Kapitel 2.3

Proteine –  das sind fast Alleskönner

Durch die Bearbeitung des Kapitels „Proteine –  das sind fast Alleskönner“ und der dazugehörigen Materialien kann man u.a. Folgendes lernen

  • Aminosäuren und Proteine anhand ihres Molekülaufbaus wiedererkennen;
  • den Weg von der Aminosäurekette zum vollwertigen Protein beschreiben;
  • den Zusammenhang zwischen Erbmaterial, Aminosäuren und Proteinen beschreiben und erklären;
  • die Einbindung der Proteine in den Stickstoffkreislauf beschreiben und erklären;
  • Aufgaben der Proteine im Organismus benennen, beschreiben und erklären;
  • Lebensmittel hinsichtlich ihres Proteingehaltes unterscheiden und beurteilen;
  • Zusammenhänge zwischen dem Konsum von Proteinen und gesundheitlichen Aspekten beschreiben und begründen;
  • Proteine und ihre Aminosäurebestandteile in Hinblick auf deren gesundheitlichen Stellenwert beurteilen;
  • Ursachen und Folgen einer Nahrungsmittelallergie beschreiben und erklären;
  • eine Nahrungsmittelallergie von einer Lebensmittelunverträglichkeit unterscheiden;
  • Kenntnisse über Proteine bei Überlegungen bzw. Entscheidungen zum eigenen Ernährungsverhalten anwenden;
  • Versuche zu Proteinen durchführen und erläutern.

In diesem Kapitel werden die Proteine unter dem Oberbegriff „Nährstoffe“ behandelt.
Im Mittelpunkt stehen

  • der Aufbau der Proteine unter Berücksichtigung vereinfachter chemischer Grundlagen,
  • ihre Herkunft und ihr Vorkommen in verschiedenen Nahrungsmitteln,
  • einige ihrer Aufgaben und Wirkweisen im Organismus und
  • mehrere wissenswerte und interessante Dinge zu dieser Stoffgruppe.

Am Ende dieses Abschnittes wird auf Arbeitsmaterialien hingewiesen, die sowohl das Thema „Proteine“ vertiefen, als auch Bezüge zum Vorkommen von Proteinen im Alltag herstellen. Eine genauere Behandlung der Proteine unter chemischen Gesichtspunkten enthält das Arbeitsmaterial AB 1_2.3Proteine – etwas genauer betrachtet“. Abschließend werden einige Versuche zu diesem Kapitel angeboten.


Wenn von einem Protein – das umgangssprachliche Wort ist Eiweiß – die Rede ist, denkt man zunächst nur an Hühnereiweiß. Im Unterschied zu Kohlenhydraten und Fetten sind bildliche Vorstellungen zu Proteinen wenig vorhanden. Das gilt auch für das rechts stehende Bild (Abb. L_2.3.-1), in dem wohl nur Spezialisten eine Proteindarstellung wiedererkennen.

Es handelt sich bei dieser Abbildung um eine modellartige Darstellung von Insulinmolekülen. Das Protein „Insulin“ wird in der Bauchspeicheldrüse gebildet und kann den Blutzuckerspiegel senken (siehe auch Kap. 3.1). Diese Aufgabe eines Proteins in unserem Körper ist nur eine von sehr vielen (siehe Abb. L_2.3-2). Als Nährstoffgruppe besitzen die Proteine von daher eine große Bedeutung auch für uns Menschen und zumindest teilweise müssen wir deren „Baustoffe“ mit der Nahrung aufnehmen.

L_2.3-1 Insulin_molekuel

Abb. L_2.3-1 Insulinmolekül

Abb. L_2.3-2 Aufgaben* der Eiweiße (Proteine) im menschlichen Körper

* Nicht alle genannten Aufgaben werden in diesem Kapitel, in dem die Proteine als Nährstoffe im Mittelpunkt stehen, behandelt. Einige Aufgaben dieser Stoffgruppe spielen in späteren Kapiteln eine Rolle, andere werden im Rahmen der am Ende dieses Kapitels genannten Arbeitsmaterialien näher erläutert.

Die Vielfalt der Aufgaben der Proteine scheint auf eine große Komplexität dieser Stoffgruppe hinzuweisen. In Hinblick auf deren Aufgaben ist das richtig, unter dem Gesichtspunkt des Aufbaus der Proteinmoleküle ist das nicht ganz so – doch dazu später.

In der sich anschließenden Darstellung (Abb. L_2.3-3) wird versucht, diese Stoffgruppe zu gliedern.

Abb. L_2.3-3 Mögliche Einteilung der Eiweiße unter dem Gesichtspunkt „Nahrung“

Abb. L_2.3-3 Mögliche Einteilung der Eiweiße unter dem Gesichtspunkt „Nahrung“

Anmerkung zur Abbildung:
Als „Stoff“ wird Material angesehen, das man beobachten und untersuchen kann, eine Masse besitzt und spezifische Eigenschaften aufweist.


Eiweiße oder Proteine (griech.: proteios „grundlegend, erstrangig“)
Es handelt sich um eine Sammelbezeichnung für eine Gruppe organischer Moleküle, die ganz oder vorwiegend aus Aminosäuren aufgebaut sind. Sie bilden nicht nur Strukturen aus, sondern erfüllen viele lebenswichtige Funktionen. Vor allem ermöglichen und beschleunigen sie in Form von Enzymen chemische Reaktionen im Stoffwechsel. Sie sind unverzichtbar für Wachstum, Fortpflanzung, Bekämpfung von Infektionen, Muskelarbeit etc. Wissenschaftler gehen von mehr als 100.000 unterschiedlichen Proteinen im menschlichen Organismus aus.

Der Körper des Menschen besteht zu ca. 15-20% aus Proteinen. Die Bausteine der Proteine sind Aminosäuren (Abb. L_2.3-4). Diese wiederum bestehen aus den Elementen Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff und gelegentlich Schwefel.
Wenn in Zusammenhang mit Proteinen von Aminosäuren gesprochen wird, so sind die 20 Aminosäuren gemeint, die auf der Grundlage der gespeicherten genetischen Informationen zu Proteinen zusammengesetzt werden.
Sehr viele – im menschlichen Körper mehr als 200 – Aminosäuren werden nicht zum Proteinaufbau verwendet, sind jedoch ebenso lebensnotwendig für den Organismus. Sie werden an dieser Stelle nicht behandelt.

Die Grundstruktur der ein Protein aufbauenden Aminosäuren (AS) ist immer gleich – von daher einfach (Abb. L_2.3.-4).

In der Mitte der Aminosäure befindet sich ein Kohlenstoffatom. An dieses gebunden sind

  • ein Wasserstoffatom,
  • eine Aminogruppe (NH2),
  • eine Carboxlygruppe (COOH) und
  • der so genannte Aminosäurerest (R) als Platzhalter für verschiedene molekulare Strukturen.

Man unterscheidet ganz unterschiedliche Aminosäurereste, wie die  Abbildung L_2.3-5 zeigt. Der jeweilige Aminosäurerest, ist entscheidend für die Besonderheit bzw. die besonderen Eigenschaften jeder Aminosäure. Er kann sehr „einfach“ oder auch sehr „komplex“ sein.
Weitere Unterschiede zwischen den Aminosäuren werden an späterer Stelle und im Arbeitsmaterial AB 1_2.3 „Proteine genauer betrachtet“ erläutert.
Der Name einer Aminosäure wird üblicherweise auf der Grundlage eines weltweit anerkannten Drei-Buchstaben-Codes abgekürzt (Abb. L_2.3-5). Näheres dazu an späterer Stelle und im Arbeitsmaterial AB 1_2.3 „Proteine – etwas genauer betrachtet“.

 

L_2.3-4 AS_Grundstruktur

Abb. L_2.3-4 Aminosäure / Grundstruktur

Die Bildung eines Proteins erfolgt im Rahmen der Proteinbiosynthese auf der Grundlage der Erbinformationen (siehe AB 2_2.3Proteinbiosynthese – vereinfacht, kurz und verständlich“).
Der erste Schritt auf dem Weg zum Protein besteht in der Verknüpfung zweier Aminosäuren (AS). An dieses Anfangsprodukt werden dann eine dritte AS, eine vierte AS usw. angehängt.Die Verknüpfung zweier Aminosäuren erfolgt zwischen der Carboxylgruppe der vorhandenen und der Aminogruppe der anzuhängenden AS. Bei diesem Vorgang wird ein Molekül Wasser freigesetzt. Man spricht bei der vorliegenden Reaktion auch von einer Kondensation. Die Art der Verknüpfung zwischen Aminosäuren wird als „Peptidbindung“ bezeichnet (Abb. L_2.3-6).

L_2.3-5 AS-Beispiele

Abb. L_2.3-5 Aminosäuren / Beispiele

Entsprechend der Anzahl der in Form einer Kette vorliegenden Aminosäuren spricht man von:

  • Dipeptid = 2 AS
  • Tripeptid = 3 AS
  • Tetrapeptid = 4 AS
  • Oligopeptid bis 10 AS
  • Polypeptid über 10 AS

Die meisten Proteine bestehen aus Ketten von 100 – 500 Aminosäurebausteinen. Das größte beim Menschen bekannte Protein, das Titin, besteht aus über 30.000 Aminosäuren. Es spielt eine Rolle bei der Muskelkontraktion. Das kleinste Protein ist der Süßstoff Aspartam. Es wird synthetisch hergestellt und besteht aus zwei Aminosäuren.

L_2.3-6 Peptidbindung

Abb. L_2.3-6 Peptidbindung

Eine entstandene Polypeptidkette ist jedoch noch lange kein funktionsfähiges Protein. Damit dieses entsteht, müssen die AS-Ketten eine räumliche Struktur erhalten und weitere Veränderungen erfahren.
Diese Vorgänge der Proteinbildung sind vergleichbar mit dem Bau eines Autos. Beide bestehen aus vielen Einzelteilen, benötigen jedoch eine bestimmte dreidimensionale Form, um zu funktionieren. Man stelle sich vor: Das montierte Auto erhält ein zu kleines Rad. Es wird nicht fahren können!Der Prozess der Ausbildung der räumlichen Struktur eines funktionsfähigen Proteins umfasst vier Schritte, die wesentlich von den Eigenschaften der beteiligten AS beeinflusst werden (Abb. L_2.3-7):

  1. Primärstruktur:
    Sie beinhaltet lediglich die Abfolge einer bestimmten Anzahl von verknüpften Aminosäuren – entspricht also quasi einer Kette von AS (= Polypeptidkette).
  1. Sekundärstruktur:
    Durch Bindungen zwischen den Resten der Aminosäuren innerhalb der Kette kommt es entweder zur Ausbildung einer Schrauben-Struktur (Helix) oder einer Faltblattstruktur.
  1. Tertiärstruktur:
    Die vorhandene Helix oder Faltblattstruktur wird durch weitere chemische Bindungen zwischen den AS-Resten dreidimensional im Raum angeordnet. Die lange Kette der AS wird dabei zu einem „Knäuel“. Dieses geschieht jedoch nicht willkürlich, sondern wiederum aufgrund der unterschiedlichen Eigenschaften der verschiedenen AS-Reste.
  1. Quartärstruktur:
    Sie ist die Endform des funktionsfähigen Proteins. Nicht selten lagern sich dazu mehrere Tertiärstrukturen zusammen. Weitere angelagerte Moleküle – Nicht-Eiweiß-Komplexe, z.B. das Eisen im Hämoglobin, das den Sauerstofftransport im Blut gewährleistet – vervollständigen in manchen Fällen die Funktionsfähigkeit des Proteins. Fehlt das Eisen, kann das Blut keinen Sauerstoff transportieren.

L_2.3-7 Protein_Ebenen

Abb. L_2.3-7 Bildung eines Proteins

 

IconAufgabe
  1. Vergleiche den Aufbau der Kohlenhydrate, Fette und Proteine miteinander und benenne das Element, das nur bei den Proteinen vorkommt.
  2. Beschreibe und erkläre Ähnlichkeiten bei der Verknüpfung von „Grundbausteinen“ innerhalb der Gruppen Kohlenhydrate, Fette und Proteine.

Eine Hilfe findest du im Exkurs AChemie – gar nicht so schwer!“ oder in den Kap. 2.1 / Kap. 2.2.

  1. Wie bereits gesagt, gehen Wissenschaftler davon aus, dass mehr als 100.000 verschiedene Proteine im Körper des Menschen vorkommen.
    Erläutere, wie es zu dieser Vielfalt von Proteinen bei nur 20 verschiedenen Grundbausteinen (Aminosäuren) kommen kann.
    Gehe als Beispiel von einer AS-Kette mit 100 AS aus.
    Zum Vergleich mit dem zu ermittelnden Wert: Die Anzahl aller Wassermoleküle in den Weltmeeren beträgt 4 x 1046.
  1. Die Abbildung (Abb. L_2.3-8) zeigt einen Baustein der DNA (= Träger der Erbinformation), ein Nucleotid. Nucleotide unterliegen einem ständigen Auf- und Abbau.
    Mit Hilfe spezieller Methoden kann man festzustellen, woher die einzelnen Atome stammen.
    Formuliere eine Aussage zu dieser Abbildung.

L_2.3-8 N_Purin

Abb. L_2.3-8
Nucleotid und Aminosäuren

Lösung zu Aufg. 1-4:

  1. Stickstoff (N)
  2. In allen drei Fällen kommt es zur Kondensation, d.h. ein Molekül Wasser wird freigesetzt.
  3. Wenn eine AS-Kette z.B. aus nur 100 AS bestehen würde und dabei alle 20 verschiedenen AS verwendet würden, gäbe es 20100 Möglichkeiten für diese AS-Kette. Das sind mehr Möglichkeiten, als die Summe aller Wassermoleküle der Weltmeere.
  4. Diese Tatsache unterstreicht die Notwendigkeit der Versorgung des Körpers mit Proteinen bzw. Aminosäuren.

Ausgangspunkt der Bereitstellung von Proteinen sind die Pflanzen. Nur sie sind in der Lage, Stickstoff (N) als Nährsalz aus dem Boden aufzunehmen und in organische Moleküle einzubauen (Abb. L_2.3-9)

Über die Nahrungskette werden die Proteine dann an die Konsumenten weitergegeben.

In Form „toter organischer Substanz“ gelangen die meisten Proteine bzw. ihre Bestandteile schließlich zu den sogenannten Destruenten. Sie benötigen ebenfalls Aminosäuren bzw. Proteine für ihre Lebensvorgänge, produzieren jedoch beim Abbau der Eiweißverbindungen auch anorganische Stickstoffverbindungen, die schließlich wieder als Nährsalze im Boden vorliegen. Der Stickstoffkreislauf ist damit geschlossen.

Genauere Informationen über den Stickstoffkreislauf enthält das Arbeitsmaterial AB 3_2.3 „Stickstoff – nicht nur Bestandteil der Luft“ oder findet sich z.B. hier:

L_2.3-9 N_Kreislauf_70

Abb. L_2.3-9 Stickstoffkreislauf (vereinfacht)
Kleinbilder: Pixabay

Icon_Film


https://www.youtube.com/stickstoffkreislauf

(2016-05-12)
Legende zu Abb. L_2.3-9:
P= Produzenten (Pflanzen)

K= Konsumenten (Tiere / Menschen)
D= Destruenten (Bodentiere, Bakterien, Pilze)
(Genaueres zu den Begriffen: siehe Kap.2)anorganisch (vereinfacht):
Sammelbezeichnung für Stoffe, die keinen Kohlenstoff enthalten (Ausnahmen: Kohlenstoffdi- (CO2) und -monoxid (CO)).organisch (vereinfacht):
Sammelbezeichnung für Stoffe, die Kohlenstoff enthalten und innerhalb lebender Organismen vorkommen oder von diesen stammen (Ausnahmen: Kohlenstoffdi- (CO2) und -monoxid (CO)).
IconLink https://de.wikipedia.org/wiki/Stickstoffkreislauf (2016-05-12)
http://hypersoil.uni-muenster.de/0/05/14.htm#Stickstoffkreislauf (2016-05-12)

Unter dem Gesichtspunkt der Ernährung bzw. der Nährstoffe sind folgende Besonderheiten zu den Proteinen zu nennen:

  1. Die in den Nahrungsproteinen enthaltenen Aminosäuren versorgen den Organismus mit den entscheidenden Grundbausteinen für den eigenen Proteinaufbau.
  2. Der in den Aminosäuren enthaltene Stickstoff ermöglicht den Aufbau weiterer Moleküle, die dieses Element enthalten, z.B. die Bausteine – man nennt sie Nucleotide – in der DNA.
  3. Proteine sind nicht speicherbar, wie Kohlenhydrate und Fette. Wenn von einem „Aminosäurepool“ gesprochen wird, dann ist damit vor allem die Leber, das Blutplasma und auch Muskelgewebe gemeint, in denen bestimmte Mengen kurzzeitig „zwischengelagert“ werden können. Die Leber übernimmt dabei eine gewisse Steuerfunktion.
  4. Proteine können bei Bedarf auch für die Energiegewinnung genutzt werden, d.h. sie werden nach der Aufnahme mit der Nahrung nicht nur in ihre Grundbausteine zerlegt, um aus diesen wiederum körpereigene Proteine aufzubauen, sondern können auch im Rahmen der Zellatmung „verbrannt“ werden. Dieser Prozess ist aber nur dann von Bedeutung, wenn bei Mangelernährung bzw. kalorienreduzierter Kost, körpereigene Proteine, z.B. Muskelproteine zur Energiegewinnung abgebaut werden (siehe Kap. 5).
  5. Proteine werden im Unterschied zu Kohlenhydraten und Fetten nicht nur durch mehr oder weniger geregelte enzymatische Prozesse aufgebaut. Das Verknüpfen bestimmter Aminosäuren (Anzahl und Art) erfolgt ausschließlich auf der Grundlage der Erbinformation im Zellkern.
  6. Aufgrund des zuvor genannten Sachverhaltes besitzt jeder Organismus arteigene Proteine.
 

Der menschliche Körper besteht zu etwa 15-20 % aus Proteinen. Das heißt, ein 70 kg schwerer Mensch „trägt“ mehr als 10 kg Proteine mit sich herum. In den westlichen Industriestaaten nimmt ein 70 kg schwerer erwachsener Mensch im Durchschnitt pro Tag ca. 100 g Proteine mittels Nahrung zu sich. Im Proteinstoffwechsel werden pro Tag ca. 300 g Proteine umgesetzt, etwa 24 g gehen pro Tag – selbst bei proteinfreier Ernährung –  verloren (Abb. L_2.3-10).

L_2.3-10 Proteinumsatz

Abb. L_2.3-10 Proteinumsatz im menschlichen Körper (vereinfacht)

IconAufgabe
  1. Beschreibe die Abbildung L_2.3-9 und erkläre den scheinbaren Widerspruch zwischen den genannten Werten der Proteinaufnahme und des Proteinumsatzes im Stoffwechsel.
Lösung zu Aufg. 5:

Das ist kein Widerspruch, sondern zeigt lediglich, wie intensiv die Wiederverwendung von Proteinen und ihren Bestandteilen erfolgt.


Da Proteine und damit auch der in ihnen enthaltene Stickstoff nicht längerfristig gespeichert werden können, aber sowohl durch Stoffwechselprozesse als auch durch Ausscheidungen Proteine bzw. ihre Bestandteile „verloren“ gehen, stellt sich die Frage, wie diese Verluste über die Nahrungsaufnahme ausgeglichen werden können.

Hinweis: Vor allem im Internet ist zu beobachten, dass unterschiedliche Interessengruppen – ähnlich wie bei den Fetten – im Rahmen der Beantwortung dieser Frage sehr voneinander abweichende Meinungen vertreten! Neben ernährungsphysiologischen Aspekten spielen vor allem ethische und ökologische Sichtweisen, manchmal aber auch nur das „Verkaufen“, eine Rolle. Diese Tatsache macht es notwendig, sich möglichst vielfältig zu informieren und sich nicht auf eine einzige Quelle zu verlassen!

L_2.3.-11 Entscheidungen_Proteine

Abb. L_2.3-11 Entscheidungen

Im Rahmen der Beantwortung dieser Frage sind

  • die Art der Aminosäuren, die mit der Aufnahme der Proteine in den menschlichen Körper gelangen und
  • die Menge der Proteine, die dem menschlichen Körper zugeführt wird

von Bedeutung.

Der erste Aspekt betrifft die zuvor genannten Besonderheiten (Pkt. 5 und 6) der Nahrungs-proteine.
Unsere Nahrungsmittel – egal ob aus pflanzlicher oder tierischer Quelle – stammen von Lebewesen, deren Proteinaufbau auf der Grundlage des jeweiligen Erbgutes erfolgt. Beim Menschen werden zum Aufbau der eigenen Proteine natürlich die Informationen genutzt, die in seinem Erbgut gespeichert sind. Im Laufe der Evolution hat das menschliche Erbgut leider die Erbinformationen zur Herstellung bestimmter Aminosäuren „verloren“. Diese müssen nun über die Nahrung aufgenommen werden, d.h. sie stammen von jenen Lebewesen, die diese Aminosäuren noch herstellen können.
Unter diesem Gesichtspunkt lassen sich die von uns Menschen zum Aufbau körpereigener Proteine benötigen Aminosäuren in drei Gruppen einteilen: essenzielle, semi (bedingt)-essenzielle und nicht essenzielle Aminosäuren (Tab.1 L_2.3 Aminosäuren und Mensch).

Unter den Nahrungsmitteln, die in größeren Mengen essenzielle bzw. bedingt essenzielle Aminosäuren enthalten, befinden sich vor allem tierische Produkte (Fleisch, Milch, Milchprodukte, Eier, Fische). Die Mehrheit der pflanzlichen Proteine ist hinsichtlich der Aminosäurezusammensetzung nicht so gut ausgestattet. Allerdings gibt es auch einige pflanzliche Nahrungsmittel, die unseren Körper mit allen notwendigen Aminosäuren versorgen können (siehe auch AB 4_2.3. „Fleisch – ein altes Nahrungsmittel, teilweise verändert“ / AB 5_2.3Fleischersatz – sieben Beispiele“ / AB 7_2.3 „Gemüse und Obst – proteinfrei?“).

essenzielle
Aminosäure (AS)

Empfehlung
mg / kg
Körpergew.
pro Tag

 

essenz. AS
in Nahrungsmitteln (Beispiele)

mg /100 g

1 2 3 4 5 6 7 8
Threonin (Thr) 15 368 376 116 38 828 864 865 506
Lysin (Lys) 30 578 426 155 50 1695 1764 1792 977
Valin (Val) 26 483 689 158 50 975 1018 989 588
Leucin (leu) 39 798 865 158 68 1435 1498 1545 806
Isoleucin (Iso) 20 494 576 129 65 883 922 1071 529
Phenylalanin (Phe) 25 483 627 119 45 699 730 824 461
Tryptophan (Try) 4 95 138 33 11 184 192 227 126
Methionin (Met) 10 126 163 43 12 478 499 536 287
Histidin (His) 10 263 213 56 16 478 499 618 390
1-Sojabohne (frisch) 2-Haferflocken 3-Broccoli (frisch) 4-Eisbergsalat (frisch)5-Lachs (frisch) 6-Zander (frisch) 7-Putenfleisch (frisch) 8-Schinkenwurst (frisch)
Tab. 2 L_2.3
essenzielle Aminosäuren: Aufnahme-Empfehlung und Vorkommen (Beispiele)
Daten-Quelle: http://www.naehrwertrechner.de/

Außerdem kann mit einer Kombination verschiedener Nahrungsmittelgruppen, wie Kartoffeln und Ei, Milch und Getreide, bestimmte Gemüsemischungen etc. die Aminosäureversorgung optimiert werden (siehe auch AB 9_2.3 „Biologische Wertigkeit von Proteinen – ein Qualitätsmerkmal?“).

Der zweite Gesichtspunkt in Zusammenhang mit dem notwendigen Ausgleich der Protein- bzw. Aminosäureverluste betrifft die Frage nach der Menge an Proteinen, die dem Körper täglich zugeführt werden sollte.
Einen allgemeinen, für alle Menschen zutreffenden Wert gibt es nicht!
Selbstverständlich sind Alter, Geschlecht, Gesundheitszustand und Aktivitäten der einzelnen Person entscheidende Kriterien, die über die Proteinaufnahme mitbestimmen.

Insofern sind die oft zu lesenden Werte eines 15%igen Proteinanteils an der täglichen Nährstoffaufnahme oder der Tagesbedarf von 0,8 – 1,2 Gramm Proteine pro Kilogramm Körpergewicht (Jugendliche und Erwachsene) lediglich als Orientierungsgrößen anzusehen.
Eine der in diesen Zusammenhängen oft zitierte Quelle ist die „Deutsche Gesellschaft für Ernährung (DGE)“. Auch wenn die dort genannten Werte nicht unumstritten sind, wird in dieser Quelle zumindest eine gewisse Differenzierung vorgenommen (https://www.dge.de/wissenschaft/referenzwerte/protein/). Für Kinder, Jugendliche und Erwachsene nennt die DGE einen Tagesbedarf von 0,9 bzw. 0,8 Gramm Proteine pro Kilogramm Körpergewicht.
Der folgende Blick auf die Proteinanteile in verschiedenen Nahrungsmitteln kann deshalb auch nur ein erster Schritt für Ernährungsentscheidungen sein.
Bei der folgenden Abbildung (Abb. L_2.3-12) ist zu beachten, dass dort bewusst dieselben Nahrungsmittel aufgeführt sind, die bereits bei der Betrachtung des Fettanteils von Nahrungsmitteln (siehe Kap. 2.2 Abb.L_2.2-6) ausgewählt wurden. Die dort dargestellte Reihenfolge – zuerst (oben) das Nahrungsmittel mit dem höchsten Fettanteil – wurde hier bewusst beibehalten.

L_2.3.-12 Proteingehalt

Abb. L_2.3-12 Auswahl von Nahrungsmitteln (essbarer Anteil) und deren Proteinanteil (g /100g)
Quellen: http://www.naehrwertrechner.de/ http://www.bmi-rechner.net

IconAufgabe
  1. Lies das Diagramm, bilde Daten-Gruppen und entscheide, welche Nahrungsmittel bzw. -gruppen proteinreicher sind als andere.
  2. Benenne einen häufig – nicht immer! – festzustellenden Zusammenhang zwischen dem Protein- und dem Fettanteil (siehe auch Kap. 2.2 / Abb.L_2.2-6) in Nahrungsmitteln.
  3. Erläutere, welche sachgerechten Schlüsse aus der Beantwortung der Aufg. 6 zu ziehen sind.
  4. Informiere dich selbstständig mit Hilfe des Internets über den Proteingehalt von Nahrungs- und Genussmitteln, die du an einem beliebigen Tag zu dir nimmst.
  5. Stelle eine Hypothese auf, warum tierische Nahrungsmittel in der Regel einen Protein- bzw. Aminosäuregehalt aufweisen, der den Bedürfnissen des Menschen eher entspricht, als es bei pflanzlichen Nahrungsmitteln der Fall ist.
  6. Stelle eine Hypothese auf, warum beim Menschen die Fähigkeit zum Aufbau einiger Aminosäuren verloren gegangen sein könnte.

 

Lösungen zu Aufg. 6 – 8, 10, 11 :

zu 6.
In der Tendenz enthalten tierische Nahrungsmittel deutlich mehr Proteine als pflanzliche. Pflanzliche Nahrungsmittel mit relativ hohem Proteingehalt sind manche Nüsse und Soja (siehe Abb. L_2.3-13 / sortiert)
zu 7.
Es ist nicht selten, dass in tierischen Nahrungsmitteln ein relativ hoher Proteinanteil mit einem relativ hohen Fettanteil gekoppelt ist.
zu 8.
Daraus ergibt sich, dass es sinnvoll ist, Proteine auch über pflanzliche Nahrungsmittel zu sich zu nehmen. Allerdings gibt es auch Ausnahmen, d.h. pflanzliche Nahrungsmittel mit einem relativ hohen Fettanteil, z.B. Nüsse.
zu 10.
Je weiter Organismen bezüglich ihrer Verwandtschaft von einander entfernt sind, desto unähnlicher ist ihr Erbmaterial und damit auch die Proteinzusammensetzung bzw. ihr Aminosäurehaushalt.
zu 11.
Durch das Nichtproduzieren bestimmter Aminosäuren spart der Organismus Material und Energie. Sofern sich dieses durch entsprechende Nahrungsaufnahme nicht negativ auswirkt, ist es ein Vorteil für den Organismus.

L_2.3.-13 Proteingehalt_sortiert

Abb. L_2.3-13 Auswahl von Nahrungsmitteln (essbarere Anteile) und deren Proteinanteil (g /100g) / sortiert
Datenquellen: http://www.naehrwertrechner.de/ http://www.bmi-rechner.net

Zusammenfassend lässt sich in Hinblick auf den Ausgleich der Proteinverluste Folgendes sagen:

  • Zumindest in den westlichen Industrieländern treten bei normaler Ernährung – egal ob fleischhaltig oder fleischlos – nur sehr selten Protein-Mangelerscheinungen auf. In anderen Regionen der Welt gibt es diese Mangelerscheinungen (siehe AB 9_2.3Wenn es im Proteinhaushalt nicht stimmt“).
  • Informationen über die Proteinzusammensetzung von Nahrung und deren Menge in Nahrungsmitteln sind vor allem unter dem Gesichtspunkt sinnvoll bzw. notwendig, weil Nahrungsmittel neben Proteinen auch Fette und Kohlenhydrate enthalten.

Im Zusammenhang mit der Proteinzufuhr durch Nahrung soll nun noch folgender Aspekt angesprochen werden:
Es gibt Menschen, die auf bestimmte Nahrungsproteine allergisch reagieren können.

 

(Nahrungsmittel-) Allergie (griech.: állos / „fremd“, érgon / „Werk, Arbeit“)
Nahrungsmittel bzw. bestimmte Bestandteile eines Nahrungsmittels werden vom Immunsystem als etwas Fremdes erkannt, ähnlich wie Bakterien und Viren, und bekämpft.
Die körperfremden Stoffe, die ein Immunsystem bekämpft, werden Antigene genannt (griech.: anti / „dagegen“ , gennaō / „erzeugen“). In diesem speziellen Fall spricht man auch von Allergenen, weil Nährstoffe im Gegensatz zu Bakterien und Viren eigentlich harmlos sind.
Die Folgen einer Nahrungsmittelallergie können für die betroffenen Menschen unter Umständen lebensbedrohlich sein.
Die Nahrungsmittelintoleranz, z.B. auf Lactose oder Fructose, (siehe AB 5_2.1 und AB 6_2.1), beruht dagegen auf einer nicht vorhandenen Fähigkeit, einen Nahrungsbestandteil im Stoffwechsel korrekt zu verarbeiten.

Die Angaben darüber, wie viele Menschen an Nahrungsmittelallergien leiden, sind nicht einheitlich: Die Daten liegen zwischen 1 – 10 % bei Erwachsenen und 2 – 6 % bei Kindern.
Tatsache ist, dass alle Quellen davon ausgehen, dass die Anzahl der Betroffenen zunimmt.
Häufig auftretende Reaktionen sind Quaddeln und Jucken an Haut und Schleimhäuten, Niesen, Verschleimung und Atemnot. Die schwerste allergische Reaktion auf Lebensmittel ist der anaphylaktische Schock, d.h. es kommt zum lebensbedrohlichen Kreislaufzusammenbruch.

Allergie_symbole_1 Aufgrund des zuvor Gesagten hat der Gesetzgeber entsprechende Kennzeichnungsvorschriften zur besseren Information von Verbrauchern erlassen. In der sogenannten Lebensmittel-Informationsverordnung (LMIV) ist seit dem 13.12.2014 festgeschrieben, dass die Hersteller von Lebensmitteln verwendete Zutaten, die eventuell allergen sein können, auf den Verpackungen angeben müssen.

Dazu gehören folgende Zutatenquellen:

Glutenhaltiges Getreide, namentlich zu nennen: Weizen (wie Dinkel und Khorasan-Weizen), Roggen, Gerste, Hafer / Krebstiere / Eier / Fische / Erdnüsse / Sojabohnen / Milch (einschließlich Laktose) / Schalenfrüchte, namentlich zu nennen: Mandeln, Haselnüsse, Walnüsse, Cashewnüsse, Pecannüsse, Paranüsse, Pistazien, Macadamia- oder Queenslandnüsse / Sellerie / Senf / Sesamsamen / Schwefeldioxid und Sulfite (ab 10 Milligramm pro Kilogramm oder Liter) / Lupinen / Weichtiere

Allergie_symbole_2
 Der genaue Text der LMIV / Anhang 2 ist u.a. hier zu finden: http://www.landkreis-wuerzburg.de/media/custom/1755_9446_1.PDF?1399359105

Gibt es kein Zutatenverzeichnis, müssen die Stoffe oder Erzeugnisse mit dem zusätzlichen Hinweis „enthält“ angegeben werden, zum Beispiel „enthält Erdnüsse“. Wenn sich die Bezeichnung des Lebensmittels selbst eindeutig auf diese Stoffe oder Erzeugnisse bezieht, ist keine Angabe erforderlich.
Genauere Informationen zu dieser Thematik finden sich z.B. hier:

IconLink

http://www.bmel.de/DE/Ernaehrung/Kennzeichnung/kennzeichnung_node.html (2016-06-12)
http://www.bll.de/de/lebensmittel/kennzeichnung/lebensmittelinformationsverordnung (2016-06-12)
http://www.daab.de/ernaehrung/lebensmittelallergie/ (2016-06-12)
https://de.wikipedia.org/wiki/Verordnung_(EU)_Nr._1169/2011_(Lebensmittel-Informationsverordnung) (2016-06-12)
Icon_Film https://www.youtube.com/watch?v=5d3BpvJV5F4  (Focus – Nahrungsmittelallergie) (2016-06-12)

Auffällig ist übrigens, dass Nahrungsmittelallergien auch mit den Essgewohnheiten in der jeweiligen geografischen Region verbunden sind. In den USA sind z.B. Erdnussallergien deutlich häufiger anzutreffen, als in Europa. Fischallergien treten häufiger in Küstenregionen auf und allergische Reaktionen in Zusammenhang mit Oliven sind häufiger bei Menschen, die im Mittelmeerraum leben, zu finden.
Allergische Reaktionen auf Proteine sind leider nicht nur auf Nahrungsmittel beschränkt. Auch Heuschnupfen und allergische Reaktionen z.B. auf Tierhaare haben mit Proteinen zu tun (siehe auch    11_2.3 „Proteine als Allergieauslöser – manchmal richtig schlimm“.)


Die im Anschluss genannten Arbeitsmaterialien ergänzen und vertiefen nicht nur das Thema „Proteine“, sondern stellen auch vielfältige und interessante Zusammenhänge zwischen den Proteinen, dem Alltag und unserem Körper her.

  • Das AB 1_2.3Proteine – etwas genauer betrachtet“ informiert etwas ausführlicher über die Chemie der Proteine und was in diesem Zusammenhang für Biologen noch interessant sein könnte. Noch Genaueres muss der Chemieunterricht vermitteln!
  • Der Aufbau von Proteinen im Rahmen der Proteinbiosynthese ist kompliziert. Das AB 2_2.3Proteinbiosynthese und mehr – vereinfacht, kurz und verständlich“ soll einen Einblick in diesen für die Proteinentstehung wichtigen Prozess geben.
  • Proteine versorgen den Körper mit dem Element Stickstoff. Nur woher kommt er eigentlich und was passiert mit ihm? Hier spielt der Begriff des „Stoffkreislaufs“ eine wichtige Rolle. Darüber informiert das AB 3_2.3Stickstoff – nicht nur Bestandteil der Luft“.
  • Oft wird gestritten, welche Eiweiß-Quelle zu bevorzugen ist. Informationen stellt das Arbeitsmaterial AB 4_2.3Fleisch – ein altes Nahrungsmittel, teilweise verändert“ zur Verfügung.
  • Viele Menschen bevorzugen eine fleischlose Ernährung. Das Arbeitsmaterial AB 5_2.3Fleischersatz – sieben Beispiele“ stellt Möglichkeiten des Fleischersatzes vor.
  • Milch von Kuh, Esel oder Ziege ist trotz mancher Kritik ein weltweit bedeutsames Grundnahrungsmittel. Darüber informiert das AB 6_2.3Milch – ein weites Feld“.
  • Vor allem die Massentierhaltung ist ein Grund, warum Menschen keine Kuhmilch und daraus hergestellte Produkte zu sich nehmen. Sie konsumieren oft sogenannte „Milchalternativen“. Worum es sich dabei handelt, erläutert das AB 6_2.3aMilch – geht das auch ohne Kuh?“.
  • Als Proteinlieferanten sollten Obst und Gemüse nicht vergessen werden. Doch wie verhält es sich – außer bei Soja oder Lupinen – mit dem Proteingehalt. Darüber informiert AB 7_2.3Obst und Gemüse – Proteinversorgung ausreichend?“
  • Über essenzielle und nicht-essenzielle Aminosäuren wurde bereits gesprochen. Ernährungswissenschaftler haben in diesem Zusammenhang den Begriff der „Biologischen Wertigkeit (BW)“ von Proteinen geschaffen. Was er bedeutet und was man damit anfangen kann, darüber versucht das AB 8_2.3Biologische Wertigkeit von Proteinen – ein Qualitätsmerkmal?“ Auskunft zu geben.
  • Dass Aminosäuren nicht nur im Zusammenhang mit der Proteinbiosynthese eine Rolle spielen, wird im Arbeitsmaterial AB 9_2.3Aminosäuren – nicht nur Proteinbausteine“ am  Beispiel von „Tryptophan“ erläutert.
  • Proteine spielen inzwischen auch außerhalb der „normalen“ Ernährung eine große Rolle.. Das AB 10_2.3 „Proteine – Nahrungsergänzungsmittel und Functional Food“ versucht, anhand von Beispielen einen Einblick in diesen Bereich zu vermitteln.
  • Einige Beispiele für die vielfältigen Bedeutungen der Proteine im Alltag der Menschen erläutern die ABs 11_2.3Proteine im Alltag (1) – Schmecken und Leckeres?!“ und 12_2.3 „Proteine im Alltag (2) – Fieber, Muskel und Kriminalistik„.
  • Was ist eine Allergie und was haben Proteine damit zu tun? Diese Thematik behandelt das AB 13_2.3Proteine und Allergien – hilfreich, aber auch ganz schön übel“.
  • Mangelerscheinungen und Krankheiten in Zusammenhang mit den Proteinen beschreibt das AB 14_2.3Wenn es im Proteinhaushalt nicht stimmt- Proteinmangel und anderes“.
  • Die Betrachtung der Proteine unter den Gesichtspunkten „Evolution“ und „Proteinengineering“ steht im Mittelpunkt der Inhalte des AB 15_2.3Proteine – heute, gestern und morgen“.
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