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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?