Ernährungsphysiologie (Fach) / Proteinstoffwechsel (Lektion)

Proteinstoffwechsel

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• Über welche Methoden kann man den Stickstoffgehalt einer Probe bestimmen? Was ist der Unterschied? -nach DUMAS -nach KEJDAHL Die Methode nach Dumas arbeitet nach dem Verbrennungsprinzip, wobei der elementare N über einen Wärmeleitfähigkeitsdetektor bestimmt wird und auch der anorganische N-Anteil erfasst wird. Bei der Methode nach Kjeldahl werden diese anorganischen N-Verbindungen (z.B. Nitrat) nicht mit erfasst.
• KJELDAHL-Formel % N = (V H2SO4) - ( T NaOH) x 0,00028 x TF x 100  /   E(g) V H2SO4: ml Vorlage an 0,02N Schwefelsäure T NaOH: zur Titration verbrauchte Menge an 0,02N Natronlauge in ml 0,00028: 1ml verbrauchte 0,02N Schwefelsäure entsprechen 0,00028 g Stickstoff TF: Teilfaktor (Getreidemehl 5,83) E (g) = Einwaage
• Was ist Ruhemannspurpur Entsteht bei Ninhydrinreaktion: Ninhydrin reagiert mit primären Aminogruppen. AS wird decarboxyliert und die Aminogruppe auf Ninhhydin übertragen. (AS wird ein Aldehyd). 2 Ninhydrinmoleküle lagern sich zusammen und es entsteht Ruhemannspurpur (blau/violett).
• Wo zu dient das N-Bilanzminimum nach Kofranyi ud Jekat? Zur Bestimmung der Bilologischen Wertig keit von Protein. N-Bilanzminimum = Scheinbare N-Bilanz = N-Aufnahme - N-Ausscheidung (Urin+Faeces) Nach Kofranyi wird das N-Bilanzminimum von Nahrungsproteinen im Vergleich zum N-Bilanzminimum von Eiprotein als einzige Eiweißquelle (0,5 g Rohprotein / kg KM und Tag) für einen Erwachsenen berechnet. Eine BW über 100 % bei Kombination verschiedener Proteinquellen ist bei diesem Verfahren möglich. BW % = 0,5g / kg KM /Tag                  /                                                                                 Proteinaufnahme im N-Bilanzminimum beim Testprotein in g / kg KM /Tag (--> Berechenen aus Daten: z.B. Bohnen: 48 g Verzehrt im Bilanz-Minimum (Wert ist am nächsten bei 0, geteilt durch Körpermasse z.B. 70 kg = Proteinaufnahme im N-Bilanzminimum Bphnen 0,686/ kg KM /Tag)
• Wie berechnet man die scheinbare N-Verdaulichkeit? (N-Aufnahme - N-Faeces) x100 / N-Aufnahme
• Was ist die Phenylketonurie? Beim Gesunden kann Phe in der Leber durch die Phenylalanin-Hydroxylase zu Tyr hydroxyliert werden. Im weiteren Verlauf wird das C-Skelett in den Citratzyklus eingeschleust. Bei der PKU handelt es sich um eine autosomal-rezessiv vererbbareErkrankung. Durch einen Gendefekt wird die Phenylalanin-Hydroxylase gar nicht oder nur ungenügend gebildet. Eine Umwandlung des Phe in Tyr findet nicht statt. Für Patienten mit dieser Erkrankung wird Tyr zur essentiellen AS (→Tyr-Mangel → keine Melaninsynthese → Lichtempfindlichkeit). Phe-Plasmakonzentration > 1mM → Phe wird über andere Stoffwechselwege zu Phenylpyruvat abgebaut und als solches im Urin ausgeschieden.Phe hemmt den Transport anderer AS → Entwicklungsstörungen des ZNS Neugeborenenscreening, Phe-arme Kost
• Wie werden freie AS im Plasma analysiert? Mittels Aminosäurenanalysator.
• Warum wird dem Plasma vor der Bestimmung, der darin enthaltenen freien AS Sulfosalicylösung zugegeben? Um hochmolekulare Verbindungen (Proteine, Peptide) und Lipide zu entfernen.
• Was ist die Interne Standard-Methode? Anwendung bei der Bestimmtung des AS-Musters im Aminosäurenanalysator. Vorgehen:  der Probe wird bei der Probenaufarbeitung eine Substanz (hier: Norleucin) zugesetzt, mit genau definierter Einwaage Anforderungen an den Internen Standard:  muss den zu analysierenden Substanzen chemisch ähnlich sein, im Chromatogramm darf zu der Retentionszeit des Internen  Standards kein anderer Peak erscheinen  Vorteile: • Verdünnungsfehler bei der Probenaufarbeitung werden ausgeglichen • Bei der Berechnung müssen keine Nachverdünnungen berücksichtigtwerden! Nachteile:• da die Aminosäurebestimmung mit dem Detektor nur in einem bestimmteMessbereich linear ist, müssen Volumenvorgaben (hier 100 ml) genaueingehalten werden. • da der I.Std. zwar chemisch ähnlich, aber nicht gleich der analysierenden Substanz ist, muss ein Korrekturfaktor – der sogenannte Responsfaktoreingesetzt werden. Dieser berücksichtigt, dass der I.Std. eineunterschiedliche Empfindlichkeit zu Ninhydrin aufweist siehe nächste Folie Hydrolysestandard: Alanin hat bei annähernd gleicher Konzentration um ca. ¼ höhere Fläche, daher RS-Faktor 0,725, dagegen hatArginin bei doppelt so hoher Konzentration die gleiche Fläche wie der I.Std. reagiert also wesentlich unempfindlicher mit Ninhydrin, daher Korrekturfaktor2,012. Lysin verhält sich ähnlich wie der I.Std. und muss mit einemKorrekturfaktor von 1,018 nur leicht korrigiert werden. 48
• Wie Funktioniert ein AAA? Aminosäurenanalysator: Aminosäuren (AS) werden nach salzsaurer Hydrolyse aus dem Peptid bzw. Protein freigesetzt Anschließend erfolgt die chromatographische Auftrennung des Hydrolysats auf einem Kationenaustauscher mit anschließender Nachsäulenderivatisierung mit Ninhydrin im Aminosäureanalysator. Die Trennung der AS erfolgt am Aminosäurenanalysator durch Elution mitPufferlösungen unterschiedlichen pH-Wertes. Das Eluat wird kontinuierlichmit Ninhydrin-Reagenz versetzt und die Extinktion des blau-violett gefärbtenKomplexes photometrisch bei 570 nm gemessen.
• Bestimmung des Aminosäuremuters in Nahrungsmitteln mittels AAA --> Berechnung für eine AS Berechnung Die Berechnung der einzelnen Aminosäuren erfolgt mit der Internen Standard-Methode. C (g/100g) =(FAS  x cI.STD.    /  FI.STD x E (g) x 1000)      x RS x 100c = Konzentration der Aminosäure in g/100g (%)F AS = Fläche der Aminosäure (AS) in der Probelösungc I.STD. = Konzentration des Internen Standards in der Probelösung (= 2,62 mg/ml)FI.STD  = Fläche des Internen Standards in der ProbelösungRS = Responsfaktor der AS (berücksichtigt das Verhältnis des I.STD zu den einzelnenAS)E = Einwaage der Probe in g100 = bezogen auf 100 g Probe 1000 = Umrechnung von mg auf g
• Def.: Biologische Eiweißwertigkeit BW ist der Anteil des absorbierten  Nahrungsproteins, der im Körper zur Deckung des Bedarfs für definierte physiologische Funktionen retiniert wird.
• Was ist der EAS-Index von Oser? Zur Bestimmung des EAS-Index werden die Gehalte der essentiellen Aminosäuren (EAS) von Proteinen, über deren Wertigkeit eine Aussage getroffen werdensoll, analysiert. Mit Hilfe des EAS-Index wird dann der geometrische Mittelwert aus demVerhältnis der 9 essentiellen Aminosäuren des Testproteins im Vergleich zueinem Referenzprotein (Vollei-Protein; FAO-ideales Protein [nur 8 essentielle Aminosäuren berücksichtigt]) gebildet. Als Referenz kann auch das Bedarfsmuster an EAS für eine definierte Altersgruppe (z.B. Kinder im Alter von 2 bis 5 Jahren) dienlich sein.
• Formel zur Berechnung des EAS-Index EAS = n √ (100 x at / aei) x (100 x bt / bei ) .... (100 x nt / nei) at - an = essentielle Aminosäuren des Testproteins in g/16 g N (100 g Protein) aei - nei = essentielle Aminosäuren des Referenzproteins in g/16 g N (100 g Protein) n: Anzahl der Aminosäuren
• Wie kann man den Gesamt-Eiweis gehalt im Plasma bestimmen? Über die Biuret-Methode: Die Peptidverbindungen von Proteinen reagieren mit den Kupfer II – Ionenin alkalischer Lösung, wobei ein rot bis blauvioletter Komplex entsteht. Reagenzien:Biuretreagenz:Kupfersulfat Kalium-Jodid, Natrium-Kalium-Tartrat, Die Reaktion ist typisch für Verbindungen mit mindestens 2 CO-NH-Gruppen (Peptidbindungen) und kann so für den Nachweis von Peptiden und Proteinen genutztwerden. Mit Natrium-Kalium-Tartrat wird die Ausfällung von Kupferhydroxidund mit Kaliumjodid die Autoreduktion des Kupfers verhindert.Die Absorption des entstehenden Farbkomplexes ist proportional zur Proteinkonzentration und wird bei 546 nm gemessen. Berechung über den Standart: Gesamt EW (g/dl) = ΔEXP - CS / ΔEXS Über den Eichfaktor: Gesamt EW (g/dl) = EF x ΔEXP
• Was kann zu einer Hypoproteinämie führen? Störungen durch verringerte Biosynthese infolge eines verminderten Aminosäurenangebotes Leberparenchymschädigungen vermehrte Ausscheidung in den Gastrointestinaltrakt oder Nierenschädigungen --> Normalerweise besteht zw. Proteinabbau und Aufabau ein Gleichgewicht
• Was kann zu Hyperproteinämien führen? Wucherungen der γ-Gobulin produzierenden Plasmazellen  hohe Wasserverluste (Diarrhoen)             --> Bluteindickung .
• Wie kann Harnstoff quantitativ im Plasma bestimmt werden? Über die BERTHELOT-Reaktion. --> Grün Harnstoff wird durch Urease quantitativ in Ammoniumcarbonat überführt,das mit Salicylat und Natriumhypochlorit in Gegenwart von Natriumnitroprussid einengrünen Farbstoff (2.2 Dicarboxylindophenol) bildet. Wird Photometrisch gemessen.
• Wann ist eine Messung des Harnstoffs im Plasma indiziert? bei Verdacht auf Nierenerkrankungen Beobachtung des Therapieverlaufs bei Dialyse bei Proteinarmen Diäten bei Einnahme Nierenschädigender Medikamente
• Normalwert bei Normalernährung Harnsstoff im Plasma (mg/dl) Was sagen erhöhte Werte aus? 12- 48 mg/dl Harnstoff ist das wichtigste Endprodukt im Aminosäurenstoffwechsel, dessen Konzentration im Blutplasma durch die renale Ausscheidung reguliert wird. Physiologisch kann es vorübergehend durch hohe Proteinaufnahme bzw. hohen Proteinkatabolismus infolge minderwertiger Nahrungs- oderFuttereiweiße zu Erhöhungen der Konzentration kommen. Ein dauerhafter Anstieg (Azotämie, Urämie) ist ein Hinweis auf eine gestörte renale Ausscheidung und oft auf Nierenschäden zurückzuführen.
• Wie weißt man qualitativ Protein im Urin nach? Eiweiß wird durch Sulfosalicylsäure denaturiert und fällt als unlösliche Trü-bung aus. --> Fockenbildung zeigt erhöhten Eiweisgehalt an.
• Eiweis im Urin Die meisten Proteine sind zu groß, um von der Niere in den Urin gefiltert zu werden. Es dürften also nur kleinere Proteine (Peptide) im Urin vorkommenund auch diese nur in geringer Konzentration, da sie zwar zunächst filtriert,später aber rückgeführt werden. Proteine kommen demzufolge im Urin vor,wenn die Filterfunktion der Niere eingeschränkt ist, die Rückaufnahme gestörtoder die Konzentration an Proteinen im Blut stark erhöht ist. Ein positiver Protein-Nachweis im Urin ist daher das wichtigste Leitsymptom von Nierenerkrankungen, da eine stärkere Eiweißausscheidung im Urin (Proteinurie) meist pathologisch ist. Während der Schwangerschaft oder nach schweren körperlichen Anstrengungen ist ein Eiweißfund jedoch ohne Bedeutung. Je nach Schädigungsort sind es unterschiedliche Proteine, die im Urin auftauchen, so dass der Diagnose "Proteine im Urin" eine Differenzierung folgenmuss. Die im normalen Urin vorkommenden Eiweißspuren sind mit den üblichenchemischen Nachweismethoden nicht erfassbar.
• Halbquantitativer Nachweis von Eiweiß mit Teststreifen Tetrabromphenolblau gibt in saurer Lösung H+ -Ionen an Eiweiße ab undändert dabei seine Farbe von gelb nach grün-blau. Mit dem Streifentest wird vorwiegend Albumin nachgewiesen, auf Globuline reagiert er weniger charakteristisch, und bestimmte Eiweiße (saure Proteine, Glykoproteine,Bence-Jones-Protein und andere Mikroproteine) weist er nicht nach . Er zeigt schon ab 30 mg/l eine schwache Färbung und ist ab 100 mg/l deutlichpositiv (Referenzbereich für Albumin: bis 20 mg/l, für Gesamteiweiß: bisca.100 mg/l).
• Harnstoff im Urin Hauptquellen der Harnstoffsynthese sind die oxidative und nicht-oxidativeDesaminierung der Aminosäuren. Der Harnstoff ist mengenmäßig beimMenschen die Hauptausscheidungsform von Stickstoff im Urin. Er kann alsIndikator für den Proteinkatabolismus des Organismus dienen.
• Was macht das Enzym Urease? Es spaltet Harnstoff zu Ammoniak. (NH2)2 CO + H2O ----> CO2 + 2 NH3
• Was sind Quellen der Harnstoffsynthese? Die oxidative und nicht-oxidative Desaminierung der Aminisäuren.
• Wofür kann Harnstoff im Urin ein Indikator sein? Der Harnstoff ist mengenmäßig beimMenschen die Hauptausscheidungsform von Stickstoff im Urin. Er kann alsIndikator für den Proteinkatabolismus des Organismus dienen.
• Wie weist man qualitativ Harnstoff im Urin nach? enzymatische Spaltung mit Urease Harnstoff wird durch Urease in Ammoniak überführt. Diese Alkalisierung kann durch Phenolphtalein als pH-Indikator sichtbar gemacht werden. Reagenzien: Ureaselösung, Phenolphthalein
• Wie weist man quantitativ Harnstoff im Urin nach? Methode nach BERTHELOT --> alalog zur Bestimmtung von Harnstoff im Palsma Harnstoff + Urease --> Ammoniumcarbonat Ammoniumcarbonat + Natriumhypochlorid + Natriumnitroprossid --> grüner Farbstoff (2.2 Dicarboxylindophenol) Wird photometrsich gemessen (ansetze von Probe, Blindwert und Standard) Reagenzien: Urease-Salycylat-Reagenz, Hypochlorid-Reagenz
• Harnsäure im Urin Harnsäure ist beim Menschen und den Primaten das schwer lösliche N-haltigeEndprodukt des Purinstoffwechsels.  ausgeschiedene Harnsäure entstammt einem exogenen Anteil, der aus dem Puringehalt der Nahrung kommt und einem endogenen Anteil aus dem Abbau der Nucleinstoffe im Organismus. Dieser beträgt bei völlig purinfreier Ernährung unter 0,5 g/Tag. Die Salze der Harnsäure werden als Urate bezeichnet (Nierensteine). Einer höhter Gehalt an Harnsäure im Serum ist ein wichtiger Hinweis auf die vorwiegend erblich bedingte Stoffwechselstörung Gicht (primäre Hyperuricämie)-->  Ablagerung von Uratkristallen vor allem in den Gelenken, und die renale Harnsäureausscheidung ist in der Regel vermindert (unter 300 mg Harnsäureäquivalente pro Tag) Nutritive Gegensteuerung erfolgt durch eine purinarme Kost. Bei den anderen Säugern wird die Harnsäure durch Uricase zu Allantoin abgebaut, welches leichter löslich ist und renal ausgeschieden wird. (Kein Gichtproblem! Ausnahme bildet der Dalmatiner-Hund, bei dem die Uricase-Sekretion stark vermindert ist.)
• Wie kann man Harnstoff im Urin quantitativ bestimmen? Methode nach Berthelot --> Photomertischer Bestimmung des Grünen Farbstoffs. Harnstoff + Urease ----> Ammoniumcarbonat Ammoniumcarbonat + Salicylat + Na-hypochlorid + Na-nitroprussid ---> Dicarbonyllindolphenol (grün)
• Wie kann man Harnsäure im Urin nachweisen? Uricase Methode - TBHAB --> Photometrische Messung des roten Farbstoffes Chinonimin . Harnsäure + H2O + O2 ------ Uricase --> Allantoin + CO2 + H2O2 TBHAB + 4Aminoantipyrin + 2 H2O2 ------POD-----> Chinonimin (rot!) + 3H2O  POD  = Peroxidase
• Wie kann man Kreatinin im Urinnachweisen? --> Photometrische Messung von Kreatininpikrat Kreatinin + Pikinsäure ----alkalisch--->  Kreatininpikrat (oragerot)
• Wie funktioniert die Rohproteingehalt bestimmung nach Kjehldal?^ N der organischen N-Verbindungen + Schwefelsäure +Hitze + Katalysator ----> Ammoniumsulfat (Säureauschluss) Ammoniumsulfat + überschüssige Lauge ----> Ammomiak --> Destillation in Schwefelsäurevorlage --> Ammoniumsulfat wird gebunden Der nicht zur Ammoniakbildung verbrauchte Säureanteil wird titriemetrisch mir NaOH bestimmt.
• Was sind die Schwächen des EAS-Index nach Oser im vergleich zum N-Bilanzierungsverfahren? Eine BW über 100 also gengüber dem Referenzprotein ist nicht möglcu physilogische Prozesse und Verdaulichkeit werden nicht berücksichtig Überschuss einer AS kann das geringere Werte einer anderen AS ausgleichen, dh EAS Index kann hoch sein, obwohl es BW niedrig ist
• Welche chemischen Verbinungen umfasst der Begriff Rohprotein? Reinprotein Lösliche Peptide Säureamide N-haltige Glykoside  Amine  Nukleinsäuren Freie AS  Betain Lösl. Peptide - u.a.
• Wie kann man qulalitativ Eiweiß im Urin nachweisen? Mit Sulfosalicylsäure --> Flockenbildung

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