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Makronährstoffe (Fach) / 13. Proteine (Lektion)

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• Aufbau der Proteine aus ca. 20 Aminosäuren (proteinogene AS) viele weitere AS kommen in den Zellen vor, ohne dass sie Bestandteile von Proteinen sind Peptidbindung!
• aliphatische AS Glycin, Alanin, Valin, Leucin, Isoleucin, Serin, Threonin, Cystein, Methionin
• aromatische & heterocyclische AS Phenylalanin, Tyrosin, Tryptophan, Prolin
• basische AS Histidin, Lysin, Arginin
• saure AS & ihre Amide Asparaginsäure & Asparagin Glutaminsäure & Glutamin
• essentielle AS Valin, Leucin, Isoleucin, Phenylalanin, Tryptophan, Methionin, Threonin, Lysin
• bedingt essentielle AS Tyrosin (Phenylalanin-Synthese) Arginin Prolin Cystein (Methionin-Synthese) Glycin (Wachstum) Histidin (Säuglingsalter)
• nicht essentielle AS Alanin, Serin, Asparaginsäure, Asparagin, Glutaminsäure, Glutamin
• Gylcin einfachste AS wichtig für Wachstum (hoher Bedarf) für Synthese wichtiger Substanzen im Körper notwendig (Glutathion, Pruinbasen, Poryphyrine, Kreatin)  Konjugation von Gallensäuren in der Leber wird Glycin für die Elimination toxischer Phenole benötigt oral eingenommene Benzoesäure wird in Leber an Glycin gekoppelt & als Hippursäure mit dem Urin ausgeschieden
• Was ist Glutathion? atypisches Tripeptid aus den Aminosäuren Glutamat, Cystein und Glycin Atypisch ist die Bindung deshalb, weil sie unabhängig vom Proteinbiosyntheseapparat erfolgt und die γ-Carboxylgruppe des Glutamats die Peptidbindung eingeht. Katalysiert wird die Bildung durch die Glutathionsynthetase unter Verbrauch von ATP. kommt in sämtlichen Körperzellen vor, hat aber vor allem in den Erythrozyten eine herausragende Bedeutung.
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• Welche Rolle spielen Porphyrine? kommen unter anderem im Chlorophyll oder auch im Hämoglobin vor. Auch für den Stoffwechsel sind sie von Bedeutung, da sie in verschiedenen Enzymen, wie der Katalase oder in den Enzymen der Atmungskette in den Mitochondrien vorkommen. Auch bei der Hepatitis sind es die Porphyrine, die für die Gelbfärbung der Haut verantwortlich sind.
• Was ist Kreatin ? eine niedermolekulare Substanz, die im Energiestoffwechsel als Phosphatgruppen-Überträger von Bedeutung ist. Kreatin wird in der Leber aus Glycin, Arginin und Methioninsynthetisiert und vor allem in die Muskulatur, aber auch in andere Gewebe aufgenommen. Kreatin wird zu Kreatinin metabolisiert und über die Nieren eliminiert (Kreatinin-Clearance). Kreatin wird häufig hoch dosiert in Form von Pulvern, Tabletten oder Brausen von Sportlern und Bodybuildern zur "Leistungssteigerung" der Muskulatur eingenommen.Im Sport ist Kreatin mittlerweile weit verbreitet. Bei dauerhafter Überdosierung von Kreatin kann es jedoch zu Nierenschäden oder zur Bildung von Nierensteinen kommen. Die "normale" Tagesbedarf eines gesunden Menschen beträgt 3 - 7 g.
• Glutaminsäure enthält 2 COOH-Gruppen überträgt ihre NH2-Gruppe in Transaminierungsreaktionen Glutaminsäure ist ein wesentlicher Bestandteil des Weieznproteins (Gliadin) Monoatriumglutamat verbessert den Fleischgeschmack & hat damit eine wirtschaftliche Bedeutung Glutamat spielt eine Rolle beim Ammoniakstoffwechsel (Ammoniakfixierung) sowie bei der Bildung der γ-Aminobuttersäure (exzitatorischer Neurotransmitter) im ZNS
• Lysin stellt in Getreidearten die limitierende AS dar das Hydroxyderivat ist Bestandteil des Kollagens Bedeutung als Vorstufe von Carnitin
• Was ist Carnitin? natürlich vorkommende, quaternäre Ammoniumverbindung, die aus den Aminosäuren Lysin und Methionin synthetisiert wird. Die Substanz ist essentiell für den Energiestoffwechsel der Zellen.
• Phenylalanin & Tyrosin liefern dem Körper den Benzolring, der für die Synthese der Hormone Adrenalin & Thyroxin benötigt wird auch der Farbstoff Melanin wird aus Phenylalanin gebildet, er ist in Haut, Haaren & Chorioidea (Teil der mittleren Augenhaut) enthalten Da aus Phenylalanin das Tyrosin gebildet werden kann, ist das Phenylalanin essentiell
• Methionin & Cystein Hauptschwefelquelle in der Nahrung Cysetin wird im Körper aus Methionin gebildet, und Methionin ist daher essentiell Aus 2 Molekülen Cystein kann im Organismus ein Molekül Cystin (S-S-Bindung) entstehen, das in Keratin & Insulin enthalten ist & jeweils ca. 12% des gesamten Proteinmoleküls ausmacht Methionin wichtig für Transmethylierungsprozesse, dient als CH3-Donator wichtigsten CH3-Quellen der Nahrung: Methionin & Betain (Trimthylglycin) Methioninmangel verursacht bei Ratten eine Leberverfettung, die irreversibel ist Taurin ist ein Derivat des Cysteinmetabolismus
• Homocystein (Methionin, Glycin, Serin im Homocysteinstoffwechsel) nicht-proteinogene α-Aminosäure, die auf natürliche Weise im menschlichen Organismus vorkommt. Erhöhte Werte dieser Aminosäure deuten auf eine Reihe von ernsthaften Erkrankungen hin, daher ist Homocystein ein wichtiger Indikator in der labormedizinischenDiagnostik. Im Normalfall erfolgt keine renale Ausscheidung von Homocystein über die Niere. Liegt ein erhöhter Spiegel dieser natürlichen Aminosäure vor, wird es über die Niere ausgeschieden. Folgende Faktoren führen zu einer Erhöhung der Homocysteinkonzentration: FolsäuremangelVitamin-B12-Mangelgenetische Varianten des Homocysteinstoffwechselssehr häufiger Genuss von Kaffeeübermäßiger AlkoholkonsumNikotinÜbergewichtBewegungsarmut
• Tryptophan reguliert die Proteinbiosynthese in der Leber Synthese von Nicotinsäure (Niacin)  Vorstufe für die Bildung von 5-Hydroxytryptamin (5-HT) oder Serotonin dar, welches vasokonstriktorisch (gefäßverengend) wirkt Serotonin kommt in vielen Geweben, v.a. in der Darmmucosa vor
• Prolin & Hydroxyprolin enthalten einen Pyrrolring gleiche Ringstruktur ist im Porphyrin zu finden, das für die Bildung von Hämoglobin und Cytochromen herangezogen wird beide AS sind in Bindegeweben (Elastin) & Kollagen vorhanden
• Hämoglobin  eisenhaltiger roter Blutfarbstoff in den Erythrozyten (roten Blutkörperchen)  ermöglicht den Sauerstoff-Transport im Körper über den Blutkreislauf.
• Was sind Cytochrome? die in allen Sauerstoff-benötigenden Zellen vorkommenden, elektronentransportierenden Proteine mit gebundenen Häm-Molekülen als prosthetische Gruppen essentielle Rolle bei der Atmungskette, bei der sie in der Bilanz den Transfer von Elektronen von NADH und FADH2 auf O2 katalysieren, wobei unter Energiegewinn NAD+ oder FAD und H2O entstehen Cytochrome sind wie andere Hämproteine (beispielsweise Hämoglobin) mit Ausnahme der C-Cytochrome gegen Kohlenmonoxid und HCN empfindlich, die das aktive Zentrum blockieren und damit die Atmungskette zum Erliegen bringen.Diverse genetische Defekte der Häm-Biosynthese sind beschrieben, die die Funktion der Atmungskette beeinträchtigen. Cytochrom C wird als Therapeutikum bei Barbiturat- und Kohlenmonoxid-Vergiftungen verabreicht.
• Glutathion größere Mengen (200-400mg/kg) in Rindfleisch, Brokkoli, Spinat, Petersilie, Huhn, Karfiol, Erdäpfel, Paprika, Paradeiser, Rosinen aktiver Transport von AS Beteiligung an Redoxreaktionen Einfluss auf rheologische Eigenschaften von Weizenteigen (Thiol-Disulfidaustausch mit Kleberproteinen) hohe Konzentrationen an red. Glutathion → klebrige Teige
• Was bedeutet rheologisch? Rheologisch bedeutet "die Rheologie (Fließeigenschaften des Blutes) betreffend".
• L- & D-AS Verhalten sich zueinandern wie Bild und Spiegelbild In Natur überwiegen die L-Aminosäuren Nahrungsprotein enthält keine D-AS mit Ausnahme fermentierter Lebensmittel (bakterielle D-ASSynthese) D-AS sind für den Menschen schlechter verwertbar, aber unschädlich
• Beispiele für Transaminasen Glutamat-Pyruvat-Transaminase – Alanin wird gebildet (GPT) Glutamat-Oxalat- Transaminase – Aspartat entsteht (GOT)
• glucogene AS Methionin, Threonin, Isoleucin, Valin, Phenylalanin, Tryptophan, Histidin
• ketogene AS Lysin, Isoleucin, Leucin, Phenylalanin, Tryptophan
• Was bedeutet glucogen? Zucker erzeugend glucogene AS werden für die Glucose-Neubildung herangezogen Beim Abbau der glucogenen AS entsteht entweder Pyruvat, das dann in die Gluconeogene einflißet oder Zwischenprodukte des Citratzyklus
• Nukleoproteine ein oder mehrere Proteine, die mit Nukleinsäuren (Purinen) verbunden sind & zB im Drüsengewebe in großen Mengen vorkommen
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• Glykoproteine & Mukoproteine komplexe aus Protein & KH Mukin ist ein wesentlicher Bestandteil des Sekrets der Schleimhäute
• Phosphoproteine Komplexe aus Protein & phosphorhaltigen Komponenten (außer Phospholipiden & Nukleinsäuren), wie das Casein in der Milch
• Chromoproteine Komplexe aus Protein & einer chromophoren Gruppe oder einem Farbstoff, zB Hämoglobin
• Lipoproteine Komplexe aus Protein & Triglyceriden, Phospholipiden, Cholesterin, etc
• Metalloproteine Komplexe aus Protein & einem Metall wie Kupfer, Eisen, Cadmium, etc.
• Funktionen der Proteine & AS Synthese von Körpergeweben (zb Muskelgewebe) Synthese von körpereigenen Proteinen (Enzyme) Synthese von Signalstoffen (biogene Amine) Synthese von Purin, Pyrimidin und Porphyrinen Synthese von Glucose bei Hunger Energiequelle: 4kcal (17kJ) / Gramm
• Neuronale Signalübertragung elektrische Signalübertragung entlang von Axonen Kettenreaktion entlang der Membranbereiche Sonderfall: Synapsenverbindung
• Elektrische Synapsen direkter Übergang des Aktionspotentials durch Gap Junctions (kanalbildende Proteinkomplexe) schnelle Signalübertragung für stereotype, synchrone Bewegungen (Herzmuskel) oder Fluchtreflexe chemische Synapsen jedoch weitaus häufiger als elektrische Synapsen
• AS als Neurotransmitter GABA Gamma-Aminobuttersäure (GABA): Synthese aus Glutamat Wichtigster inhibitorischer Transmitter, wichtigster Rezeptor (Gaba-a) öffnet Chloridkanäle, Vorkommen u.a. im ZNS Zur Linderung z.B. von epileptischen Anfällen; in Schlaf- oder Beruhigungsmitteln Alkohol bindet an einen GABA-Rezeptor (beruhigende Wirkung) Aminosäure Glycin ebenfalls primär hemmend (Chlorid-Kanäle), wirkt etwa bei Regulation vonBewegungsabläufen
• Aminosäuren als Neurotransmitter Glutamat (Vorstufe der hemmenden GABA) führt selbst zur Erregung, einer der wichtigstenNeurotransmitter im ZNS Verschiedene ionotrope GlutamatRezeptoren, zusätzlich auch G-Proteingekoppelte Rezeptoren Aspartat: Erregender Transmitter über NMDA-Rezeptoren Glutamat und Aspartat erregende Transmitter in ca. der Hälfte aller Neuronen des ZNS
• Aminosäureketten / Neuropeptide Beispiel: Endorphine (endogene Morphine) binden an sog. Opiatrezeptoren (hauptsächlich imZNS) Regulieren Hungerempfinden, Atmung, „Glücksgefühle“, Wirkung v.a. als Analgetikumrelevant (natürliche Schmerzmittel) Morphium und Heroin ähneln den Endorphinen strukturell und binden an deren Rezeptoren Endorphine interagieren stimulierend mit dem Neurotransmitter Dopamin (erhöhte Ausschüttungin synaptischen Spalt)
• Proteinqualität umso höher, je besser die Bioverfügbarkeit der AS je mehr körperspezifische Proteine daraus gebildet werden können je mehr essentielle AS im LM enthalten sind
• Chemische Parameter zur Bestimmung der Proteinqualität E/N Ratio Chemical Score od. Amino Acid Score
• biologische Parameter zur Bestimmung der Proteinqualität Biologische Wertigkeit Net Protein Utilisation Protein Efficiency Ratio
• chemisch-biologische Parameter zur Bestimmung der Proteinqualität Protein Digestibility Corrected Amino Acid Score PDCAAS
• Referenzprotein Um Vergleiche zwischen den Proteinen zu ermöglichen, wurde von FAO und WHO einReferenzprotein definiert. Es enthält alle essentiellen AS. Das Verhältnis von essentiellen zu nichtessentiellen AS im Referenzprotein erlaubt diebestmögliche Verwertung. Das Referenzprotein hat eine E/N-Ratio von ungefähr 40 zu 60. Dem Referenzprotein in der Nahrung am nächsten kommt das Volleiprotein.
• E/N Ratio N-Gehalt der essentiellen AS / N-Gehalt der nicht-essentiellen AS als hochwertig gilt Verhältnis 1/3 zu 2/3
• Chemical score bzw Amino Acid Score Prozent einer AS im Testprotein / Prozent einer AS im Referenzprotein limitierende AS
• Net Protein Utilisation NPU retinierter N / N-Aufnahme x 100 Proteinqualität wird über Stickstoffbilanz ermittelt
• Biologische Wertigkeit Gibt an, in welchem Ausmaß ein Protein oder Proteingemisch zur Synthese von körpereigenemProtein genutzt werden kann. Hühnervollei BW = 100 (per Definition). Eine bestimmte Menge Aminosäuren (bzw. Stickstoff)wird im Körper retiniert. BW > 100: mehr Stickstoff wird retiniert verglichen mit Vollei BW < 100: weniger Stickstoff wird retiniert verglichen mit Vollei Ergänzungswirkung durch Verzehr verschiedener Nahrungsproteine

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