Makronährstoffe und ihre Funktion in unserem Körper – Ernährungsmedizin
Kohlenhydrate, Fette und Proteine – alle drei Makronährstoffe gehören zu den Grundbausteinen unserer Lebensmittel und unseres Körpers. Jeden von ihnen nehmen wir täglich mit unserer Nahrung auf. Und jeder einzelne übernimmt wichtige Funktionen in unserem Körper. Doch woraus bestehen die einzelnen Bausteine überhaupt? Wie werden sie von unserem Verdauungstrakt aufgenommen? Und welche Funktion übernehmen sie in unserem Körper? All‘ das werden wir uns im Folgenden näher anschauen.
Tipp: Am Ende des Beitrags findet ihr ein einfaches & gesundes Rezept mit wertvollen Makronährstoffen zum Nachkochen!
Kohlenhydrate
Was sind Kohlenhydrate?
Kohlenhydrate zählen zu den wichtigsten Energielieferanten unseres Körpers. Sie bestehen i.d.R. aus langen Ketten von aneinandergereihten Zuckerbausteinen. Ihre kleinste Einheit umfasst den Einfachzucker (Monosaccharid). Chemisch gesehen handelt es sich dabei um mehrere Kohlenstoffatome, die sich i.d.R. zu einem Ring zusammenschließen. Weitere charakteristische chemische Gruppen sind mit diesem Ring verknüpft. Noch tiefer in die Chemie werden wir an dieser Stelle nicht eintauchen.
Der wichtigste Einfachzucker (Monosaccherid) unseres Körpers ist die Glucose. Weitere bedeutende Einfachzucker (Monosaccherid) sind z.B. die Fructose oder die Galactose. Letztere bildet gekoppelt an Glucose einen Zweifachzucker (Disaccherid). Dieser wird als Lactose („Milchzucker“) bezeichnet. Fructose hingegen bildet in Kombination mit Glucose die Saccharose („Haushaltszucker“).
Längere Ketten von aneinandergereihten Kohlenhydraten werden als Mehrfachzucker (Polysaccherid) bezeichnet. Ein wichtiger Vertreter ist z.B. die „Stärke“, ein häufiges Kohlenhydrat in Nahrungsmitteln. Bei Glykogen handelt es sich hingegen um die Speicherform von Kohlenhydraten in unserem Körper, doch später dazu mehr. Cellulose, ein weiterer Mehrfachzucker (Polysaccharid), ist überwiegend Bestandteil von Pflanzen. Die chemische Verbindung innerhalb der Kohlenhydratkette kann von menschlichen Verdauungsenzymen aufgespalten werden. Daher bleibt Cellulose unverdaut im Darm zurück und steht dem Körper nicht als Energielieferant zur Verfügung. Dennoch erfüllt Cellulose eine wichtige Funktion in unserem Verdauungssystem. Aufgrund ihrer Unverdaulichkeit gehört der Mehrfachzucker (Polysaccharid) zu den Ballaststoffen. Durch das erhöhte Volumen – vermehrt Wasser wird gebunden – wird das Sättigungsgefühl gestärkt und eine regelmäßige Darmbewegung (Peristaltik) gefördert. Dadurch wird Verstopfung (Obstipation) vorgebeugt. Und auch unsere Darmflora freut sich über Ballaststoffe. Das Wachstum „gesunder“ Darmbakterien wird unterstützt.
Wie ist der Weg von Kohlenhydraten aus der Nahrung in unsere Zellen?
In welchen Nahrungsmitteln sind überhaupt Kohlenhydrate enthalten? Als einfache Faustregel gilt: Je süßer ein Lebensmittel, desto mehr Kohlenhydrate sind enthalten. Das bekannteste Beispiel ist wohl Zucker. Aber auch Getreide, d.h. Brot und Nudeln, enthalten reichlich Kohlenhydrate. Bei in der Nahrung enthaltenen Kohlenhydraten handelt es sich meistens um Stärke, einem Mehrfachzucker (Polysaccharid). Zu einem Drittel liegen jedoch Zweifachzucker (Disaccharide) vor, also z.B. Saccharose („Haushaltszucker“) oder Lactose („Milchzucker“). Nur bei einem verschwindend kleinen Anteil handelt es sich direkt um Einfachzucker (Monosaccherid).
Da über unsere Darmschleimhaut nur Einfachzucker (Monosaccheride) aufgenommen werden können, müssen die Kohlenhydratketten zuvor aufgespalten werden. Im Mund übernimmt ein im Speichel enthaltenes Enzym, die Amylase, diese Aufgabe. Im Zwölffingerdarm (Duodenum) kommt der Speisebrei erneut mit Amylasen in Kontakt. Diese entstammen aus dem Sekret der Bauchspeicheldrüse (Pankreas). Weitere Enzyme des Dünndarms (Lactase, Sucrase-Isomaltase etc.) spalten letztlich verschiedene Zweifachzucker (Disaccharide) in Einfachzucker (Monosaccharide) auf. Diese können nun über spezielle Transporter in die Dünndarmzellen aufgenommen werden. Über das Blut gelangen diese dann zu ihren Zielzellen.
Welche Funktion haben Kohlenhydrate?
Doch wozu brauchen wir Kohlenhydrate überhaupt? Der wichtigste Einfachzucker (Monosaccherid) für den menschlichen Körper ist die Glucose. Daher schauen wir uns dessen Bedeutung im menschlichen Organismus im Besonderen an. Allein unser Gehirn verbraucht täglich 140g Glucose. Wahnsinn, oder? Aus Glucose kann im Rahmen biochemischer Stoffwechselwege Energie erzeugt werden. Die Energiewährung des Körpers ist dabei ATP (Adenosintriphosphat). Der Stoffwechselpfad der Energieerzeugung wird dabei als Glykolyse bezeichnet.
Für Zeiten der Nahrungsknappheit (z.B. während intensiver Ausdauerbelastungen) hat unser Körper Energiespeicher, v.a. in der Leber und Muskulatur, angelegt. Den wichtigsten Kohlenhydratspeicher umfasst dabei das Glykogen. Glykogen kann aus überschüssiger Glucose hergestellt werden. Braucht der Körper wiederum mehr Energie, als ihm derzeit zugeführt wird, kann er Glucose aus Glykogen freisetzen (Glykogenolyse). Die Speicher der Muskulatur dienen insbesondere der Eigenversorgung. Die Energievorräte der Leber verfolgen das Ziel den Blutzuckerspiegel konstant zu halten. Dadurch wird die Energieversorgung des gesamten Organismus gesichert.
Sind alle Glykogenspeicher aufgebraucht (i.d.R. >24h Nahrungskarenz), muss der Körper sich anderer Bausteine zur Energieversorgung bedienen. In einem ersten Schritt muss aus Nicht-Zuckern Glucose hergestellt werden. Dieser Vorgang wird als Gluconeogenese bezeichnet und findet in der Leber statt. Die hergestellte Glucose kann dann wiederum in die Glykolyse eingeschleust werden. Dabei entsteht die benötige Energie in Form von ATP („Energiewährung“). Doch woraus kann der Körper Glucose basteln? Über bestimmte biochemische Stoffwechselwege synthetisiert unser Organismus aus bestimmten Aminosäuren (Bestandteil aus Proteinen), Lactat („Abfallprodukt“ der Glykolyse unter anaeroben Bedingungen) oder Glycerin (Bestandteil aus Fetten) Glucose. Beeindruckend, oder?
1. Ernährungstipp: Kohlenhydrate – Makronährstoffe und ihre Funktion in unserem Körper
Bestimmt habt ihr schon gehört, dass man besser langkettige Kohlenhydrate, auch als komplexe Kohlenhydrate bezeichnet, zu sich nehmen soll. Diese bestehen aus längeren Kohlenhydratketten, als kurzkettige, „einfache“ Kohlenhydrate. Doch warum sollen komplexe Kohlenhydrate besser sein? Die Aufspaltung langkettiger Kohlenhydrate im Darm benötigt mehr Zeit. Dadurch wird pro Zeiteinheit weniger Glucose über die Dünndarmschleimhaut aufgenommen. Eine gleichmäßige und langanhaltende Energieversorgung wird gewährleistet. Starke Blutzuckerschwankungen bzw. -spitzen werden vermieden. Ihr bleibt langanhaltender satt, Heißhungerattacken werden eingedämmt und ein Diabetes Typ 2 wird vorgebeugt. Lebensmittel mit komplexen Kohlenhydraten enthalten außerdem i.d.R. mehr Vitamine, Mineralstoffe und sekundäre Pflanzenstoffe. In verarbeiteten, zuckerhaltigen Lebensmitteln findet man diese oft vergeblich. Im Rahmen langanhaltender Ausdauerbelastungen hingegen führt man seinem Körper besser schnell verfügbare, einfache Kohlenhydrate zu. Doch darüber informiert euch unsere Triathletin Sophia in ihrem Artikel.
In welchen Lebensmitteln sind langkettige Kohlenhydrate überhaupt enthalten? Überwiegend findet man diese in Vollkornprodukten (Vollkornbrot, -nudeln, -reis, Haferflocken), Hülsenfrüchten (Linsen, Kichererbsen, Bohnen, Erbsen), Gemüse (Kartoffeln, Kürbis, Karotten) oder Nüsse und Samen.
Fette
Was sind Fette?
Widmen wir uns nun dem nächsten Makronährstoff, den Fetten. Während sich Kohlenhydrate und Proteine über ihre chemische Struktur definieren, ist bei Fetten alles anders. Fette lassen sich aufgrund ihrer physikalischen Eigenschaften eingrenzen. Die Gemeinsamkeit der Fette liegt in ihrer schlechten Wasserlöslichkeit (hydrophob, apolar). Das Grundgerüst der Fette bilden lange Kohlenwasserstoffketten. Diese stellen die Ursache der schlechten Wasserlöslichkeit dar. Manche Fette besitzen jedoch eine chemische, „wasserlösliche“ Gruppe am Kopf des langen Kohlenwasserstoffschwanzes. Dadurch steigert sich die Wasserlöslichkeit. Sie werden somit als amphiphil bzw. polar, also fett- und z.T. wasserlöslich bezeichnet.
Anhand ihrer chemischen Struktur können Fette in die verschiedensten Gruppen unterteilt werden. Diese schauen wir uns im Groben unter dem Abschnitt „Funktion“ an.
Wie ist der Weg von Fetten aus der Nahrung in unsere Zellen?
Fette finden sich beispielsweise in Nüssen, Pflanzenölen, Avocado oder verschiedenen Milchprodukten (z.B. Butter, Käse, Sahne). Die in der Nahrung enthaltenen Fette müssen zunächst in kleinere Einheiten gespalten werden. Die Aufgabe übernehmen spezielle Enzyme, sogenannte Lipasen. Diese sind im Speichel enthalten, werden aus der Magenschleimhaut freigesetzt oder gelangen über ein Gangsystem aus der Bauchspeicheldrüse (Pankreas) in den Zwölffingerdarm (Duodenum).
Bevor die einzelnen Spaltprodukte von der Dünndarmschleimhaut aufgenommen werden können, müssen sie zunächst wasserlöslich gemacht werden. Hier kommen die sogenannten Gallensäuren ins Spiel. Sie entstammen der Gallenblase und gelangen über ein verbindendes Gangsystem ins Darmlumen. Gallensäuren sind amphiphil, d.h. die Kopfgruppe ist wasserlöslich (hydrophil) und der lange Kohlenwasserstoffschwanz ist wasserabweisend (hydrophob). Die Gallensäuren umschließen die Fettbestandteile nun wie eine Kugel. Die fettlöslichen Anteile sind dabei nach innen gerichtet. Der wasserlösliche Kopf hingegen orientiert sich nach außen. Diese kugelförmige Struktur wird als Micelle bezeichnet. Nach außen hin ist die Kugel also wasserlöslich. Somit steht der Aufnahme in die Dünndarmzellen nichts mehr im Wege. Hier werden die Fettbestandteile dann wieder zusammengesetzt und weiterverarbeitet.
Um nun zu ihrem Zielort zu gelangen, werden ein Großteil der Fette (z.B. Cholesterin, Triacylglycerine) an spezielle „Transporter“ gekoppelt. Dabei handelt es sich um sogenannte Lipoproteine. Diese haben zum einen die Funktion, dass die Fette im Blut nicht zu „Fetttröpfchen“ ausfallen. Zum anderen haben Lipoproteine sozusagen eine Postanschrift integriert. Es ist somit definiert, wo der Zielort der zu transportierenden Fette liegt. Lipoproteine können wir uns erneut als kugelige Struktur vorstellen. Im Inneren sind die zu transportierenden, nicht-wasserlöslichen (hydrophob) Fette eingelagert. Die Hülle bilden spezielle wasserliebende (hydrophile) Fette und Proteine (sogenannte Apolipoproteine).
Welche Funktion haben Fette?
Wie bereits erwähnt, lassen sich Fette in verschiedene Untergruppen einteilen. Sogenannte Triacylglycerine bilden das Fettgewebe. Das Grundgerüst der Triacylglycerine bildet Glycerin, an das drei Fettsäuren (lange Kohlenwasserstoffkette mit einer speziellen chemischen Gruppe) gekoppelt sind. Nun aber weg von der Chemie und weiter im Text. Das Fettgewebe hat zum einen die Funktion unseren Körper zu „dämmen“, also wärmetechnisch zu isolieren. Zum anderen dient es uns als „Stütz- und Baumaterial“. In langen Zeiten der Nahrungskarenz dient Fettgewebe außerdem als wertvoller Energiespeicher. Die darin enthaltenen Triacylglycerine werden in biochemische Stoffwechselpfade (Lipolyse, β-Oxidation, Glykolyse) eingeschleust. Letztlich verfolgen alle das Ziel dem Körper Energie in Form von ATP („Energiewährung“) bereitzustellen.
Fette anderer Untergruppen (Phospho- und Sphingolipide) hingegen bilden eine Zellmembran, die jede Zelle umgibt. Cholesterin ist ebenfalls Bestandteil von Zellmembranen. Aus ihm können jedoch zusätzlich wichtige Hormone, wie auch Gallensäuren (Fettverdauung) hergestellt werden.
2. Ernährungstipp: Fette – Makronährstoffe und ihre Funktion in unserem Körper
In der Nahrung enthaltene ungesättigte Fettsäuren gelten als gesünder als gesättigte Fettsäuren. Der Unterschied beider lässt sich in ihrer chemischen Struktur finden. Ungesättigte Fettsäuren enthalten in ihrer Kohlenwasserstoffkette ein bis mehrere Doppelbindungen. Je nach Position können sie als Omega-3 bzw. Omega-6 Fettsäuren bezeichnet werden. Ungesättigte Fettsäuren wird nachgesagt, dass sie eine positive Auswirkung auf die Herzgesundheit hätten. So sollen sie das „schlechte“ LDL-Cholesterin (Merktipp: „Lass das lieber“-Cholesterin) senken, und das „gute“ HDL-Cholsterin (Merktipp: „Hab dich lieb“-Cholesterin) steigern. Außerdem stehen ungesättigte Fettsäuren im Verdacht entzündungshemmende Eigenschaften zu haben und den Blutdruck, wie auch das Diabetes Typ 2-Risiko senken zu können.
Hauptquellen für ungesättigte Fettsäuren sind pflanzliche Öle (z.B. Leinöl, Olivenöl), Nüsse und Samen, Avocados und fettiger Fisch wie Lachs oder Makrele. Gesättigte Fettsäuren lassen sich hingegen in tierischen Produkten wie Butter, Fleisch oder fetthaltigen Milchprodukten finden.
Proteine
Was sind Proteine?
Proteine werden umgangssprachlich auch als Eiweiße bezeichnet. Sie bestehen aus einzelnen Aminosäuren. Insgesamt gibt es beim Menschen hiervon 21 (sogenannte proteinogene Aminosäuren). Ab 100 miteinander verknüpften Aminosäuren spricht man von einem Protein, unter 100 von einem Peptid. Die Aminosäureketten sind ziemlich komplex gefaltet. Sie unterscheiden sich außerdem in ihrer Länge und Aminosäuren-Kombination. Es können somit ganz unterschiedliche Proteine entstehen, die die vielfältigsten Funktionen in unserem Körper übernehmen können. Die genaue Definition von Aminosäuren lässt sich chemisch stellen. Aufgrund ihrer Komplexität erspare ich sie euch an dieser Stelle.
Die Proteine, die der Körper benötigt, kann er größtenteils selbst herstellen. Dabei ist er jedoch auf die Zufuhr essenzieller Aminosäuren angewiesen (acht von 21). Das sind solche, die unser Organismus nicht selbst herstellen kann. Nicht-essenzielle Aminosäuren hingegen kann der Körper selbst synthetisieren.
Wie ist der Weg von Proteinen aus der Nahrung in unsere Zellen?
Proteinreiche Lebensmittel umfassen z.B. Linsen, Soja oder tierische Produkte (Käse, Eier, Fleisch, Fisch). Bevor Proteine von unserem Darm aufgenommen werden können, müssen sie in kleinere Einheiten gespalten werden. Die Magensäure übernimmt zunächst die Funktion, die komplexe Faltstruktur der Proteine aufzuheben (Denaturierung). Verschiedene Enzyme des Magens, der Bauchspeicheldrüse (Pankreas) und des Dünndarms spalten die Aminosäureketten in kleinere Bestandteile. Diese Enzyme werden als Peptidasen bezeichnet. Vertreter sind z.B. Pepsin, Trypsin oder die Carboxypeptidase A/B. Die einzelnen Aminosäuren können dann von speziellen Transportern über die Dünndarmschleimhaut aufgenommen werden. Von dort aus gelangen sie über das Blut zur Leber. Diese übernimmt im Aminosäurestoffwechsel eine ganz bedeutende Rolle.
Welche Funktion haben Proteine?
Aminosäuren bzw. Proteine übernehmen die vielfältigsten Aufgaben in unserem Organismus. Die wohl bekannteste nimmt die Vermittlung der Muskelkontraktion ein. Daneben spielen Proteine in Form von Enzymen eine wichtige Rolle in diversen Stoffwechselwegen, fungieren als Hormone, Rezeptoren oder Transkriptionsfaktoren und beeinflussen dadurch die Genexpression. Zusätzlich kommen Proteine ihrer Aufgabe als Strukturprotein zur Stabilisierung von Geweben nach (z.B. Kollagen). Als Plasmaprotein hingegen (z.B. Albumin) fungieren sie u.a. als „Transportmittel“ anderer Substanzen im Blut. Ihr seht, der Aufgabenbereich ist umfassend und riesig!
Das Ziel der Energiegewinnung verfolgen Proteine primär nicht. Doch in Phasen langanhaltender Nahrungskarenz können auch Proteine, v.a. solche die in der Skelettmuskulatur enthalten sind, abgebaut werden (Proteolyse). Spezielle Aminosäuren (sog. Glucogene Aminosäuren) können dann über weitere Stoffwechselpfade in die Energiegewinnung eingeschleust werden.
3. Ernährungstipp: Proteine – Makronährstoffe und ihre Funktion in unserem Körper
Viele Menschen, die sich bis dato noch nicht detailliert mit ihrer Ernährung auseinandergesetzt haben, nehmen (zu) wenig Protein täglich auf. Der individuelle Bedarf hängt vom Alter, Geschlecht, Aktivitätslevel und eigenen sportlichen Zielen ab. Ein gängiger Richtwert ist etwa 0,8 bis 1,2 Gramm Protein pro Kilogramm Körpergewicht pro Tag. Und das ist wesentlich mehr, als ihr denkt! Für Menschen, die sportlich sehr aktiv sind und Muskulatur aufbauen wollen, werden 1,5 bis 2 Gramm Protein pro Kilogramm Körpergewicht empfohlen.
Hochwertige Pflanzliche Proteinquellen umfassen dabei Hülsenfrüchte (Linsen, Kichererbsen, Bohnen), Tofu, Nüsse und Samen und Vollkorngetreide. Pflanzliche Proteinquellen enthalten einzeln betrachtet oft nicht alle essenziellen Aminosäuren in ausreichender Menge. Durch die Kombination verschiedener Lebensmittel könnt ihr eine vollständige Aminosäurenversorgung sicherstellen. Proteinreiche tierische Nahrungsmitteln umfassen hingegen Fisch und Meeresfrüchte, mageres (bestenfalls unverarbeitetes) Fleisch, Eier oder Milchprodukte.
Einfaches Rezept für eine ausgewogene Bowl mit vielen Makronährstoffen:
Damit ihr euch passend zum Thema „Makronährstoffe und ihre Funktion in unserem Körper“ direkt etwas Gutes tun könnt, haben wir ein Rezept zum Nachkochen für euch erstellt: Eine leckere und proteinreiche Quinoa-Bowl, gefüllt mit gesunden Kohlenhydraten, Proteinen und Fetten. Die Zubereitung ist vegetarisch (Tofu) oder mit Hähnchen möglich. Durch das Makronährstoffprofil und die Bedeutung der Zutaten wisst ihr genau, was ihr zu euch nehmt.
Für die Zubereitung der Bowl beginne mit dem Kochen von 150 g Quinoa nach Packungsanleitung. Während die Quinoa köchelt, schneide 150 g Tofu oder Tempeh (alternativ 200 g Hähnchen) in Würfel und brate es in etwas Olivenöl an. Würze mit Sojasauce, Salz, Pfeffer und Paprikapulver.
Schneide 1 Avocado und 1 Paprika in kleine Stücke und wasche 50 g Babyspinat. Die Kichererbsen (100 g) abspülen und kurz mit in die Pfanne geben, um sie leicht anzurösten.
Zum Anrichten verteile die fertige Quinoa auf Schüsseln, füge das angebratene Tofu oder Hähnchen, Avocado, Paprika, Spinat und die Kichererbsen hinzu. Träufle etwas Olivenöl und Zitronensaft darüber und würze bei Bedarf nach. Die Bowl liefert dir eine ausgewogene Mischung aus Proteinen, gesunden Fetten, Kohlenhydraten sowie wichtigen Vitaminen und Mineralstoffen. Viel Spaß beim Kochen & guten Appetit!
Schreibt uns bei Ideen & Fragen rund um das Thema Ernährungsmedizin / „Makronährstoffe und ihre Funktion in unserem Körper“ gerne eine Nachricht über das Kontaktformular oder Instagram @jungmediziner.de
Eure Medizinstudentin Marleen
Blogpost | Ernährungsmedizin | Makronährstoffe und ihre Funktion in unserem Körper
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