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1 1.1 Kohlenhydrate Kohlenhydrate oder Saccharide sind die große Naturstoffklasse der Polyhydroxycarbonylverbindungen und deren Oligo (bis zu 10Bausteine)- und Polykondensate( mehr als 10Bausteine). Diese Brennstoffe für den Körper sind Zuckermoleküle in unterschiedlich langen Ketten, die Energie speichern und beim Verbrennen wieder abgeben. Im Allgemeinen wird unter Kohlenhydraten Zucker verstanden. Kohlenhydrate stellen zusammen mit den Fetten und Proteinen den quantitativ größten verwertbaren (u. a. Stärke) und nichtverwertbaren (Ballaststoffe) Anteil an der Nahrung. Neben ihrer zentralen Rolle als physiologischer Energieträger, spielen sie als Stützsubstanz vor allem im Pflanzenreich und in biologischen Signal- und Erkennungsprozessen (z. B. Zell-Zell-Erkennung, Blutgruppen) eine wichtige Rolle. Als Begleitstoffe liefern sie wichtige Vitamine, Mineralstoffe und Spurenelemente, außerdem werden komplexe (langkettige) KH nur langsam verdaut und sozusagen tropfenweise in das Blut abgegeben ( time released resorption). Kohlenhydrate sind entweder einfache Zucker oder Verbindungen von einfachen Zuckern, vereinfacht vorstellbar als offene Perlenkette. Einfachzucker werden von Pflanzen durch Photosynthese aus Kohlenstoffdioxid und Wasser aufgebaut, und enthalten Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff. Zur Speicherung oder zum Zellaufbau werden diese Einfachzucker dann zu Mehrfachzuckern verkettet. Tiere und der Mensch können keine Einfachzucker synthetisieren, allerdings können sie aus Einfachzuckern langkettige Zucker herstellen. So synthetisiert die Leber beispielsweise aus Glukose den langkettigen Speicherzucker Glykogen. Insgesamt kann man die Kohlenhydrate auch in Strukturkohlenhydrate und Nicht- Strukturkohlenhydrate unterteilen: Nicht-Strukturkohlenhydrate sind u.a. Rohrzucker (Saccharose) sowie das Polysaccharid Stärke. Diese Zucker dienen dem Energiegewinn oder sind Speicherstoffe. Strukturkohlenhydrate sind am Aufbau der pflanzlichen Zellwand beteiligt und stellen einen Großteil des Fasermaterials der Pflanzen dar: Cellulose, Hemicellulose, u.a. Strukturkohlenhydrate können von Säugern mit einhöhligem Magen nur bedingt verdaut werden, hingegen weitgehend oder vollständig von Wiederkäuern,Kamelartigen (Camelidae) und Pferdeartigen (Equidae). Kohlenhydrate sind ein wesentlicher Teil der menschlichen Nahrung, jedoch nicht essenziell. Eine kohlenhydratfreie Ernährung ist (anders als häufig angenommen) möglich. Der Energiegehalt von 1 g Kohlenhydrat beträgt rund 17,2 Kilojoule (kj) bzw. 4,1 kcal. Sie werden in 3 Gruppen eingeteilt: Monosaccharide (Einfachzucker) wie z.b. - Dextrose, auch Traubenzucker oder Glucose - Mannose, Quelle: 1/6

2 - Fructose, auch Fruchtzucker - Ribose, teil der Ribonukleinsäure (RNA) - Desoxyribose, Teil der Desoxyribonukleinsäure (DNA) - Galactose, auch Schleimzucker Sie schmecken süß. Disaccharide (Zweifachzucker) wie z.b. - Saccharose, auch Rübenzucker oder Rohrzucker (Glucose + Fructose) - Lactose, auch Milchzucker (Glucose + Galactose) - Lactulose, auch synthetisch abgewandelter Milchzucker - Maltose, auch Malzzucker (Glucose + Glucose) Oligosaccharide (Mehrfachzucker) wie z.b. - Raffinose - Stachiose - Verbacose - Inulin Sie schmecken beide süß, sind in der Regel wasserlöslich. Polysaccharide (Vielfachzucker) wie z.b. - Stärke - Cellulose - Agar Agar - Carrageen - Glykogen - Chitin Sie sind eher geschmacksneutral und oftmals schlecht oder gar nicht wasserlöslich Kohlenhydrate im Einzelnen Kohlenhydrate können von allen Körperzellen verwertet werden. Die meisten Körperzellen können wahlweise Fett oder Kohlenhydrate zur Energiegewinnung heranziehen; die Erythrozyten (rote Blutkörperchen) sind für ihre Energiegewinnung auf Glucose angewiesen. Das gilt auch für die Zellen des zentralen Nervensystems, die nur ausnahmsweise Energie aus Ketonkörpern gewinnen können. Ketonkörper sind kohlenhydratähnliche Stoffe, die der Körper bei KH- Mangel aus Fetten aufbaut (Ketogenese). Quelle: 2/6

3 Monosaccharide Fructose- Fruchtzucker Fructose findet sich in freier Form in verschiedenen Früchten, als Oligosaccharid Inulin in verschiedenen Gemüsen und zu 50% in Saccharose und im Honig. Sie ist ein Energielieferant, der Hauptumsatz von Fructose erfolgt in der Leber, daneben können Nieren und Darmschleimhaut Fructose in geringerem Umfang umsetzen. Außerdem wird sie als Zuckeraustauschstoff eingesetzt, da sie weitgehend insulinunabhängig verstoffwechselt wird und der Diabetiker sie deshalb nur anteilig in seine BE- Berechnung einbeziehen muss. Glucose-Dextrose, Traubenzucker, Maiszucker Glucose kommt pur als Bestandteil verschiedener Disaccharide und in Form ihrer Polymere Stärke und Cellulose in der Nahrung vor. Sie ist Energielieferant und wird aktiv absorbiert und in der Leber (etwa 150g) und der Muskulatur (etwa 500g) als Glykogen gespeichert. Die Aufnahme von Glucose in die Zellen der Muskulatur und des Fettgewebes ist von Insulin abhängig. In die Leber, das Gehirn und die Erythrozyten wird die Glucose auch insulinunabhängig entsprechend dem Konzentrationsgefälle aufgenommen. Der Blutglucosespiegel wird durch glucoseliefernde und glucoseverbrauchende Prozesse im Gleichgewicht gehalten. Glucoseliefernde Prozesse sind Absorption aus dem Darm, Abbau von Leberglykogen und Gluconeogenese (Neuaufbau) aus Aminosäure, Lactat (Milchsäure) und Glycerin. Glucoseverbrauchende Prozesse sind Glykogensynthese und Glykolyse zur Energiegewinnung. Lactose- Milchzucker Kommt nur in der Milch vor. Lactose ist ein Disaccharid aus Galactose und Glucose und für Säuglinge das wichtigste Nahrungskohlenhydrat. Sie liefert Energie und hat Einfluss auf die Darmflora. Muttermilch enthält außer Lactose galactosehaltige Oligosaccharide, die eine Wirkung als Bifidusfaktor haben. Galactose wird hauptsächlich in der Leber umgesetzt. Alle Körpergewebe, die Galactose benötigen, sind nicht auf die direkte Galactosezufuhr angewiesen, sondern können Glucose in Galactose umwandeln. Lactose hat als einziges Disaccharid eine ß-glykosidische Bindung und benötigt zur Hydrolyse ein spezielles Enzym, die Lactase. Lactase ist beim gesunden Säugling ausreichend vorhanden, Erwachsene können die Fähigkeit zur Lactasebildung verlieren und sind dann lactoseintolerant. Saccharose- Rohrzucker, Rübenzucker Saccharose ist unser Haushaltszucker und findet sich natürlich in Rüben, Zuckerrohr und verschiedenen Früchten. Die Monosaccharide sind Glucose und Fructose. Sie ist Energielieferant und im Dünndarm erfolgt sehr schnell die Spaltung in die Monosaccharide und deren Absorption. Beide Zuckerbausteine werden vollständig verwertet. Quelle: 3/6

4 Oligosaccharide Oligosaccharide bestehen aus 3-9 Monosacchariden, glykosidisch verknüpft. Inulin Kommt natürlicherweise in Topinambur, Artischocken, Spargel und Schwarzwurzeln vor, wird jedoch sehr oft im Labor zusammengebaut. Inulin ist aus Fructoseeinheiten aufgebaut, die Bindung ist ß- glykosidisch. Es gilt als Ballaststoff und Praebioticum (siehe Functional food), also als Substrat für eine gesunde Darmflora. Stachyose und Verbacose Beide Zucker kommen in Leguminosen vor. Sie wirken als Ballaststoffe, weil sie für Menschen nicht verdaulich sind. Durch Dickdarmbakterien werden sie verstoffwechselt, die dabei sich bildenden Gase erzeugen die typischen Blähungen. Polysaccharide Wenn mehr als 10 Monosaccharide glykosidisch verbunden sind, handelt es sich um Polysaccharide, dabei bestehen z.b. Amylose oder Glykogen aus Glucose-einheiten. Polysaccharide dienen der Energiegewinnung, wenn die glykosidische Bindung gespalten werden kann; andernfalls wirken sie als Ballaststoffe. In Fertignahrungsmitteln sind oft Polysaccharide als Konsistenzverbesserer zugesetzt, die zwar natürlichen Ursprunges sind, aber in unserem Essen normalerweise nicht vorkommen. Agar Agar Agar Agar wird aus Algen gewonnen. Es ist ein Polymer aus Galactose und Anhydrogalactose. Agar Agar dient verbreitet als Verdickungsmittel in der Lebensmittelindustrie. Er wird im Magen- Darm- Trakt kaum abgebaut und findet deshalb auch Verwendungen in Diätetika zur Gewichtsreduktion. Carrageen Carrageen wird aus Rotalgen (Knorpeltang) gewonnen. Es ist ein Gemisch aus Polysacchariden, aus Galactose und Anhydrogalactose. Carrageen ist kaum abbaubar und wirkt als Ballaststoff. In der Lebensmittelindustrie wird es wie Agar Agar als Gelier- und Verdickungsmittel verwendet. Cellulose Bestandteil aller pflanzlichen Zellwände. In Cellulose sind die Glucosemoleküle ß-glykosidisch verknüpft, für die Spaltung fehlt dem Menschen die Enzymausstattung, sie wirkt deshalb als Ballaststoff. Eine Verwertung erfolgt durch Bakterien im Dünndarm, dabei entstehen kurze einfache Fettsäuren, Milchsäure, Wasserstoff, Kohlendioxid und Methan. Quelle: 4/6

5 Dextran Dextran ist ein mikrobiell gebildetes Polysaccharid aus Glucose. Kaum abbaubar, deshalb findet es auch Verwendung als Plasmaexpander. In der Lebensmittelindustrie als Verdickungs- und Stabilisierungsmittel. Dextrine Beim Abbau von Stärke entstehen Dextrine, Moleküle, die in der Größe zwischen Stärkemolekülen und Oligosacchariden liegen. Dextrine werden in der Diätetika, teilweise als Maltose oder Glucose gemischt. Dextrine werden schnell absorbiert und haben einen geringeren osmotischen Druck als Glucose. Ihre Süßkraft ist unterschiedlich, aber insgesamt schwach. Glykogen- tierische Stärke In tierischen Nahrungsmitteln, hauptsächlich Muskelfleisch und Leber. Es handelt sich um ein stark verzweigtes Molekül mit einer amylopektinähnlichen Struktur. Die Verwertung erfolgt analog der Stärkeverwertung. Hemicellulosen Bestandteil pflanzlicher Zellwände. Hemicellulosen ist die Sammelbezeichnung für Polysaccharide, die als Bestandteil der pflanzlichen Zellwände aus verschiedenen Hexosen (Glucose, Galactose) und Pentosen (Arabinose, Xylose) aufgebaut sind. Hemicellulosen quellen mit Wasser zu Schleimen, sind aber nicht abbaubar und zählen deswegen zu den Ballaststoffen. Pectin Pectin wird hauptsächlich aus den Pressrückständen bei der Apfel- und Citrussaftproduktion gewonnen und ist ein ausgezeichnetes Geliermittel. Pectin ist ein Ballaststoff. Durch menschliche Verdauungsenzyme wird Pectin nicht gespalten; der Abbau im Darm erfolgt durch die Mikroflora im Gastrointestinaltrakt. Stärke Stärke ist das Reservekohlenhydrat der Pflanzen und kommt in den entsprechenden Speicherorganen vor. Sie besteht zu etwa 40% aus Amylopektin. Hauptsächliche Stärkelieferanten sind Getreide, Leguminosen und Kartoffeln. Menschen verwerten gekochte Stärke quantitativ. Rohe Stärke wird grundsätzlich weniger gut ausgenutzt und abhängig vom Durchmesser der Stärkekörner werden die kleineren wiederum besser verwertet. Kartoffelstärke z.bsp. wird roh ausgesprochen schlecht verwertet. Als modifizierte Stärke (Lebensmittelzusatzstoff) zeigt sie ein anderes Löslichkeitsverhalten, ist aber der normalen Stärke energetisch gleichwertig. So genannte resistente Stärke bildet sich beim Abkühlen gekochter Stärke durch Umlagerungen. Sie kann nicht mehr verdaut werden und gilt als Ballaststoff Verdauung und Absorption der Kohlenhydrate Quelle: 5/6

6 Komplexe Kohlenhydrtae werden bereits im Mund durch Speichelamylase hydrolysiert. Die hauptsächliche Verdauung erfolgt im oberen Dünndarm durch intestinale und pankreatische Verdauungsenzyme, die Spaltung erfolgt bis auf die Stufe der Monosaccharide, die schnell, aber nach verschiedenen Mechanismen absorbiert werden. Glucose und Galactose werden aktiv absorbiert, Fructose durch erleichterte Diffusion. Monosaccharide können nahezu uneingeschränkt absorbiert werden Funktion und Speicherung von Kohlenhydraten Soweit die Kohlendhydrate absorbiert werden können, werden sie entweder zur Energiegewinnung herangezogen oder zum Glykogenaufbau benötigt. Leberglykogen wird bei Bedarf zu Blutzucker abgebaut und steht dem gesamten Stoffwechsel zur Verfügung. Muskelglykogen wird nur von Muskeln verwertet. Die Energiegewinnung erfolgt schnell ohne Sauerstoff, dabei entsteht Lactat, das durch Sauerstoff schnell oxidiert werden kann und dabei wieder Energie liefert. Ein Teil des Lactats gelangt in die Leber und wird über Glucose wieder zu Glykogen aufgebaut. Der Aufbau von Fett aus Kohlenhydraten erfolgt nur, wenn die Glykogenspeicher aufgefüllt sind und die Oxidationskapazität für Glucose überschritten ist, sie liegt bei etwa 500g/tag. Die Umwandlung von Kohlenhydraten in Fett verbraucht Energie, die die Kohlenhydrate liefern, so dass schließlich 100g Kohlenhydrate lediglich 30-35g Fett ergeben. Anderseits werden Fettdepots nicht abgebaut, wenn energetisch ausreichend Kohlenhydrate gegessen werden, das ist bei Reduktionsdiäten zu bedenken Alkohol Ethylalkohol kann vom Körper als Energiequelle genutzt werden. Im Gegensatz zu Fetten und Kohlenhydraten wird er in der Muskulatur nicht verwertet, der Abbau erfolgt fast vollständig in der Leber. Sein Brennwert liegt mit 7,2 kcal/g bzw. 31kj zwischen dem der Kohlenhydrate und der Fette. Hoher Alkoholkonsum führt so gut wie immer zu einer Fehlernährung, weil die Zufuhr anderer Nährstoffe darüber vernachlässigt wird. Zu Mineralstoffmangel kommt es, weil die Ausscheidung von Kalium, Magnesium und Zink gesteigert wird. Alkoholbedingt kommt es auch zu einem Vitamin B1 (Thiamin)- Mangel, der für häufig auftretende neurologische Komplikationen verantwortlich gemacht wird. Bei gleichzeitig energie- und proteinarmer Ernährung ist die Ethanolabbaurate verringert, dadurch wird die toxische Wirkung des Alkohols verstärkt. Bei geschädigter Leber kommt es dann zu einer verminderten Proteinbiosynthese und zu einer herabgesetzten Speicherkapazität für fettlösliche Vitamine. Quelle: 6/6

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