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Eiweiß

Eiweiß – Baustein des Lebens

Die nachfolgende Abhandlung gibt einen Überblick über den Aufbau von Eiweiss, erläutert relevante Stoffwechselvorgänge im menschlichen Organismus und stellt die biologische Wertigkeit als Beurteilungskriterium von Nahrungsprotein vor. Außerdem wird die Differenzierung zwischen schnellen und langsamen Proteinen erläutert, der Eiweißbedarf von Sportlern thematisiert und es wird eine Auflistung der für Sportler geeigneten Eiweißquellen bereitgestellt. Abschließend behandelt der Artikel die möglichen gesundheitlichen Folgen einer Über- und Unterversorgung mit Eiweiß.

1. Allgemeines über Eiweiß

Eiweiß gilt zu Recht als elementarer Baustein des Lebens, denn ohne Protein wäre kein Leben möglich. Nach Wasser handelt es sich um die Substanz, die am meisten in unserem Körper vorkommt, nämlich rund die Hälfte unserer Körpertrockenmasse besteht aus Eiweiß.

In der Sporternährung spielt Eiweiß als Hauptbestandteil der Muskulatur  eine übergeordnete Rolle und ist zudem wichtigster Bestandteil von Blut, Haut, Haaren, Nägeln und inneren Organen. Außerdem ist Eiweiß der überwiegende Bestandteil von Gewebe, Knochen und Nerven. Auch an der Bildung von Enzymen, Antikörpern und bestimmten Hormonen, unter anderem dem für Sportler wichtigen Insulin, sind Proteine maßgeblich beteiligt.

Ferner kann Eiweiß von dem menschlichen Körper auch als Energie genutzt werden, insofern keine ausreichende Versorgung mit Kohlenhydraten und Fetten stattfindet. Somit ist die in der Ernährungslehre als Makronährstoff eingeordnete Substanz Energiequelle und Zellbaustein zugleich und dadurch ein unverzichtbarer Teil unserer Ernährung.

2. Die Eiweißbausteine – Aminosäuren

2.1 Grundlegendes

Eiweiße bestehen aus einer individuellen Konstellation der 21 bekannten Aminosäuren und bilden so biologische Makromoleküle. Als Proteinbausteine sind Aminosäuren für den menschlichen Organismus von großer Bedeutung. Neben dem Fakt, dass sie als Proteinbaustein dienen, sind sie außerdem Lieferant biologisch aktiver Verbindungen und kommen zudem als Stoffwechselzwischenprodukte vor.

2.2 Aufbau und Klassifizierung von Aminosäuren

Sogenannte Seitenketten bestimmen die chemischen Eigenschaften der Aminosäuren, deren unterschiedliche Ladung  in einem Eiweiß ausschlaggebend für die Struktur des Proteins ist. In der Summe enthalten Eiweiße 21 unterschiedliche Aminosäuren, die, bedingt durch die Seitenketten, verschiedene Eigenschaften aufweisen. Durch eine chemische Reaktion, konkret die Decarboxylierung, entstehen aus Aminosäuren biogene Amine, welche bedeutende Funktionen als Mediatorstoffe und Neurotransmitter haben. Alle Aminosäuren besitzen ein a-C-Atom, an diesem tragen sie eine Aminogruppe, eine Carboxylgruppe und die bereits oben erwähnte variable Seitenkette.

Die Einteilung von Aminosäuren erfolgt nach den folgenden vier Kriterien:

  • chemische Eigenschaften
  • proteinogen bzw. nichtproteinogen
  • essentiell bzw. nichtessentiell
  • glucogen bzw. ketogen

3. Stoffwechselvorgänge

3.1 Grundlegendes

Im menschlichen Körper findet ein ständiger Auf- und Abbau von Eiweiß statt. Die betreffenden Vorgänge werden als Anabolismus (Aufbau) und Katabolismus (Abbau) bezeichnet.  Für den Sportler ist der Anabolismus der angestrebte Stoffwechselvorgang, denn dieser ermöglicht demzufolge den Muskelaufbau. Eine katabole Stoffwechsellage hingegen verarbeitet körpereigenes Eiweiß, also bspw. Muskulatur, zu Energie. Für den Sportler gilt es daher, dass er diesem Abbauvorgang mit u.a. einer ausreichenden Proteinversorgung Einhalt gebietet.

3.2 Der Aminosäurepool

Als Aminosäurepool wird eine Aminosäurereserve im Zwischenstoffwechsel bezeichnet, die die einzige Proteinreserve des Körpers darstellt. Wird über die Nahrung Eiweiß aufgenommen, dann wird dieses zunächst im Rahmen der Proteinbiosynthese in einzelne Eiweißbausteine zerlegt, bevor es dann erneut zu Eiweiß zusammengesetzt wird. Dieser biochemische Vorgang findet im Magen-Darm-Trakt statt. Der gesamte Aminosäurepool wird drei bis vier Mal am Tag umgesetzt, demzufolge müssen dem Organismus mittels Nahrung oder Proteinsynthese stetig neue Aminosäuren zugeführt werden.

4. Die biologische Wertigkeit

Biologische Wertigkeit Eiweiß
Abbildung 1 - Dem Vollei wurde willkürlich eine biologische Wertigkeit von 100 zugeordnet, welche als Referenz für die Beurteilung der Eiweissqualität von Nahrungsprotein dient.

4.1 Begriffsdefinition

Der Begriff der „biologischen Wertigkeit (BV=Biological value)“ bezeichnet ein wichtiges Maß zur Beurteilung der Eiweißqualität von Nahrungsprotein. Konkret gibt die biologische Wertigkeit an, wie effizient ein Nahrungsprotein theoretisch in Körperprotein (z.B. Muskelprotein) umgewandelt werden kann. Als Bezugsgröße gilt das Vollei, welchem eine biologische Wertigkeit von 100 zugesprochen wird.

4.2 BV tierische Eiweiße

Tierische Eiweiße sind den pflanzlichen in aller Regel in Sachen biologischer Wertigkeit überlegen. Nachfolgend einige Beispiele für tierische Lebensmittel, die mit einer hohen BV aufwarten:

  • Vollei  (BV 100)
  • Rindfleisch (BV 92-96)
  • Thunfisch (BV 92)
  • Kuhmilch (BV 88)
  • Schweinefleisch (BV 85)

4.3  BV pflanzliche Eiweiße

Auch wenn pflanzliche Eiweiße den tierischen meistens unterlegen sind, so gibt es durchaus einige Quellen pflanzlichen Ursprungs, die eine recht hohe biologische Wertigkeit erzielen:

  • Kartoffel (BV 98)
  • Soja (BV 86-88)
  • Reis (BV 81)
  • Bohnen (BV 72)
  • Mais (BV 72)
  • Weizen (BV 59)

4.4 Eiweißkombinationen zur Erhöhung der BV

Die biologische Wertigkeit von 100 stellt keinesfalls die höchste BV überhaupt dar. Whey Protein (Molkenprotein) liefert bspw. eine biologische Wertigkeit von 104-110. Außerdem ist es durch die Kombination mehrerer proteinhaltiger Quellen möglich, eine noch höhere biologische Wertigkeit zu erzielen. Als Beispiel kann eine Kombination aus 36% Vollei und 64% Kartoffel angeführt werden, welche zusammen eine BV von 136 ergibt. Auch durch andere Mischungen ist es möglich, eine hohe biologische Wertigkeit zu erzielen:

Lebensmittelkombination Biologische Wertigkeit (BW)
Vollei (36%) + Kartoffeln (64%) 136
Milch (75%) + Weizenmehl (25%) 125
Hühnerei (60%) + Soja (40%) 122
Vollei (68%) + Weizenmehl (32%) 122
Rindfleisch (77%) + Kartoffeln (23%) 114
Bohnen (52%) + Mais (48%) 101

 

5. Differenzierung – Schnelles Eiweiß und langsames Eiweiß

5.1 Grundlegendes

Eiweiße werden auf verschiedenste Art und Weise unterschieden. Neben der Unterscheidung zwischen pflanzlichem und tierischem Eiweiß sowie zwischen Eiweiß mit unterschiedlicher biologischer Wertigkeit, können Eiweiße auch in schnelle und langsame Vertreter eingeteilt werden. Mittels schnell und langsam wird in diesem Fall bezeichnet, wie lange ein Eiweiß benötigt, bis die aufgespaltenen Aminosäuren in den Blutkreislauf eintreten.

5.2 Magenverweildauer

Im Magen findet bereits ein erwähnenswerter Teil der Proteinverdauung statt. Der sogenannte Magenpförtner ist in seiner Funktion als Regulator dafür verantwortlich, wie schnell der Nahrungsbrei aus dem Magen in Darm weitertransportiert wird. Dieser Aufenthalt der Nahrung wird als Magenverweildauer bezeichnet und fällt von Nahrungsmittel zu Nahrungsmittel unterschiedlich lang aus.

Proteinverdauung Magen
Abbildung 2 - Ein nicht unerheblicher Teil der Proteinverdauung findet im Magen statt.

Die nachfolgende Tabelle gibt eine Übersicht, welche Magenverweildauer bestimmte Lebensmittel aufweisen:

Magenverweildauer Lebensmittel
Bis zu 1 Std. Getränke
Bis zu 2 Std. Milch, Reis, Weißbrot, Kartoffeln (gekocht)
Bis zu 3 Std. Rührei, Sahne, Mischbrot, div. Gemüse, Fisch (gekocht)
Bis zu 4 Std. Geflügel (gekocht), Vollkornbrot, viele Gemüsesorten,  Bratkartoffeln
Bis zu 5 Std. Fleischgerichte, Hülsenfrüchte, Fettfisch
Bis zu 7 Std. Sehr fette Speisen wie Gans, fetter Schweinebraten, Ölsardinen, Aal


Angemerkt sei, dass die Magenverweildauer maßgeblich durch die Konsistenz, die Osmolarität (Teilchenkonzentration) und die Nährstoffzusammensetzung beeinflusst wird.

5.3 Resorptionsgeschwindigkeit

Da vom Magen bereits fertig verarbeitete Nährstoffe wohldosiert an den Dünndarm abgegeben werden, verlassen die ersten Nährstoffe den Magen bereits wesentlich schneller, als es die Magenverweildauer vermuten lässt. Diese Zeit wird als Resorptionsgeschwindigkeit bezeichnet.

Einer der Spitzenreiter in Sachen Resorptionsgeschwindigkeit ist Whey-Protein (Molkenprotein), da die ersten Aminosäuren bereits 30 Minuten nach dem Verzehr den Aminosäurepool erreichen. Nach rund 45-120 Minuten erreicht die Konzentration ihren Höchststand und flacht danach wieder ab, bevor sich das Vorkommen nach etwa drei Stunden wieder auf einem Normalmaß einpendelt. In diesem Zusammenhang sei erwähnt, dass sich die Resorptionseigenschaften je nach Darreichungsform unterscheiden. Demnach zeichnet sich ein hochwertiges Whey-Protein Isolat durch eine sehr schnelle Resorptionsgeschwindigkeit aus, die nahezu  mit der von freien Aminosäuren vergleichbar ist. Hochwertiges Whey-Protein Isolat (94% Protein) enthält bedingt durch den Herstellungsprozess im Gegensatz zu Whey-Konzentraten kurzkettige bioaktive Peptide, die äußerst schnell resorbiert werden können.

Im Gegensatz zu Whey-Protein handelt es bei Casein um den langsamen Teil vom Milcheiweiß. Rund eine Stunde nach der Aufnahme sind die ersten moderaten Mengen an Aminosäuren im Blut nachweisbar. Die Magenverweildauer von Casein wird auf etwa 7 Stunden beziffert.

Zwischen Whey- und Casein-Protein gesellt sich das Soja- und Ei-Protein, welche als mittel bis schnell resorbierende Eiweißquelle angesehen werden. Bedingt durch eine Magenverweildauer von rund 2-3 Stunden dauert es auch entsprechend länger, bis nennenswerte Mengen von Aminosäuren im Blut nachweisbar sind.

Weitere Informationen zu dieser Thematik können Sie dem folgenden Videoclip entnehmen:

Nach Betrachtung der Kapitel 4.1 und 4.2 lässt sich konstatieren, dass eine Unterteilung in schnelles oder langsames Eiweiß aufgrund der Resorptionsgeschwindigkeit erfolgt. Die Magenverweildauer allein ist demnach nicht entscheidend, da die ersten Aminosäuren bereits wesentlich früher im Blut vorzufinden sind.

6. Der Eiweißbedarf von Sportlern

6.1 Verzehrempfehlungen für Sportler

Eiweißbedarf von Sportlern
Abbildung 3 - Bodybuilder benötigen mehr Protein als der Durchschnittsmensch.

Sportlern, insbesondere Bodybuilding- und Kraftsportlern, wird ein erhöhter Eiweißbedarf attestiert. Auch wenn sich diesbezüglich die Meinungen spalten, so hat sich eine Aufnahmemenge von täglich 2,0g pro kg Körpergewicht als praxisnahe Empfehlung für den Muskelaufbau durchgesetzt.  In hypokalorischen Diätphasen, sprich einer Ernährung unter Bedarf, gehen die Empfehlungen der täglichen Verzehrsmenge auf bis zu 2,5g Eiweiß/Eiweiß pro kg/Körpergewicht hoch. Diese Mengen orientieren sich stets an dem angestrebten Zielgewicht und nicht an dem aktuellen Körpergewicht. Derartige Empfehlungen werden für nierengesunde Sportler ausgesprochen, die täglich eine ausreichende Menge Flüssigkeit zu sich nehmen.

Ein normaler Erwachsener hat einen täglichen Eiweißbedarf von rund 0,75g – 1,0g pro kg/Körpergewicht, insofern er über ein Normal- bzw. Idealgewicht verfügt (gemessen am BMI).

Weitere Informationen zum Proteinbedarf erhalten Sie in dem nachfolgenden Video:

6.2 Geeignete Eiweißquellen für Sportler

Die Palette der eiweißhaltigen und für Sportler geeigneten Lebensmittel ist lang. Neben den im Kapitel der biologischen Wertigkeit bereits aufgeführten Proteinquellen, spielen nachfolgende Lebensmittel als Proteinquelle eine wichtige Rolle in der Sporternährung:

  • Hühnchenbrust
  • Putenbrust
  • Magerquark
  • Hüttenkäse
  • Harzer Käse
  • Lachs
  • weißer Fisch, wie bspw. Seelachs, Kabeljau oder Tilapia

 

Proteinquellen Muskelaufbau
Abbildung 4 - Dem Sportler stehen zahlreiche Proteinquellen zur Verfügung, mit denen er seinen Bedarf für den Muskelaufbau decken kann.

Neben diesen Lebensmitteln ergänzen Supplements (Nahrungsergänzungen) die Liste der Eiweißquellen. Proteinhaltige Supplements, wie bspw. Eiweißpulver, tragen zum Muskelaufbau und Muskelerhalt bei und dienen der Versorgung des Sportlers.  Neben der reinen Versorgung mit Eiweiß haben diese Supplements weitere Vorteile, weshalb sie im Rahmen der Sporternährung sinnvoll verwendet werden können. Dies gilt insbesondere für folgende Zeitpunkte:

  • Eiweiß vor und nach dem Training: Aufgrund seiner schnellen Resorptionseigenschaft ist Whey-Protein nach dem Training die erste Wahl, um den Muskelaufbau und Muskelerhalt zu unterstützen. Bei Wheyprotein handelt es sich um Molkenprotein, welches zusammen mit dem Casein das Milchprotein bildet.
  • Eiweiß als Zwischenmahlzeit: In diesem Fall sind Mehrkomponentenproteine zur Proteinversorgung geeignet. Diese Proteine bestehen aus verschiedenen Eiweißarten (bspw. Wheyprotein, Casein, Eiprotein, Sojaprotein). Besonders geeignet für die Verwendung als Zwischenmahlzeit sind Mehrkomponentenproteine, die einen niedrigen Insulinindex aufweisen. Dies ist z.B. durch die Kombination von Ei-Albumin und Milchprotein gewährleistet.
  • Eiweiß vor dem Schlafengehen: Aufgrund seiner langsamen Resorptionseigenschaften ist Casein vor dem zu Bett gehen eine gute Wahl, um eine lange und stetige Versorgung mit Aminosäuren zu gewährleisten. Alternativ eignet sich auch hier ein Mehrkomponentenprotein, das einen hohen Anteil langsamer Proteine beinhaltet.

 

7. Nebenwirkungen einer Überversorgung mit Eiweiß

7.1 Grundlegendes

Proteinzufuhr Nierengesundheit
Abbildung 5 - Dass sich eine übermäßige Proteinzufuhr negativ auf die Nierengesundheit auswirkt, ist ein Mythos, der sich hartnäckig hält. Die Wissenschaft kann dies nicht bestätigen.

Immer wieder wird berichtet, dass eine Überversorgung mit Eiweiß die Nieren belastet und die Gefahr einer Nierenerkrankung steigt. Für nierengesunde Menschen kann man diesbezüglich jedoch Entwarnung geben. Insofern ein Überaufgebot entsteht und der Körper diese nicht mehr benötigt, werden die Aminosäuren zu Harnstoff verarbeitet und über die Nieren ausgeschieden. Für gesunde Nieren stellt dies jedoch kein Problem dar. Beispielhaft sei eine Studie angeführt, die die Unschädlichkeit einer Aufnahme von 2,8g Eiweiß pro Kg/Körpergewicht täglich unterstreicht:

Poortmanns und Dellalieux, 20001 untersuchten an Athleten mit langjähriger Kraftsporterfahrung die Auswirkungen einer täglichen Proteinzufuhr in Höhe von 2,8g pro kg/Körpergewicht und konnten im Rahmen dieser Untersuchung keine Verschlechterung der Nierenfunktion feststellen.

Dennoch sollte dies kein Freibrief für eine exzessive Proteinmast darstellen, da es bei einer langfristig sehr hohen Zufuhr zu einer Übersäuerung des Organismus kommen kann und eine Notwendigkeit nicht gegeben ist.

8. Die Folgen von Eiweißmangel

8.1 Grundlegendes

Da Eiweiß im menschlichen Organismus an einer Reihe von Aufgaben maßgeblich beteiligt ist, sollte ein Mangelzustand vermieden werden. Wird über längere Zeit zu wenig Eiweiß zugeführt oder besteht ein relativer Mangel einer oder gar mehrerer essentieller Aminosäuren, dann können sich u.a. nachfolgende Symptome entwickeln, die auf einen Eiweißmangel schließen lassen:

  • Haarausfall
  • Muskelschwäche
  • Muskelabbau
  • Ungewollter Gewichtsverlust
  • Wachstumsstörungen
  • Konzentrations- und Gedächtnisstörungen
  • Fettleber
  • Zahnfleischschwund, Parodontose
  • Verringerung der Libido
  • Rückgang der Samenbildung

8.2 Tödliche Krankheiten

In besonders schlimmen Fällen kommt es sogar zu Erkrankungen, die tödlich enden können. Als Beispiele sind hier die Krankheitsbilder von Marasmus oder Kwashiorkor anzuführen. In beiden Fällen handelt es sich um eine Krankheit, welche vornehmlich in nicht-industrialisierten Ländern auftritt und in erster Linie Kinder betrifft. Aufgrund der engen Verwandtschaft dieser beiden Erkrankungen, ist es möglich, dass Mischformen auftreten.

Während Marasmus eine Erkrankung ist, die aufgrund einer generellen Mangelernährung, u.a. ein Mangel an Eiweiß, auftreten kann, handelt es sich bei Kwashiorkor um ein Krankheitsbild, welches vornehmlich aufgrund von Eiweißmangel auftritt.

Da beide Krankheiten sehr ähnlich sind, können in beiden Fällen u.a. folgende Symptome auftreten:

  • Gewichtsverlust
  • Wachstumsstörungen
  • Hungerbauch (aufgeblähter Bauch)
  • Durchfall
  • Niedriger Blutdruck
  • Niedrige Herzfrequenz
  • Geschwächtes Immunsystem
  • Unterkühlung

Besonders durch das geschwächte Immunsystem läuft der Patient Gefahr, dass er an zahlreichen Infektionen erkrankt, die schlussendlich zum Tode führen.

Das Hauptkennzeichen des Kwashiorkors sind Wassereinlagerungen am ganzen Körper (Ödeme), welche als wichtiges Unterscheidungsmerkmal zum Marasmus dienen.

9. Zusammenfassung

Zusammenfassend sei gesagt, dass Eiweiß als unverzichtbarer Teil unserer  Ernährung an zahlreichen Prozessen im menschlichen Körper beteiligt ist. Aminosäuren bilden als Proteinbausteine das Eiweiß und entscheiden über deren biologische Wertigkeit, welche angibt, wie effizient ein Nahrungsprotein in Körperprotein (z.B. Muskulatur) umgewandelt werden kann.

Man unterscheidet Proteine in schnell und langsam verfügbare Vertreter. Dies beurteilt man an der Resorptionsgeschwindigkeit, sprich der Zeit, die die aus einem Eiweiß aufgespaltenen Aminosäuren benötigen, um in den Aminosäurepool zu gelangen. Bei dem  Aminosäurepool handelt es sich um die einzige Proteinreserve des Körpers.

Uneinigkeit herrscht über den Eiweißbedarf eines Sportlers. Entgegen mehrfacher Behauptungen sind in der Praxis gängige Verzehrsempfehlung in Höhe von bis zu 2,8g pro kg/Körpergewicht jedoch unbedenklich in Bezug auf die Nierenfunktion gesunder Menschen. Bei bereits bestehenden Nierenerkrankungen sollte die Zufuhr hingegen auf ein annehmbares Maß reduziert werden.

Für den Sportler ist die Auswirkung von Eiweiß auf den Muskelaufbau und Muskelerhalt mit Sicherheit am interessantesten und daher gilt Eiweiß zurecht als Schlüsselsubstanz in der Sporternährung.

 

Quellen:

  • 1Poortmans JR, Dellalieux O. Do regular high protein diets have potential
  • health risks on kidney function in athletes? Int J Sport Nutr Exerc Metab. 2000
  • Mar;10(1):28-38. PubMed PMID: 10722779.
  • D. Kalman et. al. Journal of the Int. Soc. of Sports Nutrition, Juli 2007
  • NBJ’s Sports Nutrition and Weight Loss Report 2007-2008. Nutrition Business Journal. Boulder CO. New Hope Natural Media, January 2008.
  • Paul GL. The rationale for consuming protein blends in sports nutrition. J Am Coll Nutr. 2009 Aug;28 Suppl:464S-472S. Review.
  • Basiswissen Biochemie, Löffler Verlag
  • HBN – Human Based Nutrition, novum pro publishing gmbh
  • Boirie, Y., Dangin, M., Gachon, P. et. ali. “Slow and fast dietary proteins differently modulate postprandial protein accretion“. Proc Natl Acad Sci U S A. Dec 23, 1997; 94(26): 14930–14935
  • Boirie Y, Dangin M, Gachon P, Vasson MP, Maubois JL, Beaufrère B. Slow and fast dietary proteins differently modulate postprandial protein accretion. Proc Natl Acad Sci U S A. 1997 Dec 23;94(26):14930-5.
  • Dangin M1, Boirie Y, Garcia-Rodenas C, Gachon P, Fauquant J, Callier P, Ballèvre O, Beaufrère B (2001). The digestion rate of protein is an independent regulating factor of postprandial protein retention.  Am J Physiol Endocrinol Metab. 2001 Feb;280(2):E340-8.

 

Internetquellen:

  • http://www.apotheken-umschau.de/Eiweiß
  • http://www.aminosaeure.com/aminosaeuren/was-sind-aminosaeuren.html
  • http://www.peak.ag/blog/biologische-wertigkeit-zur-beurteilung-von-protein
  • http://www.mueller-burzler.de/cms-artikel/vorsicht-vor-einem-eiweissmangel/vorsicht-vor-einem-eiweissmangel21.html
  • http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC25140/
  • http://www.spektrum.de/lexikon/ernaehrung/magenverweildauer/5520
  • http://www.medicoconsult.de/wiki/Kwashiorkor
  • http://de.wikipedia.org/wiki/Kwashiorkor
  • http://de.wikipedia.org/wiki/Marasmus