Vorlesung 1-3

ohne Nahrung

• 40-60 Tage je nach Reserven

Ohne Wasser

• 2-5 Tage

Hydratisierung der Zellen

Lösungsmittel (Blut, Zelle)

Transportfunktion

Reaktionspartner (Hydrolasen)

Säure-Basen-Haushalt

Ausscheidung harnpflichtiger Substanzen (Niere)

Wärmehaushalt (Schweiß)

Enzyme, die unter Wasseranlagerung spalten

Alter

• Physiologische Austrocknung

Geschlecht

Körperzustand

• Muskelgewebe (75 % Wasser) - wird im Alter weniger

• Fettgewebe (35 % Wasser) - wird im Alter mehr

Pathologische Zustände

• Dehydrierung, Ödeme

Innerhalb der Körperzellen

• 60 %

• 35 % intrazelluläre Flüssigkeit

• 25 % extrazelluläre Flüssigkeit

transzelluläres H2O

• Liquorräume des Gehirns, Augenkammerwasser...

Plasma H2O

Interstitium H2O

Zellwasser

Zwischenzellgewebe

• Größter Anteil im Bindegewebe

Viele Hohlräume - Wasseransammlung; Wasser aber nicht flüssig, sondern an Kohlenhydrate gebunden

Bindungsenergie ist größer als Bewegungsenergie (kinetische Energie gering)

EFZ (Plasma / Interstitielle)

• Kationen: Natrium hoch

• Anionen: Chlorid

IFZ

• Kationen: Kalium

• Anionen: HPO4^2- und organische Säuren

Dünndarm

• Duodenum (hier nur wenig)

• Jejunum

• Ileum

8-10 Liter

• Davon nur circa 1,5 bis 3 Liter über Getränke aufgenommen; 0,6 bis 1 Liter über Nahrung

insensibler Schweiß

• Schweiß, der gebildet wird, auch wenn es gar nicht warm ist

Sensibler Schweiß

• Schweiß zur Wärmeregulation, kann sehr variieren

0,6 g H2O

1,0 g H2O

0,4 g H2O

im Dünndarm hauptsächlich

Im Dickdarm nur, um Stuhl einzudicken, sodass nicht so viel Wasser verloren geht

wenn Durstschwelle überschritten wird, dh der Wasserverlust ist größer als 0,5 % des Körpergewichtes

über die Niere (hormonell)

• Renin-Angiotensin-Aldosteron-System

• Adiuretin

• Atriale natriuretischer Faktor

Beides

über Dehnungsrezeptoren im rechten Vorhof und den Wänden der großen Venen

Über Barorezeptoren im Aortenbogen und im Sinus carotis

Indikator für die Anzahl an gelösten Teilchen

• Wenn Anzahl gelöster Teilchen ab nimmt, wird Blut verdünnt

Konzentration osmotisch wirksamer Teilchen (Salze, Zucker, Proteine) bezogen auf 1 kg Wasser

über Osmorezeptoren im Hypothalamus - Blutplasma 288 mosmol/kg Wasser

Zwischen 50 und 100 mosmol/kg Wasser (bei ausgedehntem Wassermangel bis zu 1400 mosmol/kg)

im juxtaglomerulären Apparat

bei Wassermangel

Kontaktstelle zwischen versorgendem Blutgefäß und dem distalen Nierentubulus

3 teilig

• Marcula densa

  • Chemosensitives Feld, dicht stehende Epithelzellen

• Polkissen

  • Epitheloide Zellen in der Wand des Vas afferens, enthalten Renin

• Extraglomeruläre Mesangiumzelle

  • Umschlossen von Vas afferens, Vas efferens und Marcula densa

Salzüberschuss

• Plasmavolumen nimmt zu

• Dadurch wird Reninausschüttung gehemmt

• Natriumresorption nimmt ab

• Erhöhte Salzausscheidung

Salzmangel

• Plasmavolumen nimmt ab, Blutdruck nimmt ab

• Dadurch wird Reninausschüttung aktiviert

• Renin aktiviert Angiotensin II

• Angiotensin II aktiviert Aldosteron in der Nebennierenrinde

• Natriumresorption nimmt zu

• Erniedrigte Salzausscheidung

Renin teilt noch nicht aktivierte Form in Leber: Angiotensinogen

Es entsteht noch nicht aktivierte Form Angiotensin I

Wird aktiviert durch Angiotensinconverting Enzym (Histin und Leucin werden abgetrennt)

Es entsteht Angiotensin II

Angiotensin II fördert Aldosteronausschüttung

In der Lunge

bei einer akuten Senkung von Plasmavolumen und Blutdruck

für Wasserausscheidung

Blutdruck sinkt

durch Aldosteronausschüttung

Steroidhormon

In Nebennierenrinde gebildet

Aktiviert Natrium-Kalium-ATPase

dass vermehrt Natrium aus den Tubuluszellen ins Blut gelangen, osmotischer Druck fällt, Wasser folgt dem Natrium ins Blut

• Rückresorption von Wasser

• Harnvolumen nimmt ab

an nukleäre Hormonrezeptoren

Stimulierung der Transkription von Natriumkanalproteinen und Kaliumkanalproteinen in der Spiralen Membran der Tubuluszellen

Dadurch: starke Rückresorption (98-99%) von Natrium aus dem Sammelrohr und osmotisch bedingter Wassereinstrom

Ausschüttung Antidiuretisches Hormon, wenn Plasmaosmolalität erhöht ist / Stimulation durch Angiotensin II

Dadurch Hemmung der Diurese

Dadurch Wasserausscheidung über die Niere

ADH

• Dadurch Wasserverlust und Dehydration

• Wasserresorption verringert sich, erhöhte Wasserausscheidung

Wassermangel

• Plasmaosmolalität steigt, Druck im Vorhof vermindert

• Durstgefühl; ADH wird ausgeschüttet

• Wasserresorption gesteigert

• Erniedrigte Wasserausscheidung

Wasserüberschuss

• Druck im Vorhof steigt, Plasmaosmolalität verringert - Blut verdünnt

• Hemmung ADH

• Dadurch erniedrigte Wasserresorption

• Erhöhte Wasserausscheidung

macht aus ATP cAMP

• Intrazelluläre Calziumkonzentration steigt

• Vesikel verschmelzen mit der Zellmembran

• Wassermangel werden gebildet, sodass Wasser aus Tubuluslumen in Tubuluszellen ins Blut kann (Aquaporine)

Atrialer natriuretischer Faktor

im rechten Vorhof des Herzens

Bei erhöhtem Druck und Überdehnung der Herzvorhofwand vermehrt ausgeschüttet (bei zu viel Wasser)

Relaxation der glatten Gefäßmuskulatur

Hemmung der Renin-Sekretion in der Niere

Hemmung der Aldosteronwirkung

Blockierung der durch Angiotensin II induzierten Stimulation der Aldosteronsekretion

Natrium- und Wasserrückresorption im Tubulus werden vermindert - dadurch Ausscheidung erhöht

erhöhtes Risiko für Hypokaliämie

Hemmung Natrium/Cl- Kotransports

• Werden nicht zurückabsorbiert

• Harn bleibt konzentriert

• Osmotisch vermehrte Wasserausscheidung

Hemmung Protonenexkretion durch Carboanhydratase

• Geringere Wiederaufnahme von HCO3- und Natrium-Ionen

• Verminderte Wiederaufnahme von Wasser

blocken den intrazellulären Aldosteronrezeptor

• Zahl der Natrium und Kalium-Kanäle sinkt

• Natrium und Wasser bleiben im Urin

• Kalium wird vermehrt rückresorbiert - Risiko einer Hyperkaliämie

blockt den epithelialen Natrium Kanal

• Natrium Aufnahme in die Tubuluszelle kommt zum Erliegen

• Urin bleibt konzentriert

• Osmotisch vermehrte Wasserauscheidung

Arteriole - durch Blutdruck wird Wasser in Gewebe gedrückt

• Filtration

Venule - durch koloidosmotischer Druck wird Wasser rückresorbiert (gelöste Teilchen in Venule sind höher als im Interstitium)

• Resorption

Venendruck erhöht

• Wasser reichert sich im Bindegewebe an

• Mehr filtriert als resorbiert

Plasmaproteine sind vermindert

• Wenn Leber nicht genug Algomin bildet, kann onkotischer Druck nicht aufrechterhalten werden

Dadurch Bildung von Ödemen

• Filtration > Resorbtion + Lymphabfluss

Lunge muss mehr Wasser ausgeben, damit Luft gesättigt ist

in der Niere

Wenn Blutzucker zu hoch (160-180 überschritten), dann Rückresorbtion unvollständig und Glucose über Harn ausgeschieden

Leberglykogen bindet das dreifache an Wasser - Abbau von Glykogen (um Körper mit Glucose zu versorgen) führt auch zu Abbau von sehr viel Wasser

Luftfeuchte ist höher

1%

• Durst

2%

• Verminderte Durchblutung Gewebe und trockener Mund

3%

• Verminderung der Speichel- und Harnproduktion

5%

• Erhöhte Herzfrequenz, Apathie, Erbrechen, Muskelkrämpfe

10%

• Neuromuskuläre und vegetative Störungen

15%

• Tod durch Hirnversagen, da das Hirn nicht mehr versorgt wird

nur mit L-Aminosäuren

• Aminogruppe ist links

nicht essentielle

• Körper kann selbst produzieren

Semi essentielle

• Körper braucht in bestimmten Situationen mehr von bestimmten (nicht-essentiellen) Aminosäuren und kann den Bedarf alleine nicht decken

Essentielle

• Körper kann nicht selbst produzieren

Asparaginsäure

Glutaminsäure

Beide haben in der Seitenkette Carboxylgruppe (COO-)

Arginin

Lysin

Histidin

Haben NH+ in der Seitenkette

Tryptophan

Cystein

• Schwefelatom in der Seitenkette

Tyrosin

Serin

Theronin

Asparagin

Glutamin

Fast alle haben Kohlenstoff / Sauerstoff in der Seitenkette

Alanin

Valin

Leucin

Isoleucin

Prolin

Phenylalanin

Methionin

Haben alle CH3 in der Seitenkette

Valin

Leucin

Isoleucin

Phenylalanin

Methionin

Tryptophan

Threonin

Lysin

Alanin

Prolin

Asparagin

Glycin

Asparaginsäure

Glutaminsäure

Peptidbindung

• Nicht mit Hitze lösbar, Enzym wird benötigt

Reihenfolge der Aminosäuren

Alpha Heilx

Beta Faltblatt

räumliche Anordnung der Sekundärstrukturen

Zusammenlagerung mehrerer Polypeptidketten

entscheidet, ob Protein seine Funktion erfüllen kann oder nicht

Faltung sorgt für Stabilität durch Wasserstoffbrücken, Ionenbindungen etc

Erkennung und Wechselwirkung mit anderen Molekülen

Strukturproteine (Zytoskelett, Kollagen, Keratin)

• Zellstruktur, intrazellulärer Transport

• Bindegewebsbestandteil; Sehnen-, Knorpelfestigkeit

• Haare, Federn

Speicherproteine (Ferritin, Casein)

• Eisenspeicher

• Eiweißspeicher

Motorproteine (Aktin, Myosin)

• Bewegung, Muskelkontraktion

Enzyme (Oxidoreduktasen, Ligasen)

• Katalyse chemischer Reaktionen

Transportproteine (Hämoglobin, Transferrin)

• Transport von Sauerstoff und Eisen im Blut, Nährstoff- und Hormontransport und Fetten im Blut

Signalproteine (Proteohormon, Wachstumsfaktoren)

• Stoffwechselregulation

• Zellwachstumsregulation

Abwehrproteine (Immungobuline)

• Immunabwehr

Rezeptorproteine (Insulinrezeptor)

• Vermittlung von exogenen Signalen in das Zellinnere

Ionenkanäle (Calcium-, Natrium-, Kaliumkanäle)

• Regulation des Ionengleichgewichts in der Zelle

• Erregbarkeit von Nerven- und Muskelzellen

Proteine mit Sonderaufgaben (Gerinnungsfaktoren, Histone, Anti-freeze Proteine)

• Blutgerinnung

• DNA-Verpackung, Genregulation

• Frostschutz arktischer Tiere

• Haftung von Muscheln an Felsen

• Leuchtsignale von Tiefseefischen

Pepsin (Magen) 1,3-2,0

Trypsin (Pankreas) 7-8

Chymotrypsin A, B, C (Pankreas) 7,5-8,5

Elastasen (Pankreas) 7,5-8,5

Kollagenase (Pankreas) 7,5-8,5

Enteropeptidase (Darmmukosa) 7,5-8,5

Carboxypeptidase A, B (Pankreas) 7,5-8,5

Aminopeptidasen

Dipeptidasen

Machen den Feinschnitt

in Form von Di- und Tripeptiden

Tripeptide

2-3 gleichzeitig

NHE3

• Natrium in die Epithelzelle

• H+ aus der Epithelzelle raus

Na+/K+ ATPase

• 3 Na+ über ATP Spaltung aus Epithelzelle raus

• 2 K+ rein

H+

2-3 Aminosäuren

Zwei entgegen gesetzt geladene Gruppen mit einem Abstand von 5,5 bis 6,3 A

6,0 bis 6,5

Zugänglichkeit der Proteasen zu den Proteinen

freie Aminosäuren / Hydrolysate

• Sehr schneller Anstieg des Plasma-AS-Spiegel, aber auch wieder sehr schneller Abfall

• Gut während Training oder nach OP oder bei Malabsorption

Molkenprotein

• Anstieg langsamer als freie Aminosäuren, Peak nicht so hoch

• Rund ums Training oder gegen Sarkopenie

• Gute Löslichkeit im Magen

Sojaprotein

• Moderater Peak, ähnlich Molkenprotein

Tierische, pflanzliche Proteine

• Relativ breiter Hügel, bessere Sättigung

Casein

• Slow Release Protein

• Verzögert Magenentleerung

• Overnight Protein, bessere Sättigung

Differenz zwischen Proteinsynthese und Proteinabbau

10 kg

Aminosäure Pool

• Synthese

  • Translation

  • Faltung

  • Reifung

  • Funktionelle Proteine

• Abbau

  • Markierung

  • Abbau Durch Proteasom und Lysosom

Abbau

• Zu Amoniak und über den Harnstoff ausgeschieden

• Zu 2-Oxosäuren

  • Glucose - Energiegewinnung

  • Lipide - Fettaufbau

  • ATP

  • Kohlenstoffdioxid, Wasser

Aufbau

• Nach Nahrungsaufnahme

• Durch Insulin (anabole Hormon - bewirkt Bildung von Glykogen und Start der Proteinsynthese)

Abbau

• Wenn wir nüchtern sind

• Glukagon

300-400g Protein werden bei Mensch mit 70kg umgesetzt

10-20 % der Proteine, die beim Turnover frei werden, werden mit Stickstoff ausgeschieden

Di- und Tripeptide

Freie Aminosäuren

• Zweiter Weg der Absorption

wie lange, bis Hälfte eines Proteins in unserem Körper abgebaut ist

Kollagen

• Mehrere Jahre

Myosin

• 50-60 Tage

Herzmuskelprotein

• 11 Tage

Glucokinase

• 12 Stunden

Phosphoenolpyruvat-Kinase

• 5 Stunden

Ornithin-Decarboxylase

• 12 Minuten

Ornithin-Decarboxylase in der Leber ist verantwortlich für die Bildung von Harnstoff

Halbwertszeit von 12 Minuten

• Protein wird also ständig umgebaut

16 fach

ca 320 mg Protein pro kg Körpergewicht

Harn

Stuhl

von der Zufuhr an Energie und Kohlenhydraten

• Minimale N-Ausscheidung

• Hungerminimum

• Bilanzminimium

Bei fehlender Nahrungszufuhr über mindestens einen kompletten Tag

Körper selbst muss Glucose herstellen - Gluconeogenese aus Aminosäuren

• Protein wird im Muskel abgebaut, dabei wird Stickstoff freigesetzt

Zufuhr Stickstoff genauso groß, wie Verluste

0,3 g Protein pro kg Körpergewicht wird benötigt

wenn wir Nahrung aufnehmen, die kein Protein enthält, aber ausreichend Kohlenhydrate und Fette, wird hieraus Aminosäuren gebildet

Eingeweide, Gehirn, Lunge (127)

• Weil Protein deutlich kürzere Halbwertszeit hat

Muskulatur (75)

Albumine

Neugeborenes Proteinsynthesegeschwindigkeit am höchsten

Mit zunehmendem Alter abnehmend

• Daher auch Wundheilung und Erholung nach OP langwieriger bei älteren Menschen

im wachsenden Organismus

In der Schwangerschaft (erhöhter Insulinspiegel, daher vermehrt Speicherung von Fett und Kohlenhydraten) und Stillzeit

In der Rekonvalszenz (Genesung nach Krankheit, OP)

Bei Muskelaufbau - Sport

Muttermilch hat nur 0,8 - 1% Protein

Zu einer gesteigerten Stickstoffausscheidung über den Harn

Bei verminderter Syntheserate

• Aminosäuredefizit, Hormonelles Defizit

Bei gesteigertem Katabolismus

• Energiemangel, Cortison, Immobilisierung, Erkankungen, Erhöhter Stoffumsatz zB Schilddrüsenüberfunktion

Bei gesteigerten Stickstoffverlusten

• Nierenerkrankungen (zB Albumin im Harn), Dialyse, Durchfälle

abhängig von Proteinen, die wir aufnehmen

Nahrungsproteinaufnahme 100g

Hinzu kommen 70 g endogenes Protein durch Verdauungsenzyme, Magen- und Darmsekrete

160g werden verdaut und absorbiert

• 10g bleiben in Mukosa (Darmzellen) - wird benötigt für die Proteinsynthese

• 150g freie Aminosäuren über die Pfortader zur Leber

  • Leucin, Isoleucin und Valin werden in der Leber nicht verarbeitet, gehen durch die Leber direkt in die Blutbahn

• In Leber

  • Proteinsynthese

  • Überschuss Aminosäuren umgewandelt in C-Skelett

    • Fettsäuren und Glucose

    • Stickstoff - Harnstoff über Niere ausgeschieden

      • 88g Ausscheidung Stickstoff

• Weiter ins Blut und Aufnahme in andere Gewebe wie zB Muskel

10g werden als unverdautes Protein über den Stuhl ausgeschieden

durch die Aminosäure, die im Verhältnis zu ihrem Bedarf in der geringsten Menge vorkommt

• Limitierende Aminosäure

dasjenige, bei dem das Verhältnis der einzelnen essentiellen Aminosäuren exakt dem des Bedarfes entspricht

• Idealprotein

Analyse Aminosäuregehalte und Gegenüberstellung des Bedarfs

Chemisches Verfahren

Protein digestibility corrected amino acid score

Lysin

• Andere Proteine können dadurch nur zu 50% genutzt werden

gibt an, welcher Anteil des absorbierten Proteins aus einem Nahrungsmittel in körpereigenes Protein überführt werden kann

enthält kein Trytophan

Lactalbumin (104)

Vollei (100)

Kartoffeln (100;98)

Fleisch und andere Tierische Produkte (92-83)

Soja (84;86)

Biologische Wertigkeit in Verbindung mit Verdaulichkeit

Meist etwas geringer als Biologische Wertigkeit an sich

Lysin

Methionin

Tryptophan

Methionin

bewertet, wie gut ein Protein die essenziellen Aminosäuren liefert, die der menschliche Körper benötigt - und zwar unter Berücksichtigung der tatsächlichen Verdaulichkeit der einzelnen Aminosäuren im unteren Dünndarm (Ileum)

Das macht ihn deutlich präziser als ältere Methoden

Verdauung Dünndarm: Eingang Dünndarm und Ausgabe Dünndarm

• An Schweinen getestet

geringe Mengen von Aminosäuren eines Proteins können ausgeglichen werden durch größere Mengen der gleichen Aminosäuren eines anderen Proteins

1 Vollei + 700g Kartoffel (36%, 64%)

• Proteinbedarf für den gesamten Tag gedeckt

• BW = 136

• Schweden Diät

Gemäßigtes Klima

• Bedarf geringer als bei tropischem Klima

Alte Leute Bedarf höher als junge Leute

Männer mehr als Frauen

Vegetarisch geringfügig höher als tierisch

zur Energieherstellung

im Ribosom auf rauem Endoplasmatischen Retikulum

Initiation, Elongation, Termination

Essentielle Aminosäure

Kein First pass Effekt in der Leber

Schneller Anstieg im Plasma und Muskel nach oraler Zufuhr

• Körper weiß “es wurde gerade Protein verzehrt”

Oxidation im Muskel

• Leucin kann auch oxidiert werden, wenn es zur Energieerstellung gebraucht wird

Albumin

Globulin

bei jungen Menschen 2g pro Mahlzeit

Bei älteren Menschen 4g pro Mahlzeit

Muskel kann nicht weiter Protein aufnehmen; hält bis zu 4 Stunden, daher unsinnig mehr Protein mit einer Mahlzeit aufzunehmen, kann Muskel nicht aufnehmen

gewährleistet den Abbau von Proteinen

Erkennung und Anheftung von Ubiquitin an geschädigte Proteine

• “Kiss of death”

Ubiquitiniertes Protein wird in Fass eingeführt

• im Inneren des Fasses sitzen Verdauungsenzyme

Heraus kommen einzelne Aminosäuren

E3

• Transfer des Ubiquitins an das Protein

Muscle atrophy F-box (atrogin)

Muscle RING Finger-1 (MuRF1)

Insulin

Androgene

IGF-1

• Gebildet in Leber aus Wachstumsfaktoren

• Förderung einer positiven Stickstoffbilanz

Erholung

Cortisol

• Freigesetzt bei Mangel an Glukose

Immobilisierung

Denervierung

• Muskelabbau wenn Nerv beschädigt

Cytokine

• Entzündung

  • Leukozyten aktiviert - brauchen Glucose (aus Muskelprotein generiert)