Verwendung im Alltag
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Verwendung im Alltag Vorkommen in der Ernährung Welche Rolle spielen Makromoleküle in der Ernährung? Kohlenhydrate, Proteine und Fette bilden die Grundlage der Ernährung Kohlenhydrate und Fette sind die Hauptenergielieferanten Proteine dienen zusätzlich dem Aufbau körpereigener Proteine und andere Substanzen Dieser Energiegehalt wird in Kilojoule (kJ) bzw. Kilokalorien (kcal) angegeben Was ist unter Kalorie zu verstehen? Der Brennwert (Kaloriengehalt) gibt an, wie viel Energie der Körper aus einem Lebensmittel gewinnen kann Wird in Kilojoule/Kilokalorie angegeben Energiegehalt von Nährstoffen ist unterschiedlich : - Proteine und Kohlenhydrate liefern 17,2 kJ/g (4,1 kcal) - Fett enthält 38,9 kJ/g (9,3 kcal) Brennwert von Lebensmittel wird in einem Kalorimeter gemessen : 1. Lebensmittel wird gewogen 2. Wird in einem explosivsicheren Zylinder verbrannt 3. Energie der Explosion erwärmt Kalorimeterflüsigkeit (z.B. Wasser) 4. Berechnung des Brennwertes: „1 kcal erwärmt 1 l Wasser um 1 Grad“ Kohlenhydrate Verbindungen aus Kohlenstoff, Sauerstoff und Wasserstoff Einteilung in Mono-, Oligound Polysaccharide Am leichtesten verfügbare Energiequelle Stellt den Hauptteil der Ernährung dar -> 50-60 % des tägl. Energiebedarfs (5 g/kg Körpergewicht ) Kohlenhydrate Funktion im Körper Am leichtesten zugängliche Energiequelle -> Freisetzung von Wärmeenergie Speicherung von überflüssigen Kohlenhydraten in Form des wasserlöslichen Vielfachzuckers Glykogen in Leber und Muskeln Glykogen der Leber dient der Aufrechterhaltung des Blutzuckerspiegels; Muskelglykogen als Energiereserve Körper versucht den Blutzucker konstant zu halten, um die Energieversorgung der Zellen sicherzustellen Bestimmte Polysaccharide (Ballaststoffe) regulieren die Peristaltik (Darmtätigkeit) Kohlenhydrate Abbau/ Verdauung im Körper Beginn im Mund : Speichel enthält Amylasen, die Stärke zu Oligosacchariden bis herunter zum Disaccharid Maltose zerlegen. Magen : Spaltung eines Teils der Disaccharide (Maltose und Saccharose) in die Monosaccharide (durch Magensäure) Dünndarm : - Abbau von Stärke und Glykogen zu Maltose. (Amylasen aus Bauchspeicheldrüse) - Maltose wird durch die Maltase in Glucose zerlegt. - Die Monosaccharide Glucose, Fructose und Galactose gelangen über die Zellen der Darmwand in die Blutbahn Leber : Glykolyse zur Energiegewinnung - sofort in Zellen verwendet - geringer Teil wird in der Leber und Muskeln gespeichert Proteine Proteine = organische Verbindungen, die aus Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff enthalten In einigen Proteine kommen auch Phosphor oder Schwefel vor Bausteine der Proteine sind die Aminosäuren Unterteilung in Oligopeptide ( weniger als 10 AS); Polypeptide (10-100 Aminosäuren) und Proteine (mehr als 100 Aminosäuren) Bestimmen Funktion und Struktur des menschlichen Körpers Im menschlichen Organismus werden für die Proteinsynthese 20 verschiedene Aminosäuren benötigt (essentielle /nicht essentielle) Die täglichen Zufuhrempfehlung liegt bei ca. 1 g pro kg Körpergewicht Proteine Funktion im Körper Bausteine der Muskulatur (Strukturprotein) Regeneration und Wiederherstellung bei Gewebeverletzungen der Muskulatur Antikörper Als Enzyme : Beteiligung am Stoffwechsel Als Hormone Transportprotein (z.B. Hämoglobin (O2-Transport)) Schutz- und Stützfunktionen: bilden Hüllen um Zellen (Schutzkolloide), das Faserprotein Kollagen verleiht Knochen und Gewebe Zugfestigkeit , Kreatin Übertragen Erbinformation: der Erbinformationsträger DNA ist ein Proteinnucleotid Kontraktilen Proteinen (Bewegung) Bei der Energieversorgung nur Reservefunktion Hämoglobin Proteine Abbau/Verdauung im Körper Magen - Denaturierung der Proteine durch Salzsäure des Magens -> erste Zerlegung durch Proteinspaltende Enzym Pepsin Dünndarm - enzymatische Spaltung der Proteine in Dipeptide durch Enzyme der Bauchspeicheldrüse (Trypsin und Chymotrysin) - Dipeptidasen der Dünndarmschleimhaut zerlegen diese in einzelne Aminosäuren - gelangen mit dem Blut zur Leber Leber - werden sofort verstoffwechselt (Harnstoff) - frei ausgestoßen - Aufbau von Plasmaproteinen - Aufbau von Leberproteinen, Enzymen Vorkommen in der Medizin Krankheiten Diabetes mellitus Wort stammt aus dem Griechisch/Lateinischen = „honigsüßer Durchfluss“ Störungen des Zuckerstoffwechsels, die zu einer dauerhaften Erhöhung der Glukosekonzentration im Blut führt Typische Symptome : starker Durst, vermehrtes Wasserlassen, Heißhunger, Juckreiz, Abgeschlagenheit und Infektanfälligkeit Diagnose : Blut- und Urinzucker Bestimmungen (Glukose-Toleranztest, Harnzucker- und Blutuntersuchung) Diabetes mellitus Unterscheidung in zwei Hauptformen : 1.) Typ-1 : körpereigene Abwehrstoffe zerstören die Insulinproduzierenden Zellen der Bauchspeicheldrüse (bei Jugendlichen) 2.) Typ-2 : langsame und zunehmende Unempfindlichkeit der Zellen gegenüber dem Insulin (ältere Menschen) Diabetes mellitus Diabetes Typ 1 Ursachen :- Zerstörung der Insulin produzierenden Zellen der Bauchspeicheldrüse durch Antikörper - Insulinproduktion sinkt und bleibt ganz aus Therapiemöglichkeit : - Diabetes lässt sich nur mit Insulin behandeln, weil ein Insulinmangel die Ursache ist Diabetes Mellitus Diabetes Typ 2 • Ursachen : -Zellen werden Insulinresistent -> brauchen viel mehr Insulin, um Zucker aus dem Blut aufnehmen zu können -Insulin wird vermehrt ausgeschüttet ->Isulinproduktion nimmt immer mehr ab -Übergewicht und mangelnde Bewegung • Therapiemöglichkeit : - Stufentherapie 1. Umstellung der Ernährung 2. Blutzuckerzenkende Medikamente 3. Insulintherapie Diabetes mellitus Folgeerkrankungen: - Schlecht heilende Wunden (Füße und Beine) - Verschlechterung der Sehfähigkeit (Retinopathi) - Nervenschädigungen mit Kribbeln oder Gefühllosigkeit in den Beinen (Polyneuropathie) - Herzinfarkt - Schlaganfall Diabetischer Fuß Krankheiten Proteine als Krankheitserreger - Prionen Prionen = infektiöse Proteine, die körpereigenen Nervenzell-Eiweißen ähnlich sind Sind Hitzebeständig und nicht durch Desinfektionsmittel oder radioaktiver Strahlung zu zerstören Entwicklung durch genetische Veränderungen oder durch Infektion aus körpereigenen Eiweißen Beispiel : Creutzfeld-Jakob Krankheit Unterscheidung durch räumliche Struktur : a) gesunde ungefährliche Form : - helikale Struktur überwiegt - nicht sehr beständig b) kranke, gefährliche Form : - ß-Faltblatt-Strukur (starre gerade Form) - meist in Wasser unlöslich - wirkt als Autokatalysator (Umwandlung der gesunden Form) Weitere Beispiele Haare Woraus bestehen Haare ? -> 90% aus Keratin (Faserprotein bestehend aus 18 verschiedenen Aminosäuren) -> Aminosäuren sind durch zu langen Polypeptidketten verknüpft -> natürliche Färbung ist abhängig von den Melanin-Pigmenten in der Haarwurzel Molekülgitter der Haare Haare Was geschieht beim Färben bzw. Tönen? 1. Tönen -> natürliche Farbpigmente bleiben erhalten – Farbstoffteilchen haften an Haaroberfläche und dringen nur etwas in die Schuppenschicht ein 2. Färben -> Farbpigmente werden chemisch verändert; werden durch Oxidationsmittel (z.B. Wasserstoffperoxid) zerstört -> chemische Reaktion in dem Haar – Haarfarbstoff (kleine Moleküle) reagiert mit dem Oxidationsmittel, es bilden sich große Farbmoleküle -> weiterer Zusatz : Ammoniak :löst die äußere Schuppenschicht – Chemikalien können besser ins Haar gelangen Haare Chemische Vorgänge bei der Dauerwelle 1. Entwickeln : Ein Wellmittel gibt Wasserstoffatome ab -> lagern sich an die Schwefelatome der Doppelschwefelbrücken (Reduktion) -> werden teilweise gespalten -> Haarstruktur lockert sich 2. Verformung : Haare werden auf einen Wickler gedreht, so dass es sich der Form anpasst 3. Fixieren : Sauerstoff wird aus dem Oxidationsmittel frei -> entzieht den Schwefelatomen erneut die Wasseratom -> Bildung von Wasser (Oxidation) -> Schwefelatome bilden neue Doppelschwefelbrücken, das Haar wird in der neuen Form gefestigt Das Wellmittel löst die Doppelschwefelbrücken Das Fixiermittel bildet neue Doppelschwefelbrücken Modifizierte Stärken => Stärken, die chemisch oder physikalisch bearbeitet wurden Modifizierte Stärke <-> native Stärke Chemisch bearbeitet: - Hitze/ Kältestabilität - Gefrier und Auftauverhalten - Säurestabilität - müssen als Zusatzstoffe gekennzeichnet werden (E 1404-E1451) Vom Körper wie native Stärke behandelt biologisch oder physikalisch bearbeitet: -> als Lebensmittelzutat (keine E-Nr.) Modifizierte Stärke Herstellung (Grundlage = native Stärke ) chemisch Umwandlungsprozess : - Säuren (z.B. Salz- und Phosphorsäure ) - Basen (z.B. Laugen) - Gebleicht (z.B. Peroxidessigsäure) - Oxidiert (z.B. Natriumhypocchlorid) Bezeichnung : - durch E-Nummern als Zusatzstoff gekennzeichnet (E 1404 bis E1451) physikalisch Umwandlungsprozess : - Methode : thermisch/ gekocht Bezeichnung : - Instantstärke - Kaltquellende Stärke - Quellstärke Modifizierte Stärke Verwendung : Modifizierte Stärken werden als Verdickungsmittel oder Trägerstoff sowie als Stabilisator eingesetzt, vor allem in: - Fertigprodukten, Tiefkühlprodukten - Molkereiprodukten und Instantprodukte (Trockenprodukte) - Soßen, Mayonaissen, Dressings - Pudding, Dessert, - Backwaren , Tortenfüllunge Aminosäuren als Antibiotika auf Basis von Aminosäuren (z.B. Penicilline) Geschmacks und Aromastoffe Weitere Beispiele für die Verwendung von Proteinen Waschmittel : - eingesetzte Enzyme wirken spezifisch gegenüber einer bestimmten Stoffklasse Backpulver und Sahnesteif - Einsatz von Proteasen, Amylasen, Lipasen und Cellulasen. Quellen : http://www.uni-graz.at www.Chemie-im-Alltag.de www.medizin-aspekte.de www.inform24.de/ http://dc2.uni-bielefeld.de www.onmeda.de www.chemie.de
