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Eiweiße

Eiweiße

Eiweiße in Lebensmitteln, ein Tisch mit Fisch, Käse, Milch, Nüsse und Getreide

Eiweiße sind essenzielle Nährstoffe

Die wichtigsten Bausteine aller Lebewesen, ein Grundnährstoff, sind Eiweiße. Proteine sind die wissenschaftliche Bezeichnung für Eiweiße. Das Wort Protos leitet sich vom griechischen Wort Protos ab, was so viel bedeutet wie „das Wichtigste, das Erste“.

Eiweiße bestehen aus Aminosäuren, die die Bausteine bilden. Diese Elemente sind Kohlenstoff (C), Sauerstoff (O), Wasserstoff (H) und Stickstoff (N). Eiweiße enthalten oft auch Schwefel (S) oder Phosphor (P). Beispiele hierfür sind Fisch und Ei sowie Käse.

Nur Pflanzen und einige Mikroorganismen sind in der Lage, Eiweiße aufzubauen. Eine pflanzliche Ernährung versorgt die Menschen direkt oder indirekt mit Eiweiß.

Die Eiweißmoleküle sind die größten, schwersten und komplexesten Moleküle, die wir kennen. Muskeleiweiß besitzt ein wesentlich höheres Molekulargewicht als Wasser. Das Molekülgewicht ist die Summe der Gewichte aller im Molekül einer chemischen Verbindung enthaltenen Atome. 20 % unseres Körpergewichts besteht aus Eiweißstoffen.

Im menschlichen Körper befinden sich 50.000 bis 100.000 verschiedene Eiweißstoffe, die sowohl in der äußeren als auch in der inneren Membran jeder lebenden Zelle enthalten sind.

Sie haben verschiedene Aufgaben. Es gibt:

  • Bewegungsproteine
  • Transportproteine
  • Speicherproteine
  • Enzyme
  • Übertragung von Nervenimpulsen usw.

Der vollständige Aufbau von etwa 2000 Eiweißstoffen ist inzwischen bekannt.

Wo der Körper Eiweiß lagert

Die Haare, Nägel und die äußeren Schichten der Haut sind aus Keratin. Keratin gehört zu den unlöslichen Skleroproteinen. 

Das Muskelgewebe enthält Myosin, Aktin, Myoglobin und weitere Eiweiße.

Die Knochen sind zum großen Teil aus Eiweißen aufgebaut. Der äußere Teil wird durch Einlagerung von Mineralstoffen gehärtet. Im inneren, weichen Teil des Knochens befindet sich jedoch auch Eiweiß, wie im Knochenmark, das sich ganz im Zentrum des Knochens befindet.

In den roten Blutkörperchen befindet sich Hämoglobin, eine Substanz, die den Sauerstoff im Körper weitertransportiert. Das Globin ist ein Protein. 

Das Plasma transportiert Fette und Proteinpartikel, die das Cholesterin im Körper aufnehmen und entfernen.

Verwendung der Eiweiße im Körper

Der Körper verwendet Eiweiße, um neue Zellen aufzubauen und das Körpergewebe zu erhalten sowie für die Synthese neuer Proteine, die für die Aufrechterhaltung der Körperfunktionen benötigt werden.

Die Hälfte der Eiweiße wird in Enzyme umgewandelt. Diese Enzyme sind Arbeitsproteine, die zur Verdauung der Nahrung, zur Aufspaltung von Molekülen oder zum Aufbau neuer Zellen und chemischer Substanzen dienen. Um diese Aufgaben zu erfüllen, benötigen Enzyme oft Vitamine und Mineralstoffe.

Die Übertragung von Signalen in den Nervenzellen und Muskelzellen wird durch Neurotransmitter ermöglicht. Dies ist für das Sehen, Hören, Denken, Bewegen usw. unerlässlich. Diese Neurotransmitter bestehen aus Eiweißen. 

Eiweiße sind bei der Entstehung neuer Zellen, also jedes neuen Individuums, von zentraler Bedeutung. Nukleoproteide bestehen aus Aminosäuren und Nukleinsäuren.

Der Kern jeder lebenden Zelle besteht aus Nukleoproteide. Sie bestehen aus Eiweißen, die sich mit Nukleinsäuren verbinden. Die komplexen Verbindungen bestehen aus Phosphorsäure, einem Zuckermolekül und nitrogenhaltigen Molekülen aus Aminosäuren.

Die Nukleinsäuren sind die Träger des genetischen Codes, also des Erbmaterials (Genen und Chromosomen) und bestimmen das Aussehen, die Intelligenz und die Persönlichkeit. Sie enthalten entweder Ribose oder Desoxyribose. Die Nukleinsäure, die Ribose enthält, heißt Ribonukleinsäure. Die Nukleinsäure, die Desoxyribose enthält, wird als Desoxyribonukleinsäure bezeichnet.

Die DNS ist ein langes Molekül, das aus zwei Strängen besteht, die sich umeinander winden (die Doppelhelix). Sie ist die Grundlage aller Lebewesen. Die DNS übermittelt das genetische Erbgut an die Chromosomen. Die RNS wird in den Zellen anhand des Musters der DNS erzeugt. Die RNS transportiert die DNS-Anweisung an jede einzelne Zelle. 

Aminosäuren

Die Aminosäuren sind die kleinsten Bausteine der Eiweiße. Für die Bildung aller Eiweiße, die der Körper benötigt, werden 22 unterschiedliche Aminosäuren benötigt, die sich in Millionen Kombinationen zu Eiweißen zusammensetzen lassen.

  • Dipeptid – Verknüpfung von 2 Aminosäuren
  • Tripeptid – Verknüpfung von 3 Aminosäuren
  • Oligopeptid – Verknüpfung von bis zu 4 bis 10 Aminosäuren
  • Polypeptid – Verknüpfung von 10 bis 100 Aminosäuren
  • Makropeptid – Verknüpfung von mehr als 100 Aminosäuren  

Die räumliche Struktur und die Eigenschaften der Eiweiße werden durch die Reihenfolge und die Anteile der verschiedenen Aminosäuren bestimmt.

Aminosäure-Strukturen

Primärstruktur

Die Primärstruktur bezeichnet die Sequenz (Abfolge) der einzelnen Aminosäuren einer Polypeptidkette eines Proteins. Dies ist nur die Aminosäureabfolge, jedoch nicht die räumliche Struktur. Die Anordnung ähnelt einer Perlenkette.

Sekundärstruktur

Eine Sekundärstruktur bezeichnet die Zusammensetzung eines Eiweißes aus besonders häufig auftretenden Motiven für die räumliche Anordnung der Aminosäuren.

Bei einem Eiweiß unterscheidet man zwischen α-Helix, β-Faltblatt-, β-Schleifen- und unregelmäßigen Bereichen. Eine solche Struktur kann sich ergeben, wenn nicht benachbarte Aminosäuren der Primärstruktur Wasserstoffbrückenbindungen eingehen. 

Tertiärstruktur

Der Begriff Tertiärstruktur bezeichnet die der Sekundärstruktur übergeordnete räumliche Anordnung der Polypeptidkette und bezeichnet die eigentliche Gestalt der Eiweiße.

Es sind kabelartige und knäuelartige Anordnungen zu sehen.

Quartärstruktur

Viele Eiweiße müssen sich zu einem Eiweißkomplex zusammenlagern, der Quartärstruktur. Es gibt eine Kombination aus verschiedenen Eiweißen oder ein Verband aus zwei oder mehr Polypeptidketten, die aus einer und derselben Polypeptidkette hervorgegangen sind. Die einzelnen Eiweiße sind untereinander über Wasserstoffbrücken, Salzbrücken und auch kovalente Bindungen miteinander verbunden. Protomere sind die einzelnen Untereinheiten eines solchen Komplexes.

Denaturierung

Unter physiologischen Bedingungen sind Eiweiße sehr stabil. Bei vielen Eiweißen führt eine Erhitzung über 60 °C zu einer irreversiblen Zerstörung der Tertiärs- und Quartärstruktur. Dies bezeichnet man als Denaturierung. Die biologische Funktionsfähigkeit der Eiweiße geht dabei verloren.

Einteilung der Aminosäuren

Aminosäuren werden in essenzielle und nicht essenzielle Aminosäuren unterteilt.

Nicht essenzielle Aminosäuren

Der Körper ist in der Lage, die meisten Aminosäuren selbst herzustellen, sofern er über die Nahrung mit genügend Stickstoff versorgt wird.
Zur Gruppe der nicht essentiellen Aminosäuren gehören:

  • Alanin
  • Asparagin, Asparaginsäure
  • Cystein
  • Glutamin, Glutaminsäure
  • Glycin
  • Ornithin
  • Hydroxylysin
  • Prolin, Hydroxyprolin
  • Serin, Tyrosin
  • ZitrullinZystin, Zystein

Essenzielle Aminosäuren

Essentielle Aminosäuren sind lebensnotwendig, da der Organismus sie nicht selbst herstellen kann. Sie müssen über die Nahrung aufgenommen werden. Erwachsene benötigen acht essenzielle Aminosäuren, Säuglinge und Kinder hingegen zehn.

Fehlen solche Aminosäuren in der Nahrung, führt dies zu Störungen der Eiweißsynthese in den Zellen. Stoffwechselstörungen, wie z. B. Wachstumsverzögerungen, können die Folge sein. 

Zur Gruppe der essenziellen Aminosäuren zählen:

  • Arginin – Säuglinge und Kleinkinder
  • Histidin – Säuglinge und Kleinkinder
  • Isoleuzin
  • Leuzin
  • Lysin
  • Methionin
  • Phenylalanin
  • Threonin
  • Tryptophan
  • Valin

Aminosäuren von A bis Z

  • Alanin – Eiweißproduktion
  • Arginin – Wachstumshormone, Schönheit
  • Asparaginsäure – Muskelwachstum
  • Glycin – Muskelwachstum, Knochenwachstum
  • Lysin – Immunsystem
  • Methionin – Entgiftung, Wundheilung
  • Ornithin – Bauchspeicheldrüse, Diabetestherapie
  • Phenylalanin – Hormonproduktion, gutes Gedächtnis
  • Prolin – Eiweißproduktion
  • Threonin – Verdauung, gesunden Appetit
  • Tyrosin – Nervensystem, gute Stimmung
  • Zystin – Entgiftung, schöne Haut

Aminosäuren sind das Reparatur- und Bausystem des Körpers

Unsere Körperzellen werden jeden Tag beschädigt. Durch die Proteine, die wir aus eiweißreicher Nahrung gewinnen, werden diese Schäden wieder behoben.

Kinder und Jugendliche sowie Schwangere benötigen Eiweiße zum Aufbau neuer Körperzellen. 

Jedes Eiweiß hat eine bestimmte, begrenzte Lebensdauer. Einige Enzyme sind nur für wenige Minuten beständig, während z. B. die roten Blutkörperchen eine Lebensdauer von ca. 120 Tagen haben und bestimmte Muskelproteine noch langer leben.

Eiweißstoffe können nicht durch andere Nährstoffe ersetzt werden.

Eiweiße werden nur in Ausnahmefällen zur Erzeugung von Energie verwendet, wie z. B. bei strengen Diäten, bei Hungersnöten, bei Krankheit, wenn die Zufuhr von Kohlenhydraten und Fetten als Energielieferanten unzureichend ist. Wenn dies geschieht, verlieren wir auch Muskelmasse.

Eiweißgruppen

Die große Vielfalt der Eiweiße wird in zwei große Gruppen aufgeteilt:

  • Strukturproteine
  • Enzyme, Hormone und Transportproteine

Strukturproteine

Die Baustoffe des Organismus sind die Strukturproteine, die für die Bildung von Organen und Strukturen verantwortlich sind. Dazu gehören zum Beispiel das Protein Kollagen, das in Haut, Knorpel und Sehnen vorkommt, sowie das Eiweiß Keratin, das Haare und Nägel aufbaut.

Eiweiße übertragen Nervenimpulse. Unsere Antikörper bestehen ebenfalls aus Eiweißen.

Hormone, Enzyme und Transportproteine

Hormone, Enzyme und Transportproteine sind die Betriebsstoffe unseres Organismus, die es ermöglichen, dass zahlreiche Stoffwechselvorgänge stattfinden.

  • Hormone – Botenstoffe
  • Enzyme – Biokatalysatoren
  • Transportproteine – Hämoglobin – transportiert den Sauerstoff                                              
  • Lipoprotein – transportiert Fette

Proteine und Proteide

Die Eiweißstoffe unterscheiden sich in Proteine und Proteide. Proteine sind einfache Eiweißstoffe, die aus Aminosäuren aufgebaut sind. Proteide sind Eiweißstoffe, die neben Aminosäuren einen Nichteiweißanteil enthalten, wie zum Beispiel Fett, Kohlenhydrat oder Mineralstoff.

Proteide werden aufgrund ihrer räumlichen Struktur unterteilt:

  • Gerüsteiweiße
  • Globuläre Eiweiße

Gerüsteiweiße

Diese Eiweiße sind sowohl im menschlichen als auch im tierischen Organismus vorhanden. Sie sind nicht wasserlöslich. Dazu gehören:

  • Kollagen in Haut, Knochen und Bindegewebe
  • Keratin in Haare und NägelProteide
  • Elastin in Sehnen, Bändern und Bindegewebe
  • Myosin und Actin in der Muskulatur

Globuläre Eiweiße

Globuläre Eiweiße sind in allen Organismen zu finden, sowohl im menschlichen, tierischen als auch im pflanzlichen.

  • Albumin in Ei, Fleisch, Fisch, Milch, Getreide, Gemüse sowie im menschlichen Blut
  • Globuline in Ei, Fleisch, Fisch, Milch, Hülsenfrüchten, Nüssen sowie im menschlichen Blut
  • Glutinin und Gleatin (Klebereiweiß) in Getreide wie Roggen, Hafer, Gerste und Weizen

Übersicht Eiweißstoffe

Proteine = einfache Eiweißstoffe

  • Albumine – in Ei, Fleisch, Fisch, Milch, Getreide, Gemüse – wasserlöslich und gerinnen bei 70 Grad
  • Globuline – in Ei, Fleisch, Fisch, Nüsse, Hülsenfrüchte, Milch, Getreide – löslich in verdünnter Salzlösung und gerinnen bei 70 Grad
  • Glutinin und Gelatine – in Getreide / Roggen, Hafer, Gerste, Weizen – wasserunlöslich, quellen und binden Wasser und gerinnen bei 70 Grad
  • Myosin, Actin – Hauptbestandteil der Muskulatur – löslich in verdünnter Salzlösung
  • Kollagene – Sehnen, Bindegewebe, Knorpel, Gelatine – unlöslich, werden nur durch längeres Kochen gelöst
  • Keratine – Haare, Horn, Federn – unlöslich und unverdaulich
  • Elastine – Sehnen, Bindegewebe – unlöslich und nahezu unverdaulich

Proteide = zusammensetzte Eiweißstoffe

  • Phosphorproteine (Protein und Phosphorsäuren) – Milch, Milchprodukte – gerinnt durch Säure im Magen
  • Hämoglobin (Protein und Farbstoffe) – Blut / roter Blutfarbstoff – Sauerstofftransport von der Lunge zu den Zellen
  • Myoglobin – Muskelfarbstoff – Versorgung der Muskulatur
  • Glykoproteine (Protein und Kohlenhydrat) – Speichel / Mund auf allen Schleimhäuten – Schutz der Schleimhäute
  • Lipoproteine (Proteine) – Blut, Lymphe – Trägersubstanz für Fette und fettähnliche Stoffe
  • Nucleoproteine (Proteine und Nucleinsäuren) – Zellkern, Hülsenfrüchte, Innereien – am Aufbau der Gene beteiligt / Erbanlagen

Biologische Wertigkeit

Die Eiweißqualität wird durch die biologische Wertigkeit ausgedrückt, da für die Bedarfsmenge nicht nur die Eiweißmenge ausschlaggebend ist. Generell sollte immer auf die Lebensmittelqualität geachtet werden. Die biologische Wertigkeit zeigt, dass der menschliche Eiweißbedarf nicht ohne Berücksichtigung der Eiweißarten bestimmt werden kann.

Die biologische Wertigkeit von Eiweißen hängt von der Aminosäurezusammensetzung der Eiweiße ab. Sie gibt Aufschluss darüber, wie viel Prozent des Nahrungsproteins in Körpereiweiß umgewandelt werden kann.

Die ernährungsphysiologische Qualität eines Eiweißes wird durch den Gehalt an essenziellen Aminosäuren im Verhältnis zum Bedarf bestimmt. Je besser die Aminosäurenzusammensetzung eines Eiweißes ist, desto besser kann es verwertet werden. Die biologische Wertigkeit ist umso höher. 

Tierisches Eiweiß ist dem menschlichen Eiweiß ähnlicher als pflanzliches Eiweiß und daher biologisch wertvoller. Durch die Kombination verschiedener pflanzlicher eiweißhaltiger Lebensmittel kann man dies ausgleichen.

Eine Reihe von Eiweißen kann man mit nichtessenziellen Aminosäuren verdünnen, da sie einen sehr hohen Gehalt an essenziellen Aminosäuren haben. Die Mischung von Eiweißen mit hoher biologischer Wertigkeit mit Eiweißen geringer Wertigkeit, die einen geringen Anteil an essenziellen Aminosäuren haben, ermöglicht eine höhere Wertigkeit des Gemisches.

Ein Beispiel ist ein Gemisch aus 35 % Eiprotein und 65 % Kartoffelprotein, welches die höchste biologische Wertigkeit aufweist. Bei Nierenkranken wird dieses Gemisch zur Ernährung verwendet, da bei Nierenerkrankungen die Ausscheidung stickstoffhaltiger Stoffwechselprodukte problematisch ist.  

Wenn eine bestimmte essenzielle Aminosäure in einem eiweißhaltigen Lebensmittel nur in geringem Maße vorkommt, begrenzt die sogenannte limitierende Aminosäure die Eiweißwertigkeit des jeweiligen Lebensmittels. 

Die erste Aminosäure, die wir beim Aufbau unseres Körpers nicht mehr zur Verfügung haben, ist das Lysin. Die Zugabe einzelner essenzieller Aminosäuren kann die biologische Wertigkeit von Nahrungsproteinen verschiedener Herkunft erhöhen.

Pflanzliche Eiweiße können durch das Mischen mit tierischen Eiweißen, die meist eine höhere biologische Wertigkeit haben, gezielt ergänzt oder aufgewertet werden.

Berechnung der biologischen Wertigkeit

Die biologische Wertigkeit von Hühnereiweiß 100 ist als Vergleichsmaßstab zu betrachten.

Die biologische Wertigkeit beschreibt das Verhältnis zwischen aufgenommener und im Körper zurückgehaltener Menge an Eiweiß. Im Vergleich zum Hühnereiweiß ist die Wertigkeit von:

  • Kartoffeleiweiß – 98
  • Rindfleisch – 91
  • Milch – 88        
  • Fisch – 87
  • Sojabohnen – 86        
  • Reis – 81

Durchschnittliche biologische Wertigkeit von Nahrungsmittelproteinen 

  • Molkeneiweiß – 104
  • Vollei – 100
  • Kartoffel – 86,1
  • Edamer Käse – 84,6
  • Milch – 84,2
  • Soja – 84,1
  • Thunfisch – 83,3
  • Schweizer Käse – 83,1
  • Rindfleisch – 83
  • Roggen – 82,6
  • Reis – 82,6
  • Grünalgen – 81,2
  • Mais – 75,9
  • Bohnen – 73,3
  • Casein – 71,5
  • Weizen – 58,4
  • Hefe – 48
  • Gelatine – 0

Eiweiß – Ergänzungswirkung

  • Vollei + Kartoffel – 36%+64% – 136
  • Vollei + Soja – 60%+40% – 123
  • Vollei + Milch – 71%+29% – 122
  • Vollei + Weizen – 68%+32% – 117,8
  • Vollei + Mais – 90%+10% – 114,8
  • Vollei + Bohnen – 36%+64% – 108,2
  • Vollei + Algen – 39%+61% – 108,1
  • Milch + Weizen – 76%+24% – 110
  • Vollei + Reis – 60%+40% – 106
  • Vollei + Roggen – 26%+74% – 104
  • Bohnen + Mais – 51%+49% – 100,8
  • Milch + Roggen – 56%+44% – 100,5
  • Milch + Kartoffel – 50%+50% – 91,6
  • Rindfleisch + Kartoffeln – 77%+23% – 90,2

Die Kombination und gleichzeitige Verwendung bestimmter pflanzlicher Lebensmittel kann die Eiweißaufwertung fördern. Damit wird eine optimale Eiweißversorgung gewährleistet. Diese Tabelle zeigt, dass der Eiweißbedarf auch ohne Fleisch gedeckt werden kann.