Ernährungsphysiologisches Praktikum

Phytinsäure=Inosithexaphosphat, Ring aus 6 C-Atomen, mit je einem Phosphatrest.
Phosphatspeicher in Samen, Phosphat wird bei Keimung durch korneigene Phytasen freigesetzt.
Vorkommen: Getreide, Sojabohnen, Erdnußmehl.
Pytat bildet unlösliche Komplexe mit FE³⁺ und Fe²⁺Ionen. An pHytat gebundene Ionen werden nicht absorbiert. Gegenmaßnahmen: Aufnahme von Ascorbinsäure zusammen mit Eisen. Die Ascobinsäure reduziert FE³⁺ zu Fe²⁺, das zweiwertige Eisen ist im Duodenum besser löslich und wird besser absorbiert. Ascorbinsäure bildet mit FE²⁺ lösliche Komplexe, die das Eisen für die Absorption freigeben.
Oder Ausschalten der Phytinsäure durch Behandlung mit Säuren, mahlen etc.

Herkunft von Protonen im Stoffwechsel ---> Proteine (schwefelhaltige, Kationische AS), Phosphorsäure (H₃PO_4, z.B. Cola), Organische Säuren (Stoffwechsel, Azidose). Ausscheidung der Protonenim Urin: sehr geringer Teil frei, der größte Teil ist gebunden an Puffersysteme (Hydrogencarbonatphosphat-Dihydrogencarbonatphosphat-Puffersystem, Ammoniak-Ammonium-Puffersystem) Bestimmung der freien Protonen im urin= messung des pH-Wertes mittels einer Glaselektrode.
Bestimmung gebundener Säuren mit Phenolphthalein (Indikator)
1.Titration: Erfassung der als H₂PO₄^- gebundenen H⁺
H₂PO₄^-+OH^- ---->HPO₄^2-+H₂O (oranische Säuren (R-COOH)+OH^- ----> Säureanion (R-COO^-)+H₂O)

2.Titration: Erfassung der als NH₄⁺ gebundenen Protonen (Phenolphthalein als Indikator)
1. 4NH₄⁺+6HCHO----> (CH₂)₆N₄+2H₂O+4H₃O⁺
2.  H₃O⁺+OH^----> H₂O

Die Energie, die der Organismus aus der Oxidation der Nährstoffe gewinnt weicht vom physikalischen Brennwert ab, weil:
1. Die Nährstoffe nicht vollständig absorbiert sind
2. Die Oxidation der Nährstoffe im Körper nicht vollständig ist
Metabolisierbare Energie ist die Energie, die sich aus der Bruttoenergie abzüglich der Energieverluste durch Fäzes und Urin ergibt.
Bruttoenergie-Energieverlust Fäzes--->Scheinbar verdauliche Energie- Energieverlust durch Urin---> Metabolisierbare Energie-Energieverlust über Wärmeabgabe---> Nettoenergie
Atwater-Faktoren sind gerundete Durchschnittswerte für eine ballaststoffarme Kost. Verwendet für die Lebensmittelkennzeichnung
Protein                 4kcal/g            17kJ/g
Fett                       9kcal/g             37kJ/g
Verwertbare KH 4 kcal/g            17kJ/g
Äthanol                7kcal/g             29kJ/g

Präzision, ein Maß für die Übereinstimmung zwischen unabhängigen Messergebnissen unter festen bedingungen (SD). Messwerte müssen dicht beieinander liegen, für eine hohe Präzision.
Richtigkeit: Übereinstimmung zwischen dem aus einem großen Datensatz erhaltenen Mittelwert und anerkannten Referenzwert (=wahrer Wert)
Genauigkeit: Maß für die Übereinstimmung zwischen einzelnem Meßergebnis und dem wahren Wert einer Meßgröße. Hierbei müssen Präzision und Richtigkeit hoch sein.

ATP wird während der Arbeit durch Kreatininphosphat aus ADP regeneriert (in Ruhe über die Atmungskette). Wirksam: Kreatinkinase überträgt Phosphatrest von Kreatinphosphat auf ADP und umgekehrt ---> ATP.
Kreatinphosphat wird spontan und nicht enzymatisch zu Kreatinin umgesetzt und über die Nieren ausgeschieden.
--->Indikator für Muskelmasse und Filtrationsleistung der Nieren.
Unter anderem werden Proteine, Aminosäuren und Nukleotide zu Harnstoff, NH₄⁺ und Kreatinin abgebaut. Kreatininausscheidung ist ernährungsunabhängig (Ausnahme: Fleisch).

Ermittlung des Eiweißgehaltes von Milch und Sauermilchprodukten in Prozent. Reagenzien: Kaliumoxalatlösung, Phenolphthaleinlösung (Umschlagspunkt pH 8,1), Kobaltsulfatlösung, 0,143mol/L NaOH, Neutralisierte Formaldehydlösung
1. Titration: Titration von H⁺ aus freien NH₃⁺-Gruppen der Proteine. NH₂-Gruppen können dann mit Formaldehyd reagieren. Neutralisation von freien Säuren.
Deprotionierte Aminogruppen können mit HCHO reagieren.
2. Titration: der gefundene wert (ml) entspricht dem Eiweißgehalt in % (Eiweißtiter).
Konventionsmethode: Die Ergebnisse stimmen nur bei der Einhaltung definierter Reaktionsbedingungen (Milchmenge, Reagenzien, Versuchsablauf).

Jodzahl, Säurezahl, Verseifungszahl.
Jodzahl: Maß für Gehalt an ungesättigten Fettsäuren (sagt nichts über deren Art aus). Gibt an, wieiviel g Halogen, berechnet als Jod, von 100g Fett, unter bestimmten Bedingungen gebunden werden.
Säurezahl: Die Menge an Kaliumhydroxid, die notwendig ist, um in 1g fett enthaltene Säuren zu neutralisieren. ( raffiniert ist ein hoher Wert ein Zeichen für den verderb---> normal <0,2, nativ bis zu 10 normal)
Verseifungszahl: Menge an Kaliumhydroxid in mg, die zur Verseifung der Triacylglyceride und der Neutralisation der freien FS in 1g Fett notwendig ist. ---> Kettenlänge der am Fettaufbau beteiligten Fettsäuren.

1. C-C + Br₂ -C(Br)-C(Br) ungesättigte FS werden mit Br gesättigt
nicht angelagertes Brom wird mit KJ umgesetzt.
2. Br₂+2KJ---> J₂ + 2 KBr
3. J₂+2Na₂S₂O₃--->2NaJ+Na₂S₄O₆
Indikator: Stärkelösung mit J₂, blaue Färbung, am Umschlag entfärbt dich die Lösung.
Wichtig: richtige Menge an Br₂ im Verhältnis zu den Doppelbindungen---> Halogenisierung der Doppelbindungen
Zu wenig/Zeit zu kurz: unvollständige Halogenisierung
Zu viel/Zeit zu lang /Lichteinwirkung: Substitutionsreaktionen
---> Fetteinwaage wird an konstante Brommenge angepasst, Einwaage der Fettprobe richtet sich nach der erwarteten Jodzahl.
 

Triacylglycerid+3KOH---> Glycerin+ 3CH₃(CH₂)_n-COO^- +K⁺ (K-Salze der Fettsäuren/ K-Seifen)
Fettsäuren werden vom Glycerin abgespalten und durch OH-Gruppe ersetzt. FS verseifen.
Prinzip: Fettprobe mit Überschuß an ethanolischer Kalilauge verseifen, nicht benötigtes KOH mit HCl zurücktitrieren.
Verseifungszahl=mgKOH/gFett

1. Extraktion der Carotinoide aus der Pflanze
2. Abtrennung aller wasserlöslichen Bestandteile ( aus der Pflanze, Extraktionsmittel)
3. Abtrennung anderer gefärbter Substanzen (Chlorophyll) evtl Auftrennung in einzelne Carotinoide (Säulenchromatographie)
4. Quantitative Bestimmung der Carotinoide (Photometrische Messung)
1. wird mit unpolaren organischen Lösungsmitteln (Petrolbenzin) aus der Probe extrahiert. Der größte Teil des Wassers wird mit Methanol entfernt, dann die lipophilen Stoffe mit unpolaren Lösungsmitteln extrahiert. Polare Pflanzeninhaltsstoffe und Methanol müssen für die Säulenchromatographie vollständig abgetrennt werden.
2. Extrakt mit wasser versetzen--->Methanol ist besser in Wasser als in Petrolbenzin löslich---> ergibt wässrig-methanolische Phase mit polaren Substanzen und Benzinphase mit unpolaren Substanzen. Wässrig-methanolische Phase abtrennen. Vorgang mehrmals wiederholen um alles Methanol aus dem Benzin zu entfernen.
---> Nernst´sches Verteilungsgesetz
3. Abtrennung der Pflanzenfarbstoffe durch Adsorptionschromatographie mit einer Trennsäule. Schwach polarer Stoff wird aus unpolaren Lösungsmitteln stärker adsorbiert als aus polaren.
4. Wechselwirkung zwischen gelöster Substanz und elektromagnetischen wellen, bestimmte Wellenlängen werden von Substanz absorbiert, erscheint dann farbig.
berechnung mit Lambert-Beer´schen Gesetz oder spezifischem Extinktionskoeffizienten.
 

Stärke wird durch Erhitzen verkleistert und gleichzeitig durch hitzestabile alpha-Amylase Termamyl zu Dextrinen abgebaut. Aus diesen Bruchstücken wird durch Amylglucosidase Glucose freigesetzt. Die Glucose wird über die Glucose-Oxidase-Peroxidase-Reaktion quantitativ bestimmt. Glucose-Oxidase (GOD) katalysiert die Oxidation von Glucose nachfolgender Gleichung
Glucose+O₂+H₂O--->(GOD) Glucuronsäure+H₂O₂
Das wasserstoffperoxid reagiert in Gegenwart von Peroxidase (POD) mit o-Dianisidin zu einem gelb-orangen farbstoff. Die Menge des gebildeten Farbstoffes ist proportional zur Glucosekonzentration. Auswertung mittels Eichgeraden.

Harnstoff wird durch die Urease quantitativ zu Ammoniak und CO₂ überführt. Ammoniak bildet mit Phenol und alkalischer Natriumchloritlösung einen blauen Farbstoff.
Harnstoff(mg/100ml):5x delta E Probe/ delta E Standard x 100 (200) je nach Verdünnung
Proteinaufnahme berechnet anhand ausgeschiedener Menge Stickstoff aus Harnstoff, Kreatinin und N-Verlusten (Fäzes) (Gesamt-N-Ausscheidung nach Dumas)Nahrungsprotein enthält in der Regel 16% Stickstoff

Bestimmung des Chlorids durch Reaktion mit Silbernitrat. Chloridionen werden durch einen Überschuß an Silbernitratlösung ausgefällt. Der Überschuß an Silbernitratlösung wird mit Thiocyanatlösung zurücktitriert gegen Fe³⁺ Ionen als Indikator.
Cl^-+Ag⁺---->AcCl (Ag im Überschuß)
SCN^-+Ag⁺--->AgSCN nicht verbrauchtes Ag
Fe³⁺+3SCN^----->Fe(SCN)₃ rot-braune Färbung
Verbrauch Silbernitrat - Verbrauch Thiocyanat

5,7ml Verbrauch Silbernitrat = 5,7mmol NaCl
1mmol NaCl= 58,5g ---> 5,7mmol = 333,45mg NaCl

Bei der Fällung der Milchproteine mit Trichloressigsäure wird Calcium freigesetzt und verbleibt im Filtrat. Mg wird vom Ca in stark alkalischem Medium (etwa pH 12) als Mg(OH)₂, welches in Wasser praktisch unlöslich ist abgetrennt. Calcium wird mit EDTA-Lösung chelatometrisch bestimmt.
calcium+EDTA---> stabilerer Komplex als Magnesium+EDTA

-Aktivierung der Enzyme für die Proteinverdauung
---> Proteinasen (Endopeptidasen): spalten innerhalb der Proteinkette (bevorzugt zwischen bestimmten AS)
--->Exopeptidasen: spalten am Ende der Peptidkette (NH₂-oder COO^-Ende) einzelne AS ab
Magen: Enzyme stammen aus den Hauptzellen: Vorstufe Pepsinogen wird zu Pepsin aktiviert. Pepsin ist eine Endopeptidase, wirkt auf Proteine, spaltet die Bindung an N-ständigen Bindungen aromatischer AS, pH<6, Aktivierung der Enzyme, pH-Optima für Enzym: 2-4
Pankreasenzyme aus den Acinuszellen: Trypsinogen aktiviert zu Trypsin
Chymotrypsinogen aktiviert zu Chymotrypsin, Pro-Elastase zu Elastase ----> alle 3 spalten Polypeptide (Peptone) zu Poly- und Oligopeptiden
Pro-Carboxipeptidase A+B werden aktiviert zu Carboxpeptidase A+B--->spalten Poly-Oligopeptide zu Oligopeptiden und Aminosäuren
Extracelluläre Peptidasen des Bürstensaums spalten Oligopeptide und AS zu Di- und Tripeptiden und AS
---> Absorption
--> Intrazellulärer Abbau in den Mucosazellen des Dünndarms (Leucin-Aminopeptidase, Amino-Tripeptidase, Glycyl-Glycin-Dipeptidase, Imido-Dipeptidase) ---> Abgabe der AS in das Blut

Duodenum: Trypsin=Endopeptidase spalten Poly-/Oligopeptide---> Hydrolyse an C-ständigen Bindungen von Lys-Arg
-Chymotrypsin (Endopeptidase): wirken auf Poly-/Oligopeptide: Hydrolyse an C-ständigen Bindungen aromatischer AS (und Met)
-Elastase (Endopeptidase): wirken auf Poly-/Oligopeptide: Spaltung an Bindungen aliphatischer AS (Ala, Gly, Ser)
-Carboxypeptidase A (Exopeptidase): wirken auf Polypeptide---> Abspaltung aromatischer AS vom C-terminalen Ende
-Carboxypeptidase B (Exopeptidase): wirkt auf Polypeptide, spaltet basische AS (Arg, Lys) vom C-terminalen Ende ab
pH-Werte:
Magen: unter 6 um Enzyme zu aktivieren
pH: 2-4 pH Optima für Pepsine
Dünndarm: pH etwa 6,5 ---> Pepsine werden inaktiviert

Aktiver Transport der AS aus dem Darmlumen in die Blutbahn

Fette müssen emulgiert werden O/W-Emulsion. Die Enzyme arbeiten nur im wässrigen Milieu
Magen: Magenbewegung-->Mechanische Zerkleinerung der Fette, Emulgatoren=Phospholipide aus der Nahrung, Enzyme: Magenlipase bei pH:  1-3
Hydrolyse eines geringen Teils der Triacylglyceride, bevorzugt Triacylglyceride mit mittelkettigen FS (Milchfett)
Dünndarm: Hauptort der Fettverdauung: Duodenum und Jejunum pH: 6-7, selten auch höher
Duodenum: Pankreasenzyme: Lipase, Colipase, Phospholipase, Emulgatoren: Galle aus der Gallenblase
Duodenum und Jejunum: Fette werden durch konjugierte Gallensäuren emulgiert (O/W)
aber: bei physiologischer Gallensäurekonzentration bilden sich Micellen, Lipase wird vom Substrat verdrängt, nur zusammen mit Colipase: Bindung der Pankreaslipase an Substrat (Konformationsänderung)
---> dann Hydrolyse der esterbindungen der Triacylglyceride
Pankreaslipase: hohe Spezifität für 1- u. 3. Position der Triacylglyceride
Endprodukte: vor allem ß-Monoglyceride und freie FS
Dünndarm: freigesetzte FS sind bei pH 6-7 größtenteils undissoziiert (RCOOH), schwer löslich, müssen für Transport zur Mucosa in eine stabile, wasserlösliche Form überführt werden
---> Wichtig für fettlösliche Vitamine, Carotinoide
--->Bildung gemischter Micellen mit konjugierten Gallensäuren (Transportvehikel zur Dünndarmschleimhaut)
Micellen zerfallen an Mucosaoberfläche, geben Endprodukte der Fettverdauung, fettlösliche Vitamine und Carotinoide frei für die Resorption
Gallensäuren werden am Ende des Illeums zurückresorbiert
Mucosazellen: Reveresterung, Abgabe als Triacylglyceride in Form von Chylomikronen über die Lymphe

Ausmaß der Fettverdauung (Übliche Fette)
Fette mit mittelkettigen FS--->MCT-Fette
-höhere Polarität als LCT-Fette, besser löslich in Wasser
-nur wenig-keine Galle nötig
-nur wenig-keine Verdauungsenzyme nötig
-->normale Verdauung: vollständige Spaltung in freie FS und Glycerin (Aufnahme auch intakt möglich-->Spaltung durch intrazelluläre Lipasen in den Mucosazellen)
---> Abgabe in Pfortader in Form freier FS und Glycerin ---> Verdauung 100%

Stärkeverdauung:
Mund; alpha-Amylase Ptyalin spaltet Stärke (+Dextrine) in kleinere Bruchstücke, Dextrine
Magen: hat keine KH-spaltenden Enzyme, Speichelamylase wirkt solange weiter, bis sie durch den sauren pH deaktiviert wird
Duodenum+Jejunum: alpha-Amylase aus Pankreas kleiner Bruchstücke+Dextrine werden zu Maltotriose, Maltose, Isomaltose
Bürstensaum der Dünndarmmucosa: Disaccharidasen (Maltase, Isomaltase) spalten Maltose, Maltotriose, Isomaltose zu Glucose

Disaccharide: Verdauung im Bürstensaum der Dünndarmmucosa spalten
Saccharose---> Glucose, Fructose  (Saccharase)
Lactose----> Glucose, Galactose      (Lactase)
Maltose---->Glucose, Glucose          (Maltase)

Unverdauliche Oligosaccharide und NSP werden nicht verdaut.

Stärkeverdauung in vitro (entspricht dem enzymatischen Stärkeabbau)
-Verwendete Enzyme haben wesentlich höhere Aktivität als Säugetierenzyme
-Arbeiten bei höheren Temperaturen ---> kürzere Inkubationszeit
-Termamyl, Amyloglucosidase
-in vitro-Verdauung: kleinere Bruchstücke und Dextrine werden direkt zu Glucose abgebaut, ohne den Zwischeschritt "Maltotriose, Maltose, Isomaltose)

pH:Dünndarm=6-7
Glucose-Oxidase baut Glucose um in Glucuronsäure und H₂O zusammen mit Glucose-Peroxidase und o-Dianisidin wird das zum Farbstoff---> phtometrische Messung

Unverdauliche KH:
-Nicht-Stärke-Polysaccharide (NSP): Cellulose, Hemicellulose, Pektin, Inulin
-Unverdauliche Oligosaccharide: Oligofructose, Raffinose
-Resistente Stärken
sind nicht Blutzucker-wirksam
Unterschiede: können im Körper nicht verdaut werden, weil entweder entsprechende Enzyme fehlen oder Transportproteine zum Abtransport aus dem Darmlumen
Menschliche Enzyme: alpha 1-->2 oder alpha 1-->4
keine Enzyme für ß 1-->4 Bindungen (Cellulose) ---> Unverdauliche KH haben andere glycosidische Bindungen als verdauliche KH
---> Art der glycosidischen Bindung (alpha, ß), Stellung der glycosidischen Bindung (1-->2)