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Ernährungsgrundlagen: Makronährstoffe

Unsere Nahrungsmittel bestehen aus vielen verschiedenen Stoffen. Gerade in pflanzlichen Lebensmitteln stecken oft tausende unterschiedliche Nährstoffe wie Flavonoide, Antioxidantien oder Vitamine.

Im Wesentlichen wird zwischen Makronährstoffen und Mikronährstoffen unterschieden. Makronährstoffe brauchen wir in grossen (macros = gross auf Griechisch), Mikronährstoffe nur in geringen Mengen (mikros = klein). Sie werden von unserem Körper dazu genutzt, um Energie zu gewinnen und als Baustoff für unsere Zellen. Kohlenhydrate, Fette und Proteine gehören zu den Makronährstoffen, von denen jeder sicherlich schon einmal gehört hat. Doch wer weiss schon, was genau sie sind, wofür wir sie brauchen und was mit ihnen in unserem Körper geschieht? Ein vierter Hauptenergielieferant ist Alkohol (7kcal/g), doch um diesen soll es hier (noch) nicht gehen, er sei nur der Vollständigkeit halber erwähnt. 🙂

Eiweiss

Zuerst eine kurze Bemerkung zum Vokabular: Die Wörter „Eiweiss“ und „Protein“ sind miteinander gleichzusetzen. Protein ist nur das Fachwort für Eiweiss.

Eiweiss ist wohl der Makronährstoff über den wir alle, vor allem Seriendiäthaltende, am meisten verwirrt sind. Mit dem Low-carb Trend im Hinterkopf, lasst uns etwas Licht ins intellektuelle Dunkel dieses Nährstoffs richten.

Aminosäuren sind die Baublöcke, aus denen die verschiedenen Eiweisse (Proteine) gebaut werden. Wie Legosteine. Sie können auf verschiedenste Weise miteinander verbunden werden und eher einfache bis äusserst komplexe Formen annehmen. Wenn ein Stoff aus mehr als 100 Aminosäuren zusammengesetzt ist, spricht man von einem Eiweiss. Wer mehr darüber erfahren möchte und nebenbei auch noch den Wissenschaftlern bei der Erforschung der Proteinfaltung zu helfen, dem kann ich dieses kleine Spielchen wärmstens empfehlen: https://fold.it/portal/

Proteine sind überraschenderweise keine wichtigen Energielieferanten für den Körper. Sie werden vielmehr für den Aufbau körpereigener Eiweisse genutzt, welche etwa 20% unseres Körpergewichts ausmachen. Ausserdem sind sie – noch eine Überraschung 😉 – nicht nur in tierischen, sondern auch in pflanzlichen Nahrungsmitteln vorhanden.

Proteine haben wohl die unterschiedlichsten Funktionen in unserem Körper. Sie werden beispielsweise zum Aufbau und Erneuerung von Zellen und Gewebe benötigt. Kein anderer Nährstoff kann diese Funktionen übernehmen. Weiter haben Eiweisse Transport-, Struktur- (Zellmembran) und kontraktive Funktionen (Muskelkontrationen), ausserdem noch Schutz- und Abwehrfunktionen (Antikörper, Gerinnungsfaktoren) und schliesslich bestehen auch Körperflüssigkeiten teilweise aus Proteinen.

Die verschiedenen Eiweisse selber setzen sich aus Aminosäuren zusammen. Diese verbinden sich zu 3-dimensionalen Strukturen und bestimmen die Form, den Charakter und die Funktion der verschiedenen Gewebe des Körpers. So hat jede Spezies (Menschen, Tiere und Pflanzen) ihre eigenen, typischen Proteinstrukturen. Unser Körper braucht nur 20 verschiedene Aminosäuren, um über 50‘000 Eiweissstoffe herstellen zu können. Die Blaupausen, wie diese zusammengebaut werden, finden sich in der DNA einer jeden Zelle. Von den 20 benötigten Aminosäuren sind 9 essentiell. Diese können wir nicht selber herstellen und müssen über die Nahrung aufgenommen werden.

Im Darm geschieht die Umwandlung und Aufnahme der Nahrungseiweisse. Hier werden die gegessenen Proteine durch verschiedene Enzyme in ihre einzelnen Aminosäuren zerlegt und wieder ins Blut aufgenommen. Auch körpereigene Eiweisse beispielsweise aus der Magen- und Darmflüssigkeit werden hier wieder verdaut. Dem Körper steht so immer eine gewisse Anzahl an freien Aminosäuren zur Verfügung, aus denen neue Eiweisse hergestellt werden können. Auch in den einzelnen Zellen werden ständig Proteine abgebaut und in freie Aminosäuren zerlegt. Durch diesen regen Stoffwechsel und sehr effektives Recycling stehen dem Körper immer genügend freie Aminosäuren zur Verfügung. Deswegen gibt es keinen Sinn, die Aminosäuren auf Vorrat speichern zu können.

Ihr habt vielleicht schon einmal von der biologischen Wertigkeit von Protein gehört. Diese gibt an, wie viel körpereigenes Eiweiss aus dem Nahrungseiweiss des Lebensmittels gebildet werden kann und wie die Aminosäurezusammensetzung ist. Das heisst nicht, dass ein Nahrungsmittel mit einer hohen biologischen Wertigkeit „besser“ oder „wertvoller“ ist, sondern nur, dass davon weniger gegessen werden muss, um die gleiche Menge an  körpereigenem Eiweiss herzustellen. Je mehr essentielle Aminosäuren in einem Nahrungsmittel vorkommen, in Proportionen, die unserem Körpereiweiss ähneln, desto höher die biologische Wertigkeit. Durch pfiffige Kombinationen von Nahrungsmitteln mit „tieferer“ biologischer Wertigkeit kann die biologische Wertigkeit einer Mahlzeit aufgewertet werden, wenn man Nahrungsmittel mit ergänzenden Aminosäureprofilen kombiniert. Vor allem Hülsenfrüchte und Getreide sind sehr gut zu kombinieren. Also keine Angst vor Proteinmangel 😉 Ein Proteinmangel wird übrigens tatsächlich in der westlichen Welt so gut wie nie festgestellt. Nur bei sehr starker Unterernährung kann es dazu kommen, jedoch fehlt es dann sowieso auch an allen möglichen anderen Nährstoffen.

Wieviel Protein benötigt man denn nun? Ein gesunder erwachsener Mensch braucht gerade mal 0.8 Gramm Eiweiss pro Kilogramm Körpergewicht. Dies gilt übrigens auch für Sportler, die Muskeln aufbauen wollen. In unserer Gesellschaft essen wir aber eher zuviel als zu wenig Protein und zwar vor allem tierisches. Wenn wir zu viel Eiweiss aufnehmen, können die einzelnen Aminosäuren zu Energie verbrannt werden. Diese enthalten jedoch Stickstoff, der erst einmal zu Ammoniak abgebaut und in der Leber aufgenommen wird. Da Ammoniak ein ziemlich starkes Zellgift ist, muss dies schnellstens geschehen und in der Leber zu ungiftigem Harnstoff umgewandelt werden, der dann über die Nieren wieder herausgefiltert und als Urin ausgeschieden wird. Ein Zuviel an Eiweiss bedeutet also erheblichen Stress für den Körper und vor allem die Nieren und Leber.

Wer noch mehr dazu lesen möchte und wie tierische Proteine Krebs begünstigen, wird in meinem Blogpost zur Krebskontrolle durch Ernährung fündig.

Quellen:

• http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/1097-0142(19861015)58:8+%3C1818::AID-CNCR2820581406%3E3.0.CO;2-4/pdf
• http://workshopernaehrung.de/
• http://www.netdoktor.at/laborwerte/makronaehrstoffe-6684722 und die verschiedenen Seiten zu den einzelnen Nährstoffen
• https://www.eucell.de/ernaehrung/lebensmittellisten/makro-und-mikronaehrstoffgehalt/proteine/biologische-wertigkeit-der-proteine-in-lebensmitteln.html
• http://nutritionfacts.org/video/what-is-the-healthiest-diet/
• Michael Greger, MD with Gene Stone: How not to die. Discover the foods scientifically proven to prevent and reverse disease. London: Macmillan. United Kingdom, 2016.
• T. Colin Campbell, PhD and Thomas M. Campbell II, MD: The China Study. Startling implications for diet, weight loss and long-term health. Dallas: Benbella Books inc. USA, 2006.

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Nutritional Basics: Macronutrients

Our foods are made of a lot of different substances. Especially in plants there are often thousands of different nutrients like flavonoids, antioxidants and vitamins.

We basically differentiate between macronutrients and micronutrients. We need macronutrients in big quantities (macros = big in greek), micronutrients only in small amounts (micro = small). Our bodies need them for energy, as building blocks for our cells and for many other different uses. Carbohydrates, fats and protein are macronutrients, you have probably all already heard of. But who knows, what exactly they are, why we need them and what happens to them once they are in our body? Just for completeness› sake: alcohol is a fourth energy source for our bodies (7kcals per gram) but I’ll cover that one and why it shouldn’t be a macro in a future blogpost. 🙂

Protein

Protein is probably the macronutrient we all, especially serial dieters are confused about the most. With the latest low-carb craze in mind, let’s see what this macronutrient is all about.

Proteins are made up of amino acids. They’re the building blocks, a bit like Lego. Amino acids can be bound together in many different ways and take on quite simple but also really complex forms. When a substance is made out of more than 100 amino acids, it’s called a protein. If you want to know more about this and also help science to find out more about protein folding, have a look at this little game: https://fold.it/portal/

While researching for this blogpost, I was surprised to find out that protein actually isn’t an important energy source for our body, instead it provides building blocks for our endogenous protein, which makes up about 20% of our body weight. They also can be found – another surprise! 😉 – not only in animal products but also in plant based foods.

Protein is probably the macronutrient with the most different uses in our body. It can be used, for example, for building and maintaining cells and tissue. No other nutrient can do this. What is more, it has transporting, structural (like cell membranes) and contracting (muscle contraction) functions, as well as protective and defense roles (like antibodies and clotting factors) and on top of that some body fluids partially consist of protein.

The many kinds of protein are made up of various amino acids. These bind together into 3-dimensional structures that determine form, character and function of various body tissues. Every species (human animals, animals and plants) have their own typical structures. Our body only needs 20 different amino acids to make over 50.000 proteins. The blueprints to how these amino acids can be assembled are in the DNA of each cell. Out of these 20 amino acids we need, 9 are essential. This means, we can’t make them ourselves and have to get them from food.

The conversion and absorption of the nutritional protein happens in the gut. Here, enzymes break up the protein in its individual amino acids, which are then absorbed into the bloodstream. Endogenous proteins, for example from stomach and gut fluids, are also being digested here. Through this process, there are always free amino acids in our body ready to be synthesized into new proteins. Even in individual cells proteins are dismantled into amino acids to be used again. This active metabolism and effective recycling makes sure that there are always enough free amino acids floating around in our bloodstream. Hence it makes no sense to have a storage system for amino acids.

Maybe you’ve already heard of something called the biological value of protein. This number shows, how much of the protein can be used to make endogenous protein in relation to the amounts eaten and in what relation the different amino acids occur. This doesn’t meant that foods with a higher biological value are somehow “better” or “more valuable” to our body, but that you have to eat less of that kind of protein to make the same amount of body-protein. The more essential amino acids in proportions similar to our body protein a food item has, the higher the biological value. In clever combining of various foods with complementing amino acids, the biological value can be optimized. Especially the combination of legumes and cereal is highly recommended. So, don’t worry about protein deficiency 😉 Protein deficiency is actually almost never diagnosed in the Western world. Only if someone is very malnourished, they can develop protein deficiency but are probably also deficient in various other nutrients.

How much protein do we need? A healthy adult only needs about 0.8 grams protein per kilo of bodyweight. This also applies to athletes and fitness enthusiasts wanting to build muscle. In our modern society we’re more likely to eat too much protein rather than too little, especially animal protein. If we eat too much protein, our body can burn off the amino acids. But this comes with a price. The acids contain a nitrogen compound, which has to be broken down into ammonia and processed by the liver. Because ammonia is a powerful toxin to the cells, it has to be transformed into non-toxic urea as quickly as possible. After this happened in the liver, the urea is filtered out by the kidneys to be discarded as urine. A surplus of protein thus puts a lot of stress on our body, particularly on the liver and kidneys.

If you want to read more about this topic and how animal derived protein promotes cancer growth, check out my blogpost about cancer control through diet.

Sources:

• http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/1097-0142(19861015)58:8+%3C1818::AID-CNCR2820581406%3E3.0.CO;2-4/pdf
• http://workshopernaehrung.de/biologische-wertigkeit/
• http://workshopernaehrung.de/kohlenhydrateernaehrung/
• http://www.netdoktor.at/laborwerte/makronaehrstoffe-6684722 as well as the various other topics on nutrients.
• https://www.eucell.de/ernaehrung/lebensmittellisten/makro-und-mikronaehrstoffgehalt/proteine/biologische-wertigkeit-der-proteine-in-lebensmitteln.html
• Michael Greger, MD with Gene Stone: How not to die. Discover the foods scientifically proven to prevent and reverse disease. London: Macmillan. United Kingdom, 2016.
• Colin Campbell, PhD and Thomas M. Campbell II, MD: The China Study. Startling implications for diet, weight loss and long-term health. Dallas: Benbella Books inc. USA, 2006.

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