| Biologie

Gesunde Ernährung

Lebensmittel und Nährstoffe

Die in Lebensmitteln enthaltnen Nährstoffe dienen

• der ATP-Erzeugung
• als Baustein zum Aufbau der verschiedenen Bestandteile von Zellen, Geweben und Organen

Nährstoffe werden in 3 Klassen unterteilt

1. Proteine = Eiweiße
2. Kohlenhydrate
3. Lipide = Fette

Bei ausgeglichener Ernährung bleibt das Körpergewicht konstant. Es wird genau soviel Nahrung aufgenommen wie zur Deckung des Energiebedarfs nötig ist.

Ausgeschieden werden:

• CO2
• H2O
• Harnstoff

Bei der Umwandlung der Nährstoffe bleibt Energie zurück

• ermittelt durch den versuch der Kalorienbombe
  • 1 g Kohlenhydrate = 4,1 kcal
  • 1 g Lipide = 9,3 kcal
  • 1 g Proteine = 4,1 kcal

Der Energiebedarf errechnet sich aus :

• Grundumsatz

  • Energiemenge die als MINIMUM zu Erhaltung des Lebens notwendig ist
    • Kreislauf
    • Atmung
    • Nierenfunktion
    • Körpertemperatur
  • Etwa 60 – 70 kcal/h = Frau 1400 kcal/d

Mann 1700 kcal/d

• Erhaltungsbedarf
  • Energiemenge um die Energie die durch den Grundumsatz verbraucht wurde zu kompensieren
    • Er ist größer als der Grundumsatz bedingt durch
      • Wärmeverlust im Intermediärstoffwechsel
      • Bedarf für minimale körperliche Arbeit
  • 75 – 90 kcal/h = Frau 1750 kcal/d

Mann 2170 kcal/d

( in etwa Grundumsatz + 27 %)

• Leistungsbedarf
  • Energiemenge für „normale“ körperliche Aktivitäten
    • Wachstum
    • Schwangerschaft
    • Laktation
    • Regeneration
  • 250 kcal/h = 6000 kcal/d => unter Extrembedingungen
  • 1000 kcal/h bei kurzzeitigen Höchstbelastungen

• alimentäre Zufuhr (durch Nahrungsmittel)

• durch endogene Bereitstellung (durch gespeicherte Stoffe)

1. Alimentäre Zufuhr

• Wasser
  • Frau: 1,1 – 1,5 l/d & Mann: 1,5 – 2,0 l/d
• Elektrolyte
• Spurenelemente
• Vitamine
• u.a. essentiellen Nahrungsbestandteile auf

2. endogene Bereitstellung

1. im frühen Fastenzustand

160 g Glucose
160g Fett(säuren)
70 g Proteine

• insgesamt etwa 2400 kcal/d können so freigesetzt werden und die Energiegewinnung sicherstellen

2. im späten Fastenzustand

80 g Glucose
150 g Fett(säuren)
20 g Proteine

• insgesamt etwa 1800 kcal/d, selbst im späten Fastenzustand kann sowohl der Grund- und der Erhaltungsbedarf erhalten werden

Energiespeicher = Substratspeicher

• einzigster Kohlenhydratspeicher
• zufinden in der Leber => 10 % des Gewichtes

• bei Normalernährung etwa 400g (bei einem 70 kg schweren Menschen)
  • ca. 24 Stunden

• zufinden im Fettgewebe (subcutan)
  • bei Normalernährung etwa 10 – 12 kg (bei 70 kg menschen)
    • reicht für ca. 40 Tage

• vor allen als Muskelproteine
• darf zu maximal 50% abgebaut werden, da sonst Proteine verloren gehen, die für die Strukturerhaltung des Organismus unentbehrlich sind

Die einzelnen Nährstoffe:

Proteine

• sind die Form, in der die Aminosäuren und somit auch der organische Stickstoff mit der Nahrung aufgenommen wird
• Funktionen des AS:
  • Bausteine für die Biosynthese der körpereigenen AS
  • Vorstufe bei der Biosynthese stickstoffhaltiger Substanzen (Purine, Pyrimidine) oder Neurotransmitter (Stickmonoxid)
  • Vorstufe bei der Gluconeogenese zur Regulation des Blutglucosespiegels

• Proteinbiosynthese
  • Wichtigster Schritt der Umsetzung der Erbinformationen bis zur Ausprägung von Merkmalen
  • Es werden 20 proteinogene AS benötigt
    • 8 sind essentiell
    • die anderen 12 AS können auch ohne Proteinzufuhr synthetisiert werden, es muss jedoch ausreichend Stickstoff vorhanden sein
  • um den Bedarf an essentiellen AS zu sichern benötigt man min. 32g/d an Proteinen => die WHO empfiehlt sogar 72 g/d

Der Bedarf an Proteinen (und den einzelnen Aminosäuren) ändert sich mit dem Alter und nach evtl. Operationen.

Muskeln bestehen zu einem großen Teil aus Eiweißen, Proteine sind also wichtig für den Körper und den Muskelaufbau. Gerade Sportler achten auf eine gesteigerte Zufuhr von Proteinen, die ihr Training unterstützen. Proteine müssen über die Nahrung aufgenommen werden und sind u.a. in magerem Fleisch, Eiern, Hülsenfrüchten und Quark in vergleichsweise großen Mengen vorhanden. Zudem können Proteine bei der Gewichtsreduktion helfen - Sie halten lange satt und verhindern Heißhungerattacken.

Kohlenhydrate

• sind Mengenmäßig der wichtigste Bestandteil
• sie dienen als Kohlenstoffquelle für die Biosynthese einer großen Anzahl von Lipiden und nicht essentiellen Aminosäuren
• 57 % der Nahrungsanteile sollen die KH einnehmen, sie unterteilen sich in
  • 50 – 60 % Stärke
  • 30% Saccharose
  • 10 – 20 % Lactose

Abbau der Kohlenhydrate:

1) Verdauung der Kohlenhydrate

• Stärkespaltung im Duodenum durch Glycosidasen
  • Es entsteht Maltriose & Maltose

• Spaltung der Disaccharide durch Disaccharidasen (Bsp.:Isomaltase,Maltase,Lactase,..) im Bürstensaum der Mucosazellen zu
  • Monosacchariden
    • 80 % Glucose
    • 15 % Fructose
    • 5 % Galactose

2) Resorption der KH

• findet ebenfalls im Bürstensaum statt
  • bei Glucose
    • über einen Carrier vermittelten aktiven Transportprozess
      • Glucose wird im Symport mit Na in die Mucosazellen transportiert, die Triebkraft ist der Na-Gradient
      • Na-K-ATPase hält dabei den Konzentrationsgradient aufrecht
      • Die Glucose wird aus der Mucosazelle durch den Glucosetransporter GLUT 1 nach Extrazellulär in die Pfortader transportiert

• das Glucosetransportsystem ist nicht Insulinabhängig
• bei allen anderen Monosacchariden
  • Resorption über erleichterte Diffusion, bei Fructose z.B. über GLUT 5

Glucosestoffwechsel

• über die Pfortader gelangen die Monosaccharide in die Leber und werden dort durch Carrier vermittelte erleichterte Diffusion in die Hepatozyten aufgenommen

Funktionen der Leber

• Aufnahme von Glucose proportional zu der Konzentration in der Pfortader

• Speicherung überflüssig aufgenommener Glucose als Glycogen

• Biosynthese von Glucose (Gluconeogenese) aus nicht Kohlenhydraten
  • Lactat
  • Pyruvat
  • AS
  • Glycerin
  • Dieser Stoffwechselweg ist besonders wichtig beim fehlen von Nahrungskohlenhydraten

• Umwandlung der Galactose & Fructose in Glucose

• Abgabe von Glucose in Mengen, die in der Vena hepartica eine physiologische Konzentration aufrecht erhalten

Glucose als Input für die Glucolyse

• anaerob

  • wird von 11 Enzymen katalysiert
  • Abbau bis zum Lactat
  • Findet im Cytoplasma statt
  • Aus 1 mol Glucose werden 2 ATP Moleküle gewonnen

• aerob

  • Abbau bis zum Pyruvat
  • Findet im Mitrochondrium statt
  • Das Pyruvat wird in den Citratzyclus und die Atmungskette eingeführt
  • Aus 1mol Glucose werden 38 ATP Moleküle gewonnen

Zusammenfassung des Glucosestoffwechsels

1) Glycolyse

• zur Energiegewinnung bei ausreichender Kohlenhydratzufuhr

2) Glycogensynthese

• zur Energiegewinnung durch die Speicherform Glycogen, das hauptsächlich in der Muskulatur und Leber vorhanden ist, und zu Glucose umgewandelt werden kann
• maximal 400g

3) Gluconeogenese

• Neuaufbau von Glucose durch Pyruvat, sie findet in der Leber statt
• Gewährleistet im Fastenzustand die Glucoseversorgung von ZNS, erythrozyten und Nieren

Regulation des Glucosespiegels

a) Hyperglycämie

• Glucosekonzentration über 6 mmol/l
• Zustand u.a. nach Nahrungszufuhr
• Zunächst wird der Glycogenspeicher aufgefüllt, Insulinabhängig
• Die Überschüssige Glucose wird in Form von Urin (Glucosurie) abgegeben

b) Hypoglycämie

• Glucosekonzentration unter 3 – 4 mmol/l
• Bei starken Glucosemangel kommt es zu Ausfällen bzw. Störungen des ZNS
• Zunächst Freisetzung von Glucagon (Hormon) das wiederum die Freisetzung von dem gespeicherten Glycogen veranlasst > es wird über die Gluconeogenese Glucose synthetisiert
• Hemmung des Glucoseverbrauches durch Insulinantagonisten (Glucagon, Adrenalin, Noradrenalin, Glucocorticoide)

Lipide

• Triacylglycerine stellen den größten Energiespeicher ( 10 – 12 kg) da
• Ausgangspunkt für die Biosynthese von Hormonen
• Nahrungspeptide sind - Triacylglycerine

- Phosphorlipide

- Shingolipide

- Cholesterin

• Vor der Aufnahme müssen die Nahrungslipide im Intestinaltrackt durch Lipasen gespalten werden
• Es entstet ein Gemisch aus - Fettsäuren

- Glycerin

- Monoglycerine

• Diese Stoffe assimilieren mit Gallensäure zu Micellen und werden resorbiert
• In den Mucosazellen erfolgt die Triacylglycerinresyntese
• Jetzt lagern sich die Triacylglycerine mit Cholesterin und anderen resorbierten Lipiden und dem Apolipoprotein B 48 zusammen
• Es entstehen Chylomikronen, die durch Exocytose in die Lymphbahn abgegeben werden
• Es folgt der Abbau der Chylomikronen, hauptsächlich in den Kapillaren des Fettgewebes und der Muskulatur zu Fettsäuren und Glycerin durch endothelständige Lipoproteinlipasen (LPL)
• 70 % der Fettsäuren werden als Tracylglycerine im Fettgewebe gespeichert
  • etwa 10 – 12 kg bei 70 kg schweren Menschen

Traicylglycerine werden als Speicherform gewählt da sie eine sehr hohe Packungsdichte und Brennwert besitzen

30 % der Fettsäuren, Glycerin und die dabei entstehenden Restpartikel = Remmants, werden auf dem Blutweg zurück zur Leber transportiert und dort weiter metabolisiert.

Die Fettsäuren aktivieren AcylCoA

und dienen der Synthese von Triacylglycerinen und Phopsphorlipiden

Triacylglycerine werden in => Lipoproteine eingebaut

Phosphorlipide werden => in die Membran der Lipoproteine einbebaut

Unterteilung der Lipoproteine in 4 Hauptklassen

Hauptsächlich entstehen VLDL, diese werden in der Leber gebildet und transportieren die in der Leber aus dem Nahrungsüberschuss gebildeten Triacylglycerine und Cholesterine auf dem Blutweg zum extrahepatischen Gewebe.

Die VLDL werden durch LPL´s gespalten es entsteht das Zwischenprodukt IDL (Intermediate-Density-Lipoproteins), die Teils von der Leber aufgenommen & abgebaut werden oder in der Zirkulation verbleiben

Endprodukt sind die LDL´s, sie versorgen die Zellen des extrahepartischen Gewebes mit Cholsterin und werden dann in den Zellen nach der Freisetzung vollständig abgebaut.

• HDL hat die primäre Funktion der Cholseterinesterbildung im Blut
  • Die von der Leber aufgenommen HDL´s und deren Cholesterin steht u.a. für die Gallenbildung zur verfügung

Die Reste der VLDL werden zu LDL,über IDL, den Zwischenschritt die einen hohen Cholesterinanteil besitzen, was sie zu Lieferanten für Cholesterin-abhängige Organe macht.

Adipositas und Body Mass Index

Die Energiezufuhr sollte dem Energiebedarf angepaßt sein. Ist dies der Fall, spricht man von Normalgewicht. 

Ist die Energiezufuhr nicht dem Bedarf angepaßt, läßt sich das in der Regel am Körpergewicht ablesen.

Berechnung des Gewichts

Es bereitet Schwierigkeiten, für die jeweilige Körperlänge das ideale Körpergewicht zu ermitteln, d. h. das Gewicht anzugeben, bei dem die Begünstigung von Erkrankungen am geringsten und folglich die Lebenserwartung am größten ist.

Zur Erfassung von Normalgewicht und Übergewicht wurden folgende Größe Gewicht Indizes entwickelt. 

Nach dem derzeitigen Wissensstand hat der Body-Mass-Index (BMI) die größte Bedeutung.

Wie der BMI berechnet wird:

Der BMI ergibt sich aus Ihrem Gewicht in Kilogramm geteilt durch das Quadrat Ihrer Größe in Metern.

Beispiel:
Gewicht: 75 Kilogramm
Größe: 180 cm = 1,8 m
75 / (1,8)² = 23

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