Taschenatlas Ernährung - Biesalski / Grimm - Beck-Shop

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Taschenatlas Ernährung
von
Hans Konrad Biesalski, Peter Grimm
Neuausgabe
Taschenatlas Ernährung – Biesalski / Grimm
schnell und portofrei erhältlich bei beck-shop.de DIE FACHBUCHHANDLUNG
Thematische Gliederung:
Ernährungsmedizin, Diätetik
Thieme 2007
Verlag C.H. Beck im Internet:
www.beck.de
ISBN 978 3 13 115354 8
Inhaltsverzeichnis: Taschenatlas Ernährung – Biesalski / Grimm
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Energiehaushalt
Energie in Geweben
Das Gehirn ist fast ausschließlich auf
Glucose als Energielieferant angewiesen.
Da es oxidierbare Substanzen nicht speichern kann, muss es stndig mit Glucose
versorgt werden. Dies kann nur durch
einen Mindest-Glucosegehalt im Blut gewhrleistet werden (A). Das Gehirn verbraucht ca. 120 g Glucose pro Tag; im
Hungerzustand kann es in begrenztem
Umfang auch Ketonkrper verarbeiten.
Im Gegensatz zum Gehirn besitzt die
Muskulatur enorme Glykogenspeicher.
Beim Abbau entsteht daraus innerhalb
der Muskelzellen Glucose-6-Phosphat,
das jedoch nicht mehr hydrolisiert werden kann. Es geht daher ausschließlich
in die Glykolyse ein und kann nicht in
Form von Glucose an das Blut abgegeben werden. Insbesondere bei pltzlicher Aktivittssteigerung ist Glucose der
wichtigste Brennstoff fr die Muskelzelle. Das unter anaeroben Bedingungen
gebildete Lactat wird ins Blut abgegeben.
Die im Fettgewebe gespeicherten Triglyceride stellen den wesentlichen
Brennstoffvorrat des Menschen dar. Zur
Veresterung von Fettsuren bentigt
das Fettgewebe aktiviertes Glycerin. Da
jedoch das Enzym hierzu, die Glycero-Kinase, im Fettgewebe fehlt, kann bei der
kontinuierlich ablaufenden Hydrolyse
von Triglyceriden das anfallende Glycerin nicht verwendet werden. Das aktivierte Glycerin muss daher der Glykolyse
entnommen werden. Aus diesem Grund
ist die Zelle fr die Fettsynthese auf
eine ausreichende Glucosezufuhr angewiesen – ein Umstand, den sich viele
zweifelhafte „Diten“ zunutze machen.
Die Leber ist das zentrale Organ fr die
Regulation des Stoffwechsels. Sie ist in
der Lage, große Mengen an Glucose aufzunehmen, in Form von Glykogen zu
speichern und bei Bedarf zur Stabilisierung des Blut-Glucose-Spiegels bereit
zu stellen. Solange ausreichend Brennstoffe vorhanden sind, synthetisiert die
Leber auch Fettsuren, verestert sie
und transportiert sie dann ber in der
Leber gebildete Lipoproteine zu den
peripheren Geweben.
Im Hungerzustand wandelt die Leber jedoch Fettsuren verstrkt zu Ketonkrpern um (B). Ihre Synthese in
der Leber beginnt, wenn das Angebot
an Acetyl-CoA dessen Abbaugeschwindigkeit im Citrat-Zyklus bersteigt. Die
Ketonkrper werden von allen Geweben
außer der Leber selbst zur Energiegewinnung herangezogen. Gleichzeitig werden aus dem Proteinabbau entstehende
Aminosuren zur Gluconeogenese genutzt, um den Mindestbedarf an Glucose
zu gewhrleisten.
Rein rechnerisch wrden die Fettreserven des Menschen fr mehr als 2 Monate ausreichen. Allerdings sind nur ca.
3 kg Protein mobilisierbar, was den normalen Glucosebedarf des Nervengewebes fr ca. 15 Tage decken knnte.
Eine lngere Fastenperiode kann nur
dank der Anpassungsfhigkeit der Nervenzellen berlebt werden (C). Die Glucoseverwertung wird drastisch eingeschrnkt und das entstehende Energiedefizit durch Ketonkrper gedeckt. Der
verminderte Bedarf an Aminosuren fr
die Gluconeogenese schont die Speicher
an verfgbarem Muskelprotein, so dass
auch mehrwchige Hungerperioden
berlebt werden knnen.
H. K. Biesalski, P. Grimm, Taschenatlas der Ernhrung (9783131153548) c2007 Georg Thieme Verlag KG
Energie in Geweben
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A. Brennstoffreserven eines 70kg schweren Mannes [kcal]
Blut
Leber
Gehirn
Glucose oder Glykogen
60kcal
390 kcal
8kcal
Muskel
1200 kcal
Fettgewebe
80 kcal
Triglyceride
45kcal
450 kcal
0kcal
450 kcal
135 000 kcal
mobilisierbare Proteine
0 kcal
390 kcal
0kcal
24 000 kcal
37 kcal
B. Brennstoffumsatz in der Leber bei längerem Hungern
von Muskulatur
Protein
1
Harnstoff wird zu den
Nieren transportiert
und mit dem Urin
ausgeschieden
Glucose
gelangt mit
dem Blut
zum Gehirn
2
4
5
8
Glucose
Fettsäuren
Ketonkörper
Aminosäuren
Proteinabbau
liefert glucogene
Aminosäuren.
aus dem Fettgewebe
kommende Fettsäuren
werden als Brennstoffe
zu Acetyl-CoA oxidiert
P
Anhäufung von
Acetyl-CoA begünstigt die
Synthese von
Ketonkörpern.
Glucose-6phosphat
Harnstoff
Acetyl-CoA
Phosphoenolpyruvat
NHe
6
Zwischenprodukte
des Citrat-Zyklus werden der Gluconeogenese zugeführt
Leberzelle
Ketonkörper gelangen
mit dem Blut zum
Gehirn, wo sie als
Brennstoff dienen
Acetoacetyl-CoA
7
Wegen Mangels an Oxalacetat
gelangt Acetyl-CoA nicht in
den Citrat-Zyklus; Acetyl-CoA
sammelt sich an
3
Oxalacetat
CitratZyklus
Citrat
C. Brennstoffmetabolismus im Hungerzustand
Glucoseproduktion
durch Gluconeogenese
100
100
80
75
40
Ketonkörper
5
150
Plasmaspiegel [mM]
Brennstoffnutzung
im Gehirn
4
Glucose
3
2
Fettsäuren
50
1
20
Glucose
Ketonkörper
Abbau von
GlucoseproMuskelprotein duktion Leber
0
1
2
3
4
Fastentage
5
6
7
3.Tag
40.Tag
gebildete oder verbrauchte Menge [g] in 24 Stunden
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Energiehaushalt
Kontrolle des Energiehaushalts
Die Produktion des energiereichen ATP
ist grundstzlich an dessen Spaltung zu
ADP gekoppelt (A). Die Notwendigkeit
dieser Anpassung ergibt sich aus der Tatsache, dass nur wenige Gramm ATP, ADP
bzw. AMP im menschlichen Organismus
zur Verfgung stehen. Um den tglichen
Energiebedarf von ca. 2000 kcal zu decken, bedarf es aber ca. 80 kg an freien
Adenin-Nucleotiden. Um dies zu gewhrleisten, muss jedes ADP-Molekl tglich
mehrere tausend Mal – unter strenger
Kontrolle – phosphoryliert und wieder
dephosphoryliert werden.
Die Regulation dieser Prozesse geschieht ber eine Vielzahl ineinandergreifender Mechanismen. Als Stellgrße
kann die Energieladung einer Zelle betrachtet werden:
[ATP] + 12 [ADP]
Energieladung =
[ATP]+ [ADP]+ [AMP]
Sie kann einen Wert zwischen 0 (nur
AMP) und 1 (nur ATP) annehmen. ATP
erzeugende Stoffwechselwege werden
durch eine hohe Energieladung gehemmt, ATP-verbrauchende dagegen
werden angeregt.
Die Energieladung einer Zelle ist, hnlich
wie der pH-Wert, gepuffert: Sie liegt
meist zwischen 0,80 und 0,95.
Die Regulation der am Energiestoffwechsel beteiligten Enzyme kann durch
verschiedene Mechanismen erfolgen.
So kann z. B. die Enzymmenge ber die
Genexpression im Zellkern gesteuert
werden. Bei einigen Enzymen wird auch
deren Abbaugeschwindigkeit kontrolliert. Von besonderer Bedeutung ist die
Kontrolle der Enzymaktivitt durch reversible Modifikation. Z. B. wird die Glykogenphosphorylase, die den Abbau von
Glykogen katalysiert, im Glucosemangel
durch Phosphorylierung eines bestimmten Serinrestes aktiviert.
Die – theoretische – Kopplung ATP-verbrauchender an ATP-produzierende Prozesse kann jedoch auch teilweise außer
Kraft gesetzt werden (B). Verbraucht
die Zelle ATP, so steht in den Mitochondrien auch kein ADP zur Verfgung. Dadurch wird die ATP-Synthese gehemmt,
so dass sich NADH anhuft. Das entstehende hohe NADH/NAD+-Verhltnis
hemmt schließlich den Citrat-Zyklus, so
dass die Energieproduktion zum Erliegen
kommt. In der Praxis kann jedoch die
Oxidation von der Phosphorylierung entkoppelt werden: Der Elektronentransport in der Atmungskette luft unvermindert ab, wobei statt ATP nun
Wrme produziert wird.
Die Phosphofructokinase unterliegt
ebenfalls einer allosterischen Hemmung
durch ATP (C). Fr die katalysierte Reaktion wird ATP verbraucht. Die Fructose1,6-Biphosphatase katalysiert die Rckreaktion, ohne dafr jedoch ATP zu
bentigen. Laufen beide Reaktionen ab,
so wird in der Summe ATP „verschwendet“. Derartige „nutzlose“ Substratzyklen bezeichnet man als Leerzyklen,
im Englischen als Futile Cycles. Die individuellen Unterschiede in der Aktivitt
solcher Zyklen (Fetthydrolyse und Reveresterung u. a.) knnen pro Tag bis zu
500 kcal ausmachen. Sie bilden eine biochemische Grundlage fr die unterschiedliche Nhrstoffausnutzung und
damit fr das variierende Krpergewicht
bei gleichen Ernhrungsgewohnheiten
und ußeren Bedingungen.
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Kontrolle des Energiehaushalts
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A. Energieliefernde und -verbrauchende Prozesse
Energieträger
(endogen, exogen)
Körpersubstanz
Arbeit
COw
NHe
energieliefernde
Prozesse
energieverbrauchende
Prozesse
H
Ow
ADP
ATP
Vorstufen
HwO
B. Gekoppelte/entkoppelte Energieproduktion
vorbereitende
Reaktionen
gemeinsame
Endstrecke
biologische Oxidation
Fettsäuren
entkoppelt
COw
Wärme
ATP
CitratZyklus
Kohlenhydrate
NADH
áOw
Atmungskette
ATP
HwO
NAD +
ATP
ADP
Aminosäuren
ATP
P
Harnstoff
gekoppelt
C. Futile Cycle
ATP
ADP
PFK
Eq
P
P
Glykogen
Fructose-6phosphat
Fructosebisphosphat
Lactat
P
P
Ausgangsverbindung
Endverbindung
P
Ew
H wO
FBPase
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