Erweitern Sie Ihr Wissen über Protein und Aminosäuren

Alle biologischen Organismen – Sie eingeschlossen – sind im Wesentlichen Proteine mit Wasser gefüllte und manchmal von Knochen getragene Strukturen. So entscheidend ist es. Eiweiß ist der wichtigste Baustein deines Körpers. Tatsächlich leitet sich das Wort Protein vom griechischen proteios “die erste Qualität” oder von protos “first.”

Es wird geschätzt, dass der menschliche Körper über zwei Millionen Proteine ​​enthält. Die Gesamtzahl biologischer Organismen an Land wird wahrscheinlich 10 Millionen überschreiten. Aber niemand weiß es genau. Die Zahl ist riesig, denn jedes Protein hat ein anderes, das es abbauen kann.

Proteinstruktur

Proteine ​​sind langkettige Moleküle, die aus den Grundbausteinen des Lebens – Aminosäuren – bestehen. Sie sind organische Verbindungen, die eine ganz bestimmte chemische Struktur haben. Aminosäuren, die Amin- (Moleküle mit einem Stickstoff- und zwei Wasserstoffatomen) und Carboxyl- (Moleküle, die Kohlenstoff-, zwei Sauerstoff- und ein Wasserstoffmolekül enthalten) funktionelle Gruppen enthalten. Diese sind mit einer Seitenkette (R-Gruppe) von Molekülen verbunden, die für jede Aminosäure spezifisch sind.

Es gibt 20 bekannte Aminosäuren, aus denen die Proteine ​​in Ihrem Körper bestehen. Kürzlich wurden zwei weitere Aminosäuren entdeckt. Alle tierischen und pflanzlichen Proteine ​​auf der Erde sind also aus diesen 22 Aminosäuren aufgebaut.

Im Jahr 1806 isolierten die französischen Chemiker Louis-Nicolas Vauquelin und Pierre Jean Robiquet eine Verbindung aus Spargel, die später Asparagin genannt wurde . Es war die erste entdeckte Aminosäure.

Das am längsten bekannte Protein Titin wird auch als Connectin bezeichnet. Es enthält 26.926 Aminosäuren. Titin kommt im Muskel vor und trägt zu seiner passiven Steifheit bei.

Selbst mit einer etwas begrenzten Menge an Aminosäuren können Proteine ​​sehr komplexe Moleküle sein. Das liegt daran, dass sich die meisten Proteine ​​zu einzigartigen, dreidimensionalen Strukturen falten.

Biochemiker beziehen sich oft auf vier unterschiedliche Aspekte der Struktur eines Proteins:

• Primärstruktur: Die lineare Aminosäuresequenz, die durch Bindungen zusammengehalten wird, die als Peptidbindungen bekannt sind.
• Sekundärstruktur: Die dreidimensionale Form lokaler oder spezifischer Segmente von Proteinen. Diese lokalen Segmente sind Drehungen und Wendungen, die durch Wasserstoffbrückenbindungen stabilisiert werden.
• Tertiärstruktur: Die Gesamtform eines einzelnen Proteinmoleküls. Auch gleichbedeutend mit dem Begriff „Falte“, steuert die Tertiärstruktur die grundlegende Funktion des Proteins.
• Quartärstruktur: Die Struktur, die aus mehreren Proteinmolekülen (Polypeptidketten) besteht, die als ein einziger Proteinkomplex funktionieren. Sie werden in diesem Zusammenhang normalerweise als Proteinuntereinheiten bezeichnet.

Proteinfunktion

Man könnte sich Proteine ​​als Gebäude vorstellen blockiert – insbesondere für Muskelgewebe. Aber Proteine ​​erfüllen viele lebenswichtige Funktionen im Körper. Und einige, die Sie überraschen könnten. Die wichtigsten sind unten aufgeführt.

Enzyme und Hormone

Die bekannteste Rolle von Proteinen in der Zelle ist die als Enzyme, die chemische Reaktionen katalysieren. Dies kann Ihnen helfen, Ihre Nahrung in Zellenergie umzuwandeln. Verdauungsenzyme sind ein gutes Beispiel für diese Art von Protein. Diese Enzyme können auch die Form von Antioxidantien annehmen. Das selenhaltige Protein Glutathionperoxidase ist eine der wichtigsten antioxidativen Verbindungen in Ihrem Körper.

Sexualhormone, bekannt als Gonadotropine, und endokrine Hormone – wie Insulin und Glukagon – sind ebenfalls Proteine.

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1955 wurde Insulin als erstes Protein vollständig sequenziert. Der britische Biochemiker Frederick Sanger erhielt für diese bahnbrechende Forschung den Nobelpreis für Chemie.

Rekombinante DNA-Techniken werden 1978 vom Biotechnologieunternehmen Genentech zur Herstellung von synthetischem „menschlichem“ Insulin verwendet, wodurch Insulin das erste hergestellte menschliche Protein ist durch Biotechnologie.

Zellsignalisierung

Viele Proteine ​​sind am Prozess der Zellsignalisierung und Signaltransduktion beteiligt. Einige Proteine, wie Insulin, übertragen ein Signal von der Zelle, in der sie synthetisiert wurden, an andere Zellen in entfernten Geweben.

Proteine ​​sind an beiden Seiten des Signalprozesses beteiligt. Sie wirken auch als Rezeptoren auf den Zellen, die an ein Signalmolekül binden, um eine biochemische Reaktion auszulösen.

Antikörper sind Proteinkomponenten des Immunsystems. Ihre Hauptfunktion besteht darin, körperfremde Substanzen (Antigene) zu binden und gezielt zu zerstören.

Strukturproteine

Diese verleihen biologischen Komponenten Form und Steifigkeit. Die meisten Strukturproteine ​​sind von Natur aus faserig.

Kollagen und Elastin sind zwei großartige Beispiele für diese zähen, faserigen Proteine. Sie sind beide wichtige Bestandteile des Bindegewebes, wie Knorpel. Und sie erfüllen wichtige Funktionen in der Struktur der Haut. Das Protein Keratin verleiht Haar und Nägeln Struktur. Im Tierreich hilft Keratin bei der Herstellung von Federn, Hufen und einigen Tierpanzern.

Eine letzte Kategorie umfasst Strukturproteine, die kugelförmig sind. Sie bilden lange, steife Fasern, die es den Zellen ermöglichen, ihre Form und Größe beizubehalten.

Andere Funktionen

Proteine ​​spielen auch eine Rolle in der Zelle Adhäsion, Wachstumsfaktoren, Nährstofftransport und -speicherung und vieles mehr. Beim Menschen spielen Nicht-Protein-Aminosäuren auch eine wichtige Rolle als Neurotransmitter oder Vorläufer anderer Moleküle. Neurotransmitter sind Substanzen, die helfen, Impulse zwischen Nerven zu übertragen.

• Tryptophan ist ein Vorläufer des Neurotransmitters Serotonin, der an der Stimmung und vielem mehr beteiligt ist.
• Tyrosin (und sein Vorläufer Phenylalanin) sind Vorläufer von Dopamin, Epinephrin und Norepinephrin und verschiedenen Spuren von Aminen.
• Glycin ist ein Vorläufer wichtiger Verbindungen im Blut, die als Porphyrine (d. h. Häm) bekannt sind
• Arginin ist ein Vorläufer von Stickoxid.

Protein und Aminosäuren in der Ernährung

Proteine, die Sie essen, werden nicht intakt absorbiert. Sie essen also keine Hühnerbrust und fügen Ihrem Körper genau dieselbe Art von Protein hinzu. Proteine ​​werden zu Aminosäuren oder kleinen Peptiden verdaut, die vom Darm aufgenommen und im Blut transportiert werden können.

Peptide unterscheiden sich von Proteinen, weil sie kleiner sind – typischerweise enthalten sie 50 oder weniger Aminosäuren. Die kürzesten Peptide sind Dipeptide, die aus zwei Aminosäuren bestehen, die durch eine einzelne Peptidbindung verbunden sind. Ein Polypeptid ist eine lange, kontinuierliche und unverzweigte Peptidkette.

Die Eiweißverdauung beginnt im Magen. Die saure Umgebung und das Magenenzym Pepsin beginnen, das Protein zu denaturieren (aufzulösen). Dadurch wird es für Verdauungsenzyme, die von der Bauchspeicheldrüse ausgeschieden werden, besser zugänglich.

Andere spezifische Enzyme verdauen die größeren Peptide weiter zu Di- und Tripeptiden und freien Aminosäuren. Diese werden dann zur Verwendung durch andere Gewebe in das Blut freigesetzt. Nach der Verdauung werden die Aminosäuren zur Synthese von Proteinen und anderen Biomolekülen verwendet oder sie werden in Harnstoff und Kohlendioxid als Energiequelle umgewandelt.

Von den 20 Standard-Aminosäuren werden neun genannt essentiell, weil Ihr Körper sie nicht aus anderen Verbindungen in der Menge herstellen kann, die Sie für ein normales Wachstum benötigen. Sie müssen also aus der Nahrung aufgenommen werden. Zu den essentiellen Aminosäuren gehören Histidin, Isoleucin, Leucin, Lysin, Methionin, Phenylalanin, Threonin, Tryptophan und Valin.

Proteinqualität

Nicht alle Nahrungsproteine ​​sind gleich wirksam für Ihre Gesundheit. Wissenschaftler haben eine Skala entwickelt, mit der Sie die Qualität eines Proteins erkennen können. Bisherige Methoden zur Qualitätsmessung umfassen PER (Protein Efficiency Ratio) und BV (biological value). Aber sie werden heute nur noch selten verwendet.

Heute ist die bevorzugte Methode zur Bestimmung der Proteinqualität als Proteinverdaulichkeits-korrigierter Aminosäuren-Score (PDCAAS) bekannt. Der PDCAAS ermöglicht eine bedarfsgerechte Bewertung der Lebensmittelproteinqualität. Es misst die Qualität eines Proteins basierend auf dem Aminosäurebedarf (angepasst an die Verdaulichkeit) eines 2- bis 5-jährigen Kindes (das als die ernährungsphysiologisch anspruchsvollste Altersgruppe gilt).

Unter Verwendung der PDCAAS-Methode , werden die Proteinqualitätseinstufungen bestimmt, indem das Aminosäureprofil des spezifischen Nahrungsmittelproteins mit einem Standard-Aminosäureprofil verglichen wird. Die höchstmögliche Punktzahl ist eine 1,0. Diese Punktzahl bedeutet, dass das Protein nach der Verdauung 100 % oder mehr der erforderlichen essentiellen Aminosäuren liefert – pro Proteineinheit.

Proteinbedarf

Der tägliche Proteinbedarf ist eine Kombination aus vielen Faktoren, darunter Alter, Körperzusammensetzung, Geschlecht, Gesamtenergieaufnahme (Kalorien), Trainingsstatus , und Trainingsniveau für einen Athleten.

Die Empfehlung für die Proteinzufuhr basiert auf dem Körpergewicht. Für normal gesunde Erwachsene liegt die Tagesempfehlung bei 0,8 Gramm Protein pro Kilogramm Körpergewicht. Für eine normal gesunde erwachsene Frau, die 150 Pfund wiegt und sesshaft ist, entspricht das etwa 55 Gramm Protein pro Tag.

Die empfohlene Tagesdosis (RDA) für erwachsene Frauen beträgt 46 Gramm/Tag für Erwachsene Männer sind es 56 Gramm/Tag, und für schwangere und stillende Frauen sind es 71 Gramm/Tag. Das passt aus gutem Grund nicht zu den Empfehlungen.

Ähnlich wie die RDAs für Mikronährstoffe sollen sie ausreichende Mengen liefern, um bei scheinbar gesunden Personen eine normale Gesundheit und ein normales Wachstum zu ermöglichen. Die RDA ist die Mindestaufnahmemenge, die erforderlich ist, um den grundlegenden Ernährungsbedarf zu decken, aber es ist nicht unbedingt die spezifische Menge, die am besten oder optimal ist.

Protein für Sportler

Sportler nehmen Nahrungsprotein zu sich, um Skelettmuskeln und Bindegewebe nach intensiven Trainingseinheiten oder sportlichen Ereignissen zu reparieren und wieder aufzubauen. Sportler sollten im Allgemeinen mindestens 1,4 bis 2,0 Gramm Protein pro Kilogramm Körpergewicht pro Tag zu sich nehmen.

Eine bestimmte Art von Aminosäuren ist für Sportler besonders wichtig – verzweigtkettige Aminosäuren (BCAAs). Von den neun essentiellen Aminosäuren sind nur drei als BCAAs bekannt. Aber sie machen etwa 35 Prozent der Proteine ​​im Muskelgewebe aus. Es ist auch bekannt, dass diese BCAAs während Aerobic-Übungen eine vorteilhafte Rolle spielen, indem sie die Geschwindigkeit des Proteinabbaus verringern und den Abbau von Muskelglykogen verzögern.

Die drei BCAAs sind Leucin, Isoleucin und Valin. BCAAs sind entscheidend für die Proteinsynthese und den Proteinumsatz, die Zellsignalwege und den Glukosestoffwechsel. Sie spielen auch eine Rolle bei der Synthese von Proteinen und Neurotransmittern im Gehirn und bei der Energieproduktion.

Eine wachsende Zahl wissenschaftlicher Literatur deutet darauf hin, dass Leucin von den drei BCAAs die bedeutendste Rolle zu spielen scheint stimuliert die Proteinsynthese.

Protein für ältere Menschen

Alterung führt tendenziell zu Muskelabbau. Normales Altern ist mit Veränderungen im Muskelproteinstoffwechsel und einer verminderten Reaktion auf Aminosäuren in einer Mahlzeit verbunden. Eine ausreichende Einnahme von Leucin (BCAA) während einer Mahlzeit kann helfen, diese Unempfindlichkeit gegenüber Muskelproteinen zu überwinden und ein nützliches Instrument zur Verhinderung von übermäßigem Muskelabbau sein. Die Mindestdosis für diese Vorteile liegt wahrscheinlich zwischen 2,0 und 2,5 Gramm Leucin pro Portion oder Mahlzeit.

Es wird auch deutlich, dass Leucin als Teil eines hochwertigen Vollwertproteins wahrscheinlich vorteilhafter ist als die Supplementierung mit BCAAs allein. Um die Muskelproteinretention bei älteren Menschen zu maximieren und ausreichend Leucin bereitzustellen, schlagen die meisten Experten Ernährungspläne vor, die 25-30 Gramm hochwertiges Protein pro Mahlzeit enthalten.

Muskelverlust tritt mit zunehmendem Alter auf, verliert aber mehr als normal (0,5-1,0 %/Jahr) wird als Sarkopenie bezeichnet. Es ist ein fortschreitender Rückgang der Skelettmuskelmasse, der zu einer verminderten Kraft und Funktionalität führt. Sarkopenie tritt bei bis zu 30 % der Personen über 60 Jahren und mehr als 50 % der Personen über 80 Jahren auf.

Veganer und Vegetarier

Können Pflanzenproteine ​​selbst genügend hochwertiges Protein liefern, um gesundes Wachstum, Reparatur und Muskelfunktion aufrechtzuerhalten? Absolut.

Viele Pflanzenproteine ​​liefern jedoch weniger als optimale Mengen aller essentiellen Aminosäuren. Für Veganer oder Vegetarier wird es einfach wichtiger, eine große Auswahl an Lebensmitteln zu erhalten, darunter Bohnen, Hülsenfrüchte, Nüsse und Samen. Typischerweise liefert eine vegetarische Ernährung, die sehr abwechslungsreich und kalorienreich ist, reichlich hochwertiges Protein.

Gesamtempfehlung

Basierend auf der Gesamtheit der verfügbaren Forschungsergebnisse liegt ein sicherer und gesunder Proteinbereich bei etwa 15-25 Prozent der gesamten Nahrungskalorien – mit einigen Anpassungen für das Aktivitätsniveau und das Alter. Bei einer durchschnittlichen Aufnahme von 2.000 Kalorien würde dies einer Aufnahme von 75–125 Gramm Protein pro Tag entsprechen.

Nahrungsquellen – Auswahl des richtigen Proteins

Genau wie Fett und Kohlenhydrate ist Protein ein Makronährstoff. Das bedeutet, dass Ihr Körper relativ große Mengen benötigt. Aber im Gegensatz zu Fett und Kohlenhydraten wird verwertbares Protein nicht in nennenswerten Mengen gespeichert. Ihre Aminosäurespeicher werden ständig verbraucht und müssen oft aufgefüllt werden. Wenn du mit deiner Ernährung nicht genug Protein zu dir nimmst, nimmt dein Körper es aus deiner Muskelmasse auf.

Es gibt nicht die eine beste Proteinquelle. Während es sicherlich einige Lebensmittel gibt, die als bessere Proteinquellen angesehen werden, bietet eine abwechslungsreiche und gemischte Ernährung in der Regel eine ausreichende Proteinzufuhr. Und wenn Sie sich auf hochwertige Vollwertkost konzentrieren, können Sie auch eine angemessene Zufuhr wichtiger Nährstoffe und Proteine ​​erreichen.

Die besten Proteinquellen, basierend auf dem Proteingehalt und anderen Nährstoffen, sind: Meeresfrüchte, mageres Geflügel, Bohnen, Eier, Milchprodukte (Joghurt, Milch und Käse), Soja und andere Hülsenfrüchte, mageres Rindfleisch und Schweinefleisch. Quinoa, Kürbiskerne und Pistazien sind ebenfalls ausgezeichnete Proteinquellen.

Was ist, wenn Sie Schwierigkeiten haben, Ihren Proteinbedarf zu decken, oder keine Zeit für eine Mahlzeit im Sitzen haben? Ein hochwertiges Getränk oder ein Riegel als Mahlzeitenersatz kann eine nützliche Ergänzung zu Ihrer Proteinaufnahme für den Tag sein.

Mehr Proteinfakten

• Solange Sie gesund und gut hydriert sind, schädigt eine hohe Proteinaufnahme gesunde Nieren nicht.
• Die Begriffe „vollständig“ und „unvollständig“ sind in Bezug auf Pflanzenprotein irreführend. Die Gewinnung einer Vielzahl von Proteinen aus Pflanzen liefert genügend aller essentiellen Aminosäuren, wenn der Kalorienbedarf gedeckt ist.
• Protein liefert wie Kohlenhydrate ungefähr vier Kalorien Energie pro Gramm. Fett liefert neun Kalorien pro Gramm und Alkohol sieben Kalorien pro Gramm.
• Eiweiß wird zuerst für Wachstum und Reparatur verwendet. Überschuss kann für Energie verwendet werden. Für diese Funktionen nicht benötigtes Protein wird umgewandelt und als Fett gespeichert.
• Kohlenhydrate sind nicht der einzige Stimulus für die Insulinsekretion. Eiweiß kann auch die Insulinsekretion stimulieren, jedoch in geringerem Maße und ohne den Blutzuckerspiegel zu erhöhen.
• Eiweiß ist sättigender als Fett oder Kohlenhydrate. Einige Untersuchungen zeigen, dass eine geringfügige Erhöhung des Proteingehalts und eine geringfügige Verringerung des glykämischen Index zu einer Verbesserung der Einhaltung und Aufrechterhaltung eines gesunden Gewichts führen können.