SKRIPT: GRUNDLAGEN DER ERNÄHRUNGSLEHRE
INHALTSVERZEICHNIS
Energie in der Ernährung ................................................................................................................................................................... 4
Energiestoffwechsel im Organismus............................................................................................................................................. 4
Das Adenosintriphosphat-Kreatinphosphat-System ................................................................................................................ 4
Verwertung der Nährstoffe ........................................................................................................................................................ 4
Energiebestimmungsmethode: Kalorimetrie ............................................................................................................................... 4
Bombenkalorimetrie .................................................................................................................................................................. 4
Direkte Kalorimetrie................................................................................................................................................................... 4
Indirekte Kalorimetrie ................................................................................................................................................................ 4
Energiebilanz .................................................................................................................................................................................. 5
Energiebedarf ............................................................................................................................................................................. 5
Energie in der Ernährung ............................................................................................................................................................... 6
Body-Mass-index ........................................................................................................................................................................ 6
Energieverbrauchende Bedingungen ....................................................................................................................................... 6
Optimale Nahrungszusammensetzung .................................................................................................................................... 6
Kohlenhydrate in der Ernährung ....................................................................................................................................................... 7
Überblick über die Verdauung ....................................................................................................................................................... 7
Kohlenhydrate und Krankheiten ................................................................................................................................................... 8
Monosaccharide ............................................................................................................................................................................ 8
Glucose ....................................................................................................................................................................................... 8
Fructose ...................................................................................................................................................................................... 9
Galactose.................................................................................................................................................................................... 9
Disaccharide................................................................................................................................................................................... 9
Polysaccharide ............................................................................................................................................................................... 9
Stärke ......................................................................................................................................................................................... 9
Glykogen ..................................................................................................................................................................................... 9
Cellulose ..................................................................................................................................................................................... 9
Ballaststoffe .................................................................................................................................................................................10
Zuckeralkohole .............................................................................................................................................................................10
Sorbitol .....................................................................................................................................................................................10
Mannitol....................................................................................................................................................................................10
Xylit............................................................................................................................................................................................10
Fette in der Ernährung .....................................................................................................................................................................11
Funktionen der Lipide ..................................................................................................................................................................11
Definition und Nomenklatur ........................................................................................................................................................11
Fettsäuren ....................................................................................................................................................................................11
Gesättigte Fettsäuren ..............................................................................................................................................................11
Ungesättigte Fettsäuren ..........................................................................................................................................................12
Komplexe Lipide...........................................................................................................................................................................13
Isoprenoide...............................................................................................................................................................................14
, Fettverdauung ..............................................................................................................................................................................14
Plasmalipide .............................................................................................................................................................................14
Serumproteine .........................................................................................................................................................................15
Lipidstoffwechsel .........................................................................................................................................................................15
Empfehlungen & Richtwerte........................................................................................................................................................15
Proteine in der Nahrung ..................................................................................................................................................................16
Funktionen körpereigener Proteine ............................................................................................................................................16
Aminosäuren ................................................................................................................................................................................16
Proteinstrukturen .........................................................................................................................................................................16
Proteinverdauung .........................................................................................................................................................................16
Essentialität von Aminosäuren....................................................................................................................................................17
Proteinbedarf und Empfehlungen ...............................................................................................................................................17
Vitamine in der Ernährung...............................................................................................................................................................18
Übersicht ......................................................................................................................................................................................18
Vitamin A und Retinoide ..............................................................................................................................................................18
Resorption ................................................................................................................................................................................18
Physiologie................................................................................................................................................................................18
ß-Carotin ...................................................................................................................................................................................19
Folgen einer Hypopvitaminose ................................................................................................................................................19
Vitamin D ......................................................................................................................................................................................20
Erkrankungen ...........................................................................................................................................................................20
Stoffwechsel .............................................................................................................................................................................20
Physiologie................................................................................................................................................................................21
Niere .........................................................................................................................................................................................21
Nebenschilddrüse ....................................................................................................................................................................22
Darm .........................................................................................................................................................................................22
Knochenstoffwechsel ..............................................................................................................................................................22
Hypervitaminose ......................................................................................................................................................................22
Vitamin E ......................................................................................................................................................................................23
Physiologie................................................................................................................................................................................23
Vitamin E-Avitaminose .............................................................................................................................................................23
Interaktionen ............................................................................................................................................................................23
Vitamin K (Koagulationsvitamine)...............................................................................................................................................24
Physiologie................................................................................................................................................................................24
Vitamin B1 (Thiamin) ....................................................................................................................................................................26
Physiologie................................................................................................................................................................................26
Vitamin B2 (Riboflavin) .................................................................................................................................................................28
Physiologie: Stoffwechsel ........................................................................................................................................................28
Vitamin B2-Avitaminose ...........................................................................................................................................................28
Vitamin B6 .....................................................................................................................................................................................29
Physiologie: funktion als Coenzym ..........................................................................................................................................29
Hypovitaminose ........................................................................................................................................................................29
Hypervitaminose ......................................................................................................................................................................30
, Interaktionen ............................................................................................................................................................................30
Vitamin B9 (Folsäure) ...................................................................................................................................................................31
Physiologie................................................................................................................................................................................31
Hypovitaminose ........................................................................................................................................................................31
Vitamin B12 (Cobalamin) ..............................................................................................................................................................32
Physiologie................................................................................................................................................................................32
Hypocobalaminämie ................................................................................................................................................................32
Vitamin C (Ascorbinsäure) ...........................................................................................................................................................33
Physiologie................................................................................................................................................................................33
Hypovitaminose: Skorbut.........................................................................................................................................................34
Hypervitaminose ......................................................................................................................................................................34
Mineralstoffe in der Ernährung .......................................................................................................................................................35
Elektrolyte .....................................................................................................................................................................................35
Calcium .....................................................................................................................................................................................35
Magnesium ...............................................................................................................................................................................38
Selen .........................................................................................................................................................................................39
Zink ...........................................................................................................................................................................................40
Malnutrition ......................................................................................................................................................................................42
Formen der Malnutrition ..............................................................................................................................................................42
Unterernährung ........................................................................................................................................................................42
Fehlernährung ..........................................................................................................................................................................43
, ENERGIE IN DER ERNÄHRUNG
ENERGIESTOFFWECHSEL IM ORGANISMUS
DAS ADENOSINTRIPHOSPHAT-KREATINPHOSPHAT-SYSTEM
Für jede Bewegungsform ist ATP die unmittelbare Energiequelle. Ohne
ATP wäre keine muskuläre Bewegung möglich. Jedoch stellt ATP Ener-
gie nur für ein bis zwei Sekunden zur Verfügung. Danach muss es re-
synthetisiert werden. Nun kommt Kreatinphosphat ins Spiel: Es stellt
für die Resynthese des ATP das Phosphat. Kreatinphosphat fungiert als
Energiereserve für 6 Sekunden und wird auch im Muskel gespeichert.
Ist Kreatinphosphat auch verbraucht worden, ist eine Resynthese von
ATP und KP notwendig. Direkt oder indirekt ist Adenosintriphosphat an
allen energieverbrauchenden Reaktionen im Organismus beteiligt. Chemisch besteht Adenosintriphosphat aus Adenosin, wel-
ches an drei Phosphatgruppen gebunden ist. Von diesen wird eine Phosphatgruppe unter der Freisetzung von Energie abge-
spalten. Frei wird dann eine Energie von 8 kcal bzw. 33,47 kJ. Um im Bedarfsfall ATP produzieren zu können, gibt es Kreatin-
phosphat. Es in solch einem Fall als direkte Energiereserve.
Um ATP bilden zu können, muss dem Adenosindiphosphat eine Phosphatgruppe angefügt werden. Die dazu notwendige Ener-
gie wird aus dem Stoffwechsel der Energielieferanten genutzt. Hierbei muss aber der Wirkungsgrad von 40% berücksichtigt
werden. Dies bedeutet, dass 40% der potenziellen, durch den Stoffwechsel gewinnbaren Energie auch in die Bildung von ATP
gesteckt werden kann. Die restlichen 60% werden als Wärme an den Körper abgegeben. Adenosintriphosphat wird bei der
anaeroben und aeroben Glykolyse, dem Citratzyklus und bei der Atmungskette gebildet.
VERWERTUNG DER NÄHRSTOFFE
𝐁𝐢𝐥𝐝𝐮𝐧𝐠 𝐯𝐨𝐧 𝐀𝐓𝐏 𝐩𝐡𝐲𝐬𝐢𝐨𝐥𝐨𝐠𝐢𝐬𝐜𝐡𝐞𝐫 𝐁𝐫𝐞𝐧𝐧𝐰𝐞𝐫𝐭 erforderliche Nährstoffenergie
Nährstoff
𝟏𝟎𝟎 𝐠 𝐍ä𝐡𝐫𝐬𝐭𝐨𝐟𝐟 𝟏𝟎𝟎 𝐠 𝐍ä𝐡𝐫𝐬𝐭𝐨𝐟𝐟 𝐦𝐨𝐥 𝐀𝐓𝐏
Kohlenhydrate 23,5 mol 410 kcal 17,4 kcal
Fette 51,4 mol 930 kcal 18,1 kcal
Proteine 20,4 mol 425 kcal 20,8 kcal
Isodynamiegesetz nach Rubner: Die Nährstoffe sind entsprechend ihrem ATP-Bildungsvermögen untereinander austausch-
bar.
ENERGIEBESTIMMUNGSMETHODE : KALORIMETRIE
BOMBENKALORIMETRIE DIREKTE KALORIMETRIE
Die Bombenkalorimetrie dient zur Bestimmung der Brutto- Bei der direkten Kalorimetrie befindet sich der Organismus
energie eines Nährstoffes. Dabei wird eine definierte Nähr- (z.B. Meerschweinchen) in einem von Eis ummantelten Ge-
stoffmenge quantitativ so verbrannt, dass die dabei entste- fäß. Bei sichergestellter Sauerstoffzufuhr für den Organis-
hende Verbrennungswärme auf das umliegende Wasser mus schmilzt das Eis aufgrund der entstehenden Wärme.
übertragen wird, dessen Temperaturanstieg dann gemes- Diese geschmolzene Menge verhält sich proportional zur er-
sen wird. zeugten Energiemenge.
INDIREKTE KALORIMETRIE
Im Gegensatz zur direkten Kalorimetrie wird nicht die von einem Lebewesen oder C6 H12 O6 + 6 O2 → 12 H2 O + 6 CO2
einer Reaktion abgegebene Wärmemenge gemessen, sondern die Menge an Sau-
erstoff, die ein Organismus in der Reaktion rechts verbraucht.
Aus dieser Wärmemenge lässt sich der Energieumsatz berechnen, sofern das kalorische Äquivalent der Nahrung bekannt ist:
Energieumsatz = Sauerstoffaufnahme × kalorisches Äquivalent
Auch die Nahrung muss nicht bekannt sein, da man alternativ aus dem respiratorischen Quotienten RQ auf die Nahrung
schließen kann. Dies bietet sich vor allem bei großen Lebewesen wie z. B. dem Menschen an. Bei Kohlenhydraten beträgt der
respiratorische Quotient 1, bei Proteinen 0,8 und bei Fetten 0,7.
n(gebildetes CO2 )
𝑟espiratorischer Quotient =
n(benötigtes O2 )
INHALTSVERZEICHNIS
Energie in der Ernährung ................................................................................................................................................................... 4
Energiestoffwechsel im Organismus............................................................................................................................................. 4
Das Adenosintriphosphat-Kreatinphosphat-System ................................................................................................................ 4
Verwertung der Nährstoffe ........................................................................................................................................................ 4
Energiebestimmungsmethode: Kalorimetrie ............................................................................................................................... 4
Bombenkalorimetrie .................................................................................................................................................................. 4
Direkte Kalorimetrie................................................................................................................................................................... 4
Indirekte Kalorimetrie ................................................................................................................................................................ 4
Energiebilanz .................................................................................................................................................................................. 5
Energiebedarf ............................................................................................................................................................................. 5
Energie in der Ernährung ............................................................................................................................................................... 6
Body-Mass-index ........................................................................................................................................................................ 6
Energieverbrauchende Bedingungen ....................................................................................................................................... 6
Optimale Nahrungszusammensetzung .................................................................................................................................... 6
Kohlenhydrate in der Ernährung ....................................................................................................................................................... 7
Überblick über die Verdauung ....................................................................................................................................................... 7
Kohlenhydrate und Krankheiten ................................................................................................................................................... 8
Monosaccharide ............................................................................................................................................................................ 8
Glucose ....................................................................................................................................................................................... 8
Fructose ...................................................................................................................................................................................... 9
Galactose.................................................................................................................................................................................... 9
Disaccharide................................................................................................................................................................................... 9
Polysaccharide ............................................................................................................................................................................... 9
Stärke ......................................................................................................................................................................................... 9
Glykogen ..................................................................................................................................................................................... 9
Cellulose ..................................................................................................................................................................................... 9
Ballaststoffe .................................................................................................................................................................................10
Zuckeralkohole .............................................................................................................................................................................10
Sorbitol .....................................................................................................................................................................................10
Mannitol....................................................................................................................................................................................10
Xylit............................................................................................................................................................................................10
Fette in der Ernährung .....................................................................................................................................................................11
Funktionen der Lipide ..................................................................................................................................................................11
Definition und Nomenklatur ........................................................................................................................................................11
Fettsäuren ....................................................................................................................................................................................11
Gesättigte Fettsäuren ..............................................................................................................................................................11
Ungesättigte Fettsäuren ..........................................................................................................................................................12
Komplexe Lipide...........................................................................................................................................................................13
Isoprenoide...............................................................................................................................................................................14
, Fettverdauung ..............................................................................................................................................................................14
Plasmalipide .............................................................................................................................................................................14
Serumproteine .........................................................................................................................................................................15
Lipidstoffwechsel .........................................................................................................................................................................15
Empfehlungen & Richtwerte........................................................................................................................................................15
Proteine in der Nahrung ..................................................................................................................................................................16
Funktionen körpereigener Proteine ............................................................................................................................................16
Aminosäuren ................................................................................................................................................................................16
Proteinstrukturen .........................................................................................................................................................................16
Proteinverdauung .........................................................................................................................................................................16
Essentialität von Aminosäuren....................................................................................................................................................17
Proteinbedarf und Empfehlungen ...............................................................................................................................................17
Vitamine in der Ernährung...............................................................................................................................................................18
Übersicht ......................................................................................................................................................................................18
Vitamin A und Retinoide ..............................................................................................................................................................18
Resorption ................................................................................................................................................................................18
Physiologie................................................................................................................................................................................18
ß-Carotin ...................................................................................................................................................................................19
Folgen einer Hypopvitaminose ................................................................................................................................................19
Vitamin D ......................................................................................................................................................................................20
Erkrankungen ...........................................................................................................................................................................20
Stoffwechsel .............................................................................................................................................................................20
Physiologie................................................................................................................................................................................21
Niere .........................................................................................................................................................................................21
Nebenschilddrüse ....................................................................................................................................................................22
Darm .........................................................................................................................................................................................22
Knochenstoffwechsel ..............................................................................................................................................................22
Hypervitaminose ......................................................................................................................................................................22
Vitamin E ......................................................................................................................................................................................23
Physiologie................................................................................................................................................................................23
Vitamin E-Avitaminose .............................................................................................................................................................23
Interaktionen ............................................................................................................................................................................23
Vitamin K (Koagulationsvitamine)...............................................................................................................................................24
Physiologie................................................................................................................................................................................24
Vitamin B1 (Thiamin) ....................................................................................................................................................................26
Physiologie................................................................................................................................................................................26
Vitamin B2 (Riboflavin) .................................................................................................................................................................28
Physiologie: Stoffwechsel ........................................................................................................................................................28
Vitamin B2-Avitaminose ...........................................................................................................................................................28
Vitamin B6 .....................................................................................................................................................................................29
Physiologie: funktion als Coenzym ..........................................................................................................................................29
Hypovitaminose ........................................................................................................................................................................29
Hypervitaminose ......................................................................................................................................................................30
, Interaktionen ............................................................................................................................................................................30
Vitamin B9 (Folsäure) ...................................................................................................................................................................31
Physiologie................................................................................................................................................................................31
Hypovitaminose ........................................................................................................................................................................31
Vitamin B12 (Cobalamin) ..............................................................................................................................................................32
Physiologie................................................................................................................................................................................32
Hypocobalaminämie ................................................................................................................................................................32
Vitamin C (Ascorbinsäure) ...........................................................................................................................................................33
Physiologie................................................................................................................................................................................33
Hypovitaminose: Skorbut.........................................................................................................................................................34
Hypervitaminose ......................................................................................................................................................................34
Mineralstoffe in der Ernährung .......................................................................................................................................................35
Elektrolyte .....................................................................................................................................................................................35
Calcium .....................................................................................................................................................................................35
Magnesium ...............................................................................................................................................................................38
Selen .........................................................................................................................................................................................39
Zink ...........................................................................................................................................................................................40
Malnutrition ......................................................................................................................................................................................42
Formen der Malnutrition ..............................................................................................................................................................42
Unterernährung ........................................................................................................................................................................42
Fehlernährung ..........................................................................................................................................................................43
, ENERGIE IN DER ERNÄHRUNG
ENERGIESTOFFWECHSEL IM ORGANISMUS
DAS ADENOSINTRIPHOSPHAT-KREATINPHOSPHAT-SYSTEM
Für jede Bewegungsform ist ATP die unmittelbare Energiequelle. Ohne
ATP wäre keine muskuläre Bewegung möglich. Jedoch stellt ATP Ener-
gie nur für ein bis zwei Sekunden zur Verfügung. Danach muss es re-
synthetisiert werden. Nun kommt Kreatinphosphat ins Spiel: Es stellt
für die Resynthese des ATP das Phosphat. Kreatinphosphat fungiert als
Energiereserve für 6 Sekunden und wird auch im Muskel gespeichert.
Ist Kreatinphosphat auch verbraucht worden, ist eine Resynthese von
ATP und KP notwendig. Direkt oder indirekt ist Adenosintriphosphat an
allen energieverbrauchenden Reaktionen im Organismus beteiligt. Chemisch besteht Adenosintriphosphat aus Adenosin, wel-
ches an drei Phosphatgruppen gebunden ist. Von diesen wird eine Phosphatgruppe unter der Freisetzung von Energie abge-
spalten. Frei wird dann eine Energie von 8 kcal bzw. 33,47 kJ. Um im Bedarfsfall ATP produzieren zu können, gibt es Kreatin-
phosphat. Es in solch einem Fall als direkte Energiereserve.
Um ATP bilden zu können, muss dem Adenosindiphosphat eine Phosphatgruppe angefügt werden. Die dazu notwendige Ener-
gie wird aus dem Stoffwechsel der Energielieferanten genutzt. Hierbei muss aber der Wirkungsgrad von 40% berücksichtigt
werden. Dies bedeutet, dass 40% der potenziellen, durch den Stoffwechsel gewinnbaren Energie auch in die Bildung von ATP
gesteckt werden kann. Die restlichen 60% werden als Wärme an den Körper abgegeben. Adenosintriphosphat wird bei der
anaeroben und aeroben Glykolyse, dem Citratzyklus und bei der Atmungskette gebildet.
VERWERTUNG DER NÄHRSTOFFE
𝐁𝐢𝐥𝐝𝐮𝐧𝐠 𝐯𝐨𝐧 𝐀𝐓𝐏 𝐩𝐡𝐲𝐬𝐢𝐨𝐥𝐨𝐠𝐢𝐬𝐜𝐡𝐞𝐫 𝐁𝐫𝐞𝐧𝐧𝐰𝐞𝐫𝐭 erforderliche Nährstoffenergie
Nährstoff
𝟏𝟎𝟎 𝐠 𝐍ä𝐡𝐫𝐬𝐭𝐨𝐟𝐟 𝟏𝟎𝟎 𝐠 𝐍ä𝐡𝐫𝐬𝐭𝐨𝐟𝐟 𝐦𝐨𝐥 𝐀𝐓𝐏
Kohlenhydrate 23,5 mol 410 kcal 17,4 kcal
Fette 51,4 mol 930 kcal 18,1 kcal
Proteine 20,4 mol 425 kcal 20,8 kcal
Isodynamiegesetz nach Rubner: Die Nährstoffe sind entsprechend ihrem ATP-Bildungsvermögen untereinander austausch-
bar.
ENERGIEBESTIMMUNGSMETHODE : KALORIMETRIE
BOMBENKALORIMETRIE DIREKTE KALORIMETRIE
Die Bombenkalorimetrie dient zur Bestimmung der Brutto- Bei der direkten Kalorimetrie befindet sich der Organismus
energie eines Nährstoffes. Dabei wird eine definierte Nähr- (z.B. Meerschweinchen) in einem von Eis ummantelten Ge-
stoffmenge quantitativ so verbrannt, dass die dabei entste- fäß. Bei sichergestellter Sauerstoffzufuhr für den Organis-
hende Verbrennungswärme auf das umliegende Wasser mus schmilzt das Eis aufgrund der entstehenden Wärme.
übertragen wird, dessen Temperaturanstieg dann gemes- Diese geschmolzene Menge verhält sich proportional zur er-
sen wird. zeugten Energiemenge.
INDIREKTE KALORIMETRIE
Im Gegensatz zur direkten Kalorimetrie wird nicht die von einem Lebewesen oder C6 H12 O6 + 6 O2 → 12 H2 O + 6 CO2
einer Reaktion abgegebene Wärmemenge gemessen, sondern die Menge an Sau-
erstoff, die ein Organismus in der Reaktion rechts verbraucht.
Aus dieser Wärmemenge lässt sich der Energieumsatz berechnen, sofern das kalorische Äquivalent der Nahrung bekannt ist:
Energieumsatz = Sauerstoffaufnahme × kalorisches Äquivalent
Auch die Nahrung muss nicht bekannt sein, da man alternativ aus dem respiratorischen Quotienten RQ auf die Nahrung
schließen kann. Dies bietet sich vor allem bei großen Lebewesen wie z. B. dem Menschen an. Bei Kohlenhydraten beträgt der
respiratorische Quotient 1, bei Proteinen 0,8 und bei Fetten 0,7.
n(gebildetes CO2 )
𝑟espiratorischer Quotient =
n(benötigtes O2 )
