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STOFFWECHSEL
GRUNDLAGENSTÖRUNGEN:Diagnose, Therapie, Prävention
Bedeutung der körperlichen Aktivität
SS: 2008Dr. Burtscher
Glukose
Glukose-6-Phosphat
Fruktose-6-Phosphat
Fruktose-1,6-Biphosphat
Gyzerinaldehyd-3-Phosphat
1,3-Biphosphoglyzerinsäure
3-Phosphoglyzerinsäure
2-Phosphoglyzerinsäure
Phosphoenolpyruvat
Pyruvat
Laktat
(jeweils 2 Moleküle)
Hexokinase
Phosphohexoisomerase
Phosphofruktokinase
Aldolase
3-Phosphoglyzerin-aldehyddehydrogenase3-Phosphogyzeratkinase
Phosphoglyzeratmutase
Enolase
Pyruvatkinase
Laktatdehydrogenase
1ADP -> 1ATP
1ADP -> 1ATP
NAD+ -> NADH+H+
2ADP -> 2ATP
2ADP -> 2ATP
NADH+H + -> NAD+
Nettoproduktion: 2 ATP, (2NADH2)
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Präsentation: Zuckergetränke im Sport?Oligosaccharide?
Bereiten Sie bitte nach (vor):Substrate, Produkte: Glykolyse - Zitratzyklus - Atmungskette?Was bedeutet UCP?Was bedeutet der glykämische Index? Beispiele?Wie lange reichen die muskulären Glykogenspeicher?
Dauer der Wiederauffüllung?Enzymatischer Abbau von Kohlenhydraten?Was sind Monosaccharide, Disaccharide?Blutzuckerregulation?Insulineffekte? Adrenalineffekte? Glukagoneffekte?Wie wird im Körper Zucker gespeichert?Ausmaß der Zuckerspeicher?Zusammenhang: Glukose – Laktat?Beeinflussung des Blutzuckerspiegels durch Bewegung?
Brennstoff/EnergieSpeicher: Glykogen, Stärke (Pflanzen)Bausteine: Polysaccharide (Cellulose)
Mukopolysaccharide, Proteoglykane(BG, Haut, Knorpel, Knochen, ...)Glykoproteine, -lipide
Bedeutung der Kohlenhydrate Kohlenhydrate
Substanzen mit der allgemeinen Summenformel:
CnH2nOn
Polyhydroxyaldehyde bzw. – ketonemit unterschiedlicher C-Atom-Anzahl
Einteilung
Monosaccharide(Anzahl der C-Atome:Triosen, Tetrosen, Pentosen, Hexosen, .....)
Aldosen Ribose Glukose, GalaktoseKetosen Fruktose
Disaccharide(Glykosidbildung zw. 2 Monosacchariden)Maltose, Saccharose, Laktose
Oligosaccharide (3-10 Monosaccharideinheiten)
Polysaccharide> 10 MonosaccharideinheitenHomoglykane (Glykogen, Dextran, Cellulose)Heteroglykane
Hexosen
D-Mannose D-Glukose
HC
O C O
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Glukose (Traubenzucker, Dextrose):Glukose-abhängige Organe/Zellen:Gehirn (110-130 g/d)Erythrozyten (ca. 10-20 g/d)Nierenmark
Im Hungerzustand kann der Umsatzan Glukose auf 40-50 g/d eingeschränkt werden(alternativ: Ketonkörper)
Kohlenhydrate
Galaktose:Energiesubstrat (Säuglinge)In gebundener Form (Laktose)
Fruktose (Fruchtzucker, Lävulose):Wichtigste Ketose in der Ernährung„Insulin-unabhängige“ Verwertung.Kann in Glukose umgewandelt werden.Frei in Früchten und HonigGebunden in Saccharose
Kohlenhydrate
Disaccharid: Laktose
Saccharose:Glykosidische Bindungvon Fruktose und Glukose:(Rohrzucker, Rübenzucker)
Maltose:Glykosidische BindungKeime von Gerste, MalzZwischenprodukt des Stoffwechsels
Kohlenhydrate
Oligosaccharide:Bestehend aus bis zu 10 Monosaccharid-Resten, glykosidisch verknüpft
Kohlenhydrate
Polysaccharide:Bestehend aus mehr als 10 Monosaccharid-Resten, glykosidisch verknüpftEinfache Polysaccharide:Sind nur aus einer Art Monosaccharid aufgebautGemischte Polysaccharide
Stärke:bestehend aus zwei unterschiedlichen Strukturen:Amylopektin; AmylosePflanzenreich (Photosynthese); mengenmäßig vorherrschendes KH
Kohlenhydrate
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Amylose
Verzweigt: Amylopektin
Glykogen (tierische Stärke):Homoglycan mit ähnlicher Struktur wie Amylopektin
Maltodextrine:Homoglycan aus 30 bis 35 Glucose-RestenHöhere Abbauprodukte der Stärke im StoffwechselLebensmittelzusätze (z.B. für Sportlerprodukte)
Cellulose:Lineares HomoglycanPflanzenreich (Strukturpolysaccharid)
Kohlenhydrate
Durch Enzyme des Verdauungstraktesspaltbare Kohlenhydratenicht abbaubare Kohlenhydrate
(Nahrungsfasern)Direkte Energiequelle: GlukoseoxidationReservesubstanz: Glykogen
FettdepotsSpezifische Funktionen (Fasern):
Anregung DarmmotilitätBakterienwachstum
Kohlenhydrate Glykogensynthese
Glukose Glukose-6-P Glukose-1-PGLYKOGEN
Hexokinase Glykogensynthase
Glykogenabbau
Glykogen Glukose-1-PPhosphorylase a
Glykogenspeicherkrankheiten:z.B.: McArdlesche K: Phosphorylase a Mangel
Glykolyse Pyruvat Acetyl CoAPyruvatdehydrogenase
Fettsäuresynthese
Glukose � FetteFette/LipideFettstoffwechsel
Charakteristisch für Lipideist,dass sie viele lipophile (= hydrophobe) Gruppen besitzen.
Viele sind amphiphil: polare und unpolare AnteileDetergentien, EmulgatorenMicellenbildungVerminderung der Oberflächenspannung von Wasser
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Fettstoffwechsel
Bedeutung/Funktion
Energiereserve: Depotfette (energiereicher als KH)aber: langsame Umsetzung
Strukturelemente: OrganfettPhospholipide, Cholesterin (Zellmembran)Sphingomyelin: Myelinscheide
Biochemische Funktion: Proteine und polare Lipide fürTransport unpolarer Lipide:Chylomikronen, VLDL, LDL, HDLArachidonsäure, Diacylglycerin
Chemischer Aufbau
Fettsäuren: In natürlichen Fetten gerade Anzahl von C-Atomenaus C2-Einheiten (Essigsäurerest) aufgebaut
gesättigte Fs: z.B.: Palmitinsäure C16H32O2 (16:0)ungesättigte Fs: Ölsäure, Linolsäure (18:2) (Öle)
Neutralfette: Fettsäuren + Glycerin (Ester)Tri(acyl)glyceride
Seifen: Neutralfett + Alkalilauge� Alkalisalze (Seifen)
Wachse: Ester langkettiger einwertiger Alk. mit höheren FsBienenwachs (Gemisch verschiedener Stoffe)
Einfache LipideFette, Öle, Wachse
Komplexe LipideFettsäureester der Alk: Glycerin oder Sphingosin+ andere organische VerbindungenPhospholipide: Lecithin, PAFSphingolipide: SphingomyelinCarotinoideSteroide: Cholesterin, Vit D, Steroidhormone
Fettstoffwechsel
Abbau der Triglyceride
Stufenweise:Triacylglycerin Lipase, Diacylglycerin LipaseMonoacylglycerin Lipase
Regulation: Adrenalin und Glukagon: lipolytischInsulin: Hemmung
Lipoproteinlipase:im Fettgewebe und Endothelzellen der Blutgefäße
Fettabbau in Chylomikronen und VLDL/LDLFs: Aufnahme in Fettgewebe
Transport (an Albumin gebunden) zu LeberPankreaslipase:Hydrolyse der Nahrungsfette im Dünndarm
Wirkung nur auf emulgierte Fette (Gallensäuren)� Aufbau der Spaltprodukte in Darmmukosa� Transport in Chylomikronen über Lymphe
Fette Mund (Magen)Pankreaslipase
+ GallensäurenMicellen (TG, FS, Cholesterin, ...)
FFS direkte Resorption+Apoprotein B48 � Chylomikronen�
Lymphe � Blut � Lipoproteinlipase� Remnants zur LeberFette + ApoB100 (Leber) � VLDL
Fettabbau
Aktivierung der Fettsäuren (Cytoplasma)
FS� +2ATP + Thioester
Acylcarnitin� Einschleusung in Mitochondrien
� Zerlegung (4 Reaktionen) in C2-Bruchstückeß-C-Atom betroffen: ß-Oxidation
1 Mol Palmitat liefert 129 ATP!
ß - Oxidation der Fettsäuren
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Bildung in Mitochondrien der Leber wenn:Kohlehydratverwertung reduziert und Fettsäurestoffwechsel gesteigert:Hunger, Diabetes mellitus
Acetoacetat3-HydroxybuttersäureAceton
Oxidation auch im Gehirn möglich!
Ketonkörper, Ketogenese
Acetyl-CoA = Ausgangsstoff� über Citrat aus den Mitochondrien ins Cytosol
im Cytosol:Acetyl-CoA� Malonyl-CoAStarter-Acetyl-CoA� Kondensation mit dem MalonylrestKettenverlängerung (Umkehrung der ß-Oxidation)an: Fettsäure-Synthase-Komplex
Hemmung: Acyl-CoAAktivierung: Citrat, ATP, Insulin, NADH
Fettsäuresynthese imCytosol
Cholesterin
Gesamtca. 140 g, 5 g im Blutplasma
Synthese: Leber, Darmschleimhaut, Nnieren, Gonaden
Bedeutung: Lipoproteine, Gallensäuren, Vit D3, Steroidhormone, Membranbestandteile
Cholesterinester (2/3 des Serumcholesterins)Synthese durch LCAT
Cholesterin im BlutTransport besonders in VLDL und LDLGesamtcholesterinkonzentration: < 200 mg/dl
Biosynthese des Cholesterinsim Cytoplasma (nicht HMG-CoA-Pool wie Ketogenese)
3 Acetyl-CoA� Mevalonsäure� aktives Isopren� Squalen� Lanosterin� Cholesterin
Abbau und AusscheidungIn der Leber zu Gallensäuren (90 % im Ileum rückresorbiert!)Nicht resorbiertes Chol. von Darmbakterien� Koprosterin
� Ausscheidung
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Das LDL-Cholesterin (in mg/dl)
wird nach der Friedewald-Formel errechnet:
LDL-Cholesterin =
Gesamtcholesterin – HDL Cholesterin - Triglyceride/5
Gesamtcholesterin < 200 mg/dlHDL > 35 mg/dlLDL < 160 mg/dlTriglyceride < 200 mg/dl
Fettstoffwechsel
Margarineinst.de
Synthese von Triglyceriden,+ Cholesterin + Apolipoproteinen���� Chylomikronen
über Lymphe
Aufnahme von Apolipoproteinen (aus HDL)�Lipoproteinlipase ���� freie Fettsäuren
Muskel, Fettgewebe
reich an Cholesterinestern
Fettstoffwechsel
Margarineinst.de
30-40%
Schaumzellen?
Fettstoffwechsel
Margarineinst.de
TriglyzerideFettgewebe � Fettsäuren � Leber � VLDLBlut � Fettsäuren, TGMuskel
MUSKEL
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Triglyzeride
Fettgewebe (900g/kg)
Muskel (~10g/kg)
Blut (~ 1g/l)
kcal im Vergleich zu KH?
Fette als Energie für Muskelarbeit
Fett- und KH-Oxidation vor und nach (o) einem 16-wöchigen Ausdauertraining beigleicher rel. Intensität (Sial et al. 1998, AJP)
Keine Steigerung der Lipolyse.Daher: Vermehrter Verbrauch derintramuskulären Fette.
Glykogen- und Laktatkonzentrationen in Ruhe und bei Belastung (45 %VO2max)unter verschiedenen Bedingungen. (Mora-Rodriguez et al. 2001, AJP)
Erklärungen??
Ketogenetischer Zustand und Ausdauer:
Nach 4 Wochen � 62-64% VO2max gleiche Leistung über Fettoxidation
Phinney et al. 1984
Training und Fettoxidation
Verbesserung der O2-VersorgungZufuhr und Ausschöpfung
Enzyme der Fettoxidation
LPL – Aktivität
Regulation: AdrenalinInsulinLaktat
Präsentation: Wer?
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