/dritte Bindungsstelle: Phosphatgruppe und org. Rest - Glycerophosphatide (mit dreiwertigem Alkohol Glycerol) Sphingophosphatide (mit zweiwertigen Alkohol Sphingosin) - Phosphatrest und org. Rest = hydrophil („Kopf“) Glycerol/Sphingosin und Fettsäure(n) = hydrophob („Schwanz“) - Glycerophosphotid am häufigsten Lecithin (org. Rest = Cholin) in Biomembranen bildet auch Lipiddoppelschicht - wichtigstes Sphingophosphatid: Sphingomyelin (org. Rest wieder Cholin) Myelinscheide Glykolipide - Bau: Sphingosin, 1 Fettsäure, Glucose od. Galactose (kein Phosphat) v. a. in Membranen des Nervensytems Lipide - Phospholipide 25 Huch (2015), verändert Organischer Rest (Cholin) Lipide 26 Cholin, etc. weitere Lipide 27 Wachse - meist langer, einwertiger Alkohol (16-36 C-Atome) mit einer Fettsäure (24-36 C-Aome) verestert - z. B. als Schutzschicht bei Pflanzen und Tieren (Bienenwachs Terpene z. B. - fettlösliche Vitamine: A, (D), E, K - Carotinoide (Pflanzenfarbstoff und Provitamin A) - Menthol - Steviosid weitere Lipide 28 Steroide Molekül aus vier kondensierten Ringen (= Steran) wichtigster Vertreter: Cholesterin - vom Köper selbst hergestellt bzw. mit tierischen Nahrungsmitteln aufgenommen - wichtiger Bestandteil der Zellmembran - Vorläufer von Steroidhormonen - Vorläufer der Gallensäure Bei erhöhtem Cholesterinspiegel: Arteriosklerosegefahr Lipide - Cholesterin 29 Huch (2015): Mensch, Körper, Krankheit. Elsevier. Exkurs: Arteriosklerose 30 Arteriosklerose Veränderungen der Gefäßinnenwand und der Muskelschicht Risikofaktoren: Über-/Fehlernährung, etc. Schlüsselrolle: LDL-Cholesterin Mangeldurchblutung von Geweben und Organen bis zu Gefäßverschluss Entscheidend Verhältnis (V)LDL : HDL Aneurysmen Gefäßausweitung (bis zum Durchriss) Huch (2015) 31 Huch (2015) Proteine 32 Proteine sind die wesentlichen Baustoffe im Körper und die einzige vom Menschen verwertbare Stickstoffquelle Proteine bestehen aus Aminosäuren Aminosäuren/Proteine bestehen aus den Elementen C, O, H, N, (S), ((P)) Spezifische Funktionen von Proteinen z. B. - Enzyme und Hormone - Transportproteine (z. B. Hämoglobin) - Bewegungsproteine (z. B. Myosin in Skelettmuskulatur) - Stützfunktionsproteine (z. B. Kollagen in Bindegewebe) - Antikörper - etc. Aminosäuren Proteine 33 Aminosäuren bestehen aus einem zentralem Kohlenstoffatom mit vier Verbindungen: einer COOH-Gruppe (Carboxygruppe) einer NH2-Gruppe (Aminogruppe) einem Wasserstoffatom einem variablen Rest definiert 20 natürliche Aminosäuren Huch (2015) Unentbehrliche (essenzielle) Aminosäuren: Lysin, Threonin, Isoleucin, Leucin, Methionin, Phenylalanin, Tryptophan, Valin; Histidin (für Säuglinge und Kinder) Bedingt unentbehrliche (bedingt essenzielle) Aminosäuren: Arginin, Cystein, Glutamin, Tyrosin Entbehrliche (nicht essenzielle) Aminosäuren: Alanin, Asparagin, Asparaginsäure, Glutaminsäure, Glycin, Prolin, Serin Aminosäuren 34 Proteinsynthese 35 Kondensation von Amino- und Carboxygruppe unter H2O-Abspaltung Biesalski und Grimm (2011) Huch (2015) Proteinstruktur 36 Primärstruktur durch DNA codierte Aminosäuresequenz Sekundärstruktur – Faltung der Aminosäurenkette durch Wasserstoffbrückenbindungen Faltblattstruktur mehrere dieser Ketten gegenläufig od. parallel Helix stabilisiert durch Wasserstoffbrückenbindung zwischen NH-Gruppe einer Windung und CO-Gruppe der folgenden Schleifen aus vier Aminosäuren H-Brückenbind. zwischen 1 & 4 37 Schlieper (2014) Proteine – Tertiär und Quartärstruktur 38 Tertiärstruktur durch Wechselwirkungen zwischen den Seitenketten (Resten) der Aminosäuren (z. B. durch Disulfidbrücken bei Insulin) Proteine nur dann biologisch aktiv, wenn mind. Tertiärstuktur! Quartärstruktur – mehrere Tertärstrukturen aneinandergelagert Literatur 39 Berg, J. M., Stryer, L. und Tymoczko, J. L. (2013): Biochemie (7. Aufl.). Berlin und Heidelberg: Springer. Biesalski, H. K., Grimm, P. und Nowitzki-Grimm, S. (2015): Taschenatlas der Ernährung (6. Aufl.). Stuttgart: Georg Thieme Verlag. Bundesministerium für Gesundheit und Frauen (Hrgs.) (2016a): Die österreichische Ernährungspyramide. Wien: BMGF Bundesministerium für Gesundheit und Frauen (Hrgs.) (2016b): Die österreichische Ernährungspyramide für Schwangere und Stillende. Wien: BMGF Huch, R. und Jürgens, K.D. (Hrsg.) (2015). Mensch, Körper, Krankheit (7. Aufl.). München: Elsevier. Pietrzik, K., Golly, I. und Loew, D. (2008): Handbuch Vitamine. Für Prophylaxe, Therapie und Beratung. München: Elsevier. Schermaier, A., Taferner, F., und Weisl, H. (2014). bio@school 5. Linz: Veritas. Schlieper, C. A. (2014): Grundfragen der Ernährung (21. Aufl.). Hamburg: Büchner.
