Makronährstoffe und ihre Funktion im Körper

Monosaccharide (Einfachzucker)

Monosaccharide sind die kleinsten Bausteine der Kohlenhydrate und können direkt ins Blut aufgenommen werden. Zu den wichtigsten gehören:

• Glukose – wichtigster Energielieferant
• Fruktose – kommt in der Natur vor allem in Obst vor
• Galaktose – Bestandteil des Milchzuckers

Monosaccharide erhöhen den Blutzucker am schnellsten.

Disaccharide (Zweifachzucker)

Disaccharide bestehen aus zwei miteinander verbundenen Monosacchariden. Sie müssen vor der Aufnahme in ihre Einzelbausteine gespalten werden. Beispiele:

• Saccharose (Haushaltszucker) = Glukose + Fruktose
• Laktose (Milchzucker) = Glukose + Galaktose
• Maltose (Malzzucker) = Glukose + Glukose

Sie liefern schnell Energie, aber etwas langsamer als Monosaccharide.

Polysaccharide (Vielfachzucker)

Polysaccharide bestehen aus vielen miteinander verbundenen Glukosebausteinen. Sie sind die wichtigsten komplexen Kohlenhydrate und werden langsamer verdaut. Beispiele:

• Stärke (Kartoffeln, Getreide, Reis)
• Glykogen (Speicherform im Körper)

Polysaccharide sorgen für eine gleichmäßigere Energieversorgung und stabilere Blutzuckerwerte.

Ballaststoffe – unverdauliche Kohlenhydrate

Ballaststoffe gehören chemisch ebenfalls zu den Kohlenhydraten, werden aber nicht von unseren Verdauungsenzymen abgebaut. Sie gelangen unverdaut in den Dickdarm und werden dort vom Mikrobiom fermentiert. Dabei entstehen kurzkettige Fettsäuren (SCFA), die wichtige Funktionen für Darmgesundheit, Immunsystem und Stoffwechsel haben.

Kohlenhydrate sind die bevorzugte Energiequelle des Körpers. Nach der Verdauung gelangen sie als Glukose ins Blut und stehen den Zellen sofort zur Energiegewinnung zur Verfügung. Glukose wird in den Mitochondrien zu ATP umgewandelt – dem universellen Energieträger für Muskeln, Gehirn und alle Körperfunktionen.

Besonders wichtig:

• Das Gehirn nutzt fast ausschließlich Glukose.
• Bei körperlicher Aktivität sind Kohlenhydrate die schnellste Energiequelle.
• Ohne ausreichende Kohlenhydrate kann der Körper auf Proteine oder Fette ausweichen.

Speicherform: Glykogen

Nicht benötigte Glukose wird gespeichert – und zwar als Glykogen.

Speicherorte:

• Leber: hält den Blutzucker stabil
• Muskeln: dient als Energie für Bewegung und Training

Glykogen ist ein schnell verfügbarer Energiespeicher. Wenn die Speicher voll sind, kann überschüssige Glukose langfristig in Fett umgewandelt werden.

Blutzuckerregulation

Kohlenhydrate beeinflussen direkt den Blutzuckerspiegel. Damit dieser stabil bleibt, steuern Hormone die Aufnahme und Freisetzung von Glukose:

• Insulin: senkt den Blutzucker, indem es Glukose in die Zellen schleust
• Glukagon: erhöht den Blutzucker, indem es Glykogen aus der Leber freisetzt
• Adrenalin & Cortisol: mobilisieren Glukose in Stresssituationen

Eine stabile Blutzuckerregulation ist wichtig für:

• Konzentration
• Leistungsfähigkeit
• Sättigung
• Stoffwechselgesundheit

Zusammengefasst

Kohlenhydrate sind:

• schnelle Energie für Gehirn und Muskeln
• kurzfristige Speicherenergie in Form von Glykogen

Essenzielle Aminosäuren

• BCAA: Leucin, Isoleucin, Valin
• Schwefelhaltig: Methionin
• Aromatisch: Phenylalanin, Tryptophan
• Weitere: Threonin, Lysin, Histidin

Semi-essenzielle Aminosäuren

• Schwefelhaltig: Cystein
• Basisch: Arginin
• Weitere: Tyrosin, Glycin, Prolin, Serin

Aminosäuren – die Grundbausteine

Aminosäuren sind die kleinsten Einheiten der Proteine. Man unterscheidet:

• Essenzielle Aminosäuren Können nicht selbst hergestellt werden und müssen über die Nahrung aufgenommen werden.
• Nicht-essenzielle Aminosäuren Kann der Körper selbst synthetisieren.
• Semi-essenzielle Aminosäuren Werden in bestimmten Lebensphasen oder Situationen essenziell (z. B. Wachstum, Krankheit).
• Aminosäuren verbinden sich über Peptidbindungen zu längeren Ketten.

Peptide – kurze Ketten

Je nach Länge der Kette spricht man von:

• Dipeptiden (2 Aminosäuren)
• Tripeptiden (3 Aminosäuren)
• Oligopeptiden (bis ca. 10 Aminosäuren)
• Polypeptiden (mehrere Dutzend Aminosäuren)

Peptide haben oft hormonelle oder regulatorische Funktionen (z. B. Insulin ist ein Peptidhormon).

Proteine – lange Ketten mit Struktur

Proteine bestehen aus einer oder mehreren langen Polypeptidketten. Ihre Funktion hängt von ihrer räumlichen Struktur ab, die sich von der Primärstruktur (einfache AS-Kette) bis hin zur Quartärstruktur (Zusammenschluss mehrerer spezifisch gefalteter AS-Ketten Bspw. Hämoglobin) zusammensetzt.

Diese Strukturen bestimmen, ob ein Protein als Enzym, Transportprotein, Strukturprotein oder Hormon wirkt.

Einteilung nach Funktion

Proteine übernehmen sehr unterschiedliche Aufgaben im Körper:

• Enzyme Steuern alle biochemischen Reaktionen.
• Strukturproteine Kollagen, Keratin – wichtig für Haut, Haare, Bindegewebe.
• Transportproteine Hämoglobin, Lipoproteine.
• Hormone Viele Hormone sind Proteine oder Peptide (z. B. Insulin).
• Antikörper Teil des Immunsystems.
• Motorproteine Aktin, Myosin – Bewegung und Muskelkontraktion.

Verzweigtkettige Aminosäuren (BCAA)

Leucin

• Muskelaufbau (aktiviert mTOR)
• Wundheilung
• Stabilisierung des Blutzuckers

Isoleucin

• Energieversorgung der Muskeln
• Blutzuckerregulation
• Immunfunktion

Valin

• Muskelstoffwechsel
• Energieproduktion
• Regeneration

Aromatische Aminosäuren

Phenylalanin

• Vorstufe von Tyrosin
• Neurotransmitter-Synthese (Dopamin, Noradrenalin, Adrenalin)

Tryptophan

• Vorstufe von Serotonin & Melatonin
• Schlaf, Stimmung, Immunsystem

Tyrosin (semiessentiell)

wichtig für Stresshormone, Stimmung, Schilddrüse und Pigmentbildung

Schwefelhaltige Aminosäuren

Methionin

• Ausgangsstoff für Cystein
• Methylierung (SAM)
• Entgiftung (Glutathion-Synthese)

Cystein (semi-essentiell)

• Bestandteil von Glutathion (wichtigstes Antioxidans)
• Entgiftung
• Haut, Haare, Nägel

Weitere essenzielle Aminosäuren

Threonin

• Bestandteil von Kollagen & Elastin
• Schleimhautgesundheit

Lysin

• Kollagenbildung
• Immunsystem
• Calciumstoffwechsel

Histidin

• Vorstufe von Histamin
• Wundheilung
• Hämoglobinbildung

Tierische Proteine Hohe biologische Wertigkeit, vollständiges Aminosäureprofil.

Pflanzliche Proteine Oft limitierende Aminosäuren, aber in Kombination sehr wertvoll (z. B. Hülsenfrüchte + Getreide).

Biologische Wertigkeit

Die biologische Wertigkeit beschreibt, wie gut ein Nahrungsprotein in körpereigenes Protein umgewandelt werden kann. Je ähnlicher das Aminosäureprofil dem menschlichen Bedarf, desto höher die Wertigkeit.

Die biologische Wertigkeit des Hühnereis wurde historisch auf 100 festgelegt, weil sein Aminosäureprofil dem menschlichen Bedarf sehr ähnlich ist. Es dient bis heute als Referenzprotein. Da das Ei jedoch nicht exakt dem menschlichen Proteinmuster entspricht, können bestimmte Lebensmittelkombinationen eine noch höhere biologische Wertigkeit erreichen – also Werte über 100.

Beispiele:

• Ei: 100
• Kartoffel + Ei: ca. 136 (optimale Kombination)

Der Proteinstoffwechsel

Proteine bestehen aus Aminosäuren, die Stickstoff enthalten. Beim Abbau von Proteinen, z. B. aus der Muskulatur, wird Stickstoff frei, der in der Leber zu Harnstoff umgewandelt und über die Nieren ausgeschieden wird. Die Differenz zwischen aufgenommenem und ausgeschiedenem Stickstoff ergibt die Bilanz:

Bei einer positiven Stickstoffbilanz nimmt der Körper mehr Stickstoff über Nahrungseiweiß auf, als er über den Harnstoff ausscheidet. Das ist typisch für Phasen des Wachstums, der Regeneration oder des Muskelaufbaus. Der Stoffwechsel arbeitet anabol, es werden neue Proteine gebildet.

Eine negative Stickstoffbilanz bedeutet dagegen, dass mehr Stickstoff verloren geht als aufgenommen wird. Das tritt bei Hungerzuständen, Erkrankungen oder anderen katabolen Situationen auf. Der Körper baut körpereigene Proteine ab – häufig mit Verlust von Muskelmasse.

Damit ist die Stickstoffbilanz ein zentraler Marker dafür, wie gut der Proteinaufbau funktioniert und ob der Organismus sich in einem Aufbau‑, Erhaltungs‑ oder Abbauzustand befindet. Sie hilft, Ernährungsstatus und metabolische Belastungen einzuschätzen.

Im Harnstoffzyklus werden vor allem:

• Aminosäuren, die nicht für den Aufbau von Proteinen gebraucht werden
• Überschüssige Aminogruppen aus dem Aminosäurestoffwechsel
• Ammoniak, das beim Proteinabbau entsteht

abgebaut.

→ Das Ziel ist immer: Stickstoff sicher entfernen, ohne den Körper zu belasten.

Der Harnstoffzyklus ist ein Entgiftungsprozess in der Leber. Er wandelt giftiges Ammoniak, das beim Abbau von Aminosäuren entsteht, in Harnstoff um – eine ungiftige, wasserlösliche Substanz, die über die Nieren ausgeschieden wird.

Das Endprodukt ist Harnstoff, der:

• über das Blut zur Niere gelangt
• dort gefiltert
• und schließlich mit dem Urin ausgeschieden wird

Harnstoff ist der wichtigste Marker dafür, wie viel Protein im Körper abgebaut oder überschüssig aufgenommen wurde.

Fette (Triglyceride) und ihre Bausteine, die Fettsäuren, übernehmen im Körper mehrere zentrale Aufgaben. Die wichtigste ist die Energieversorgung: Mit rund 9 kcal pro Gramm liefern Fette mehr als doppelt so viel Energie wie Kohlenhydrate oder Proteine. Darüber hinaus sind sie essenziell für:

• die Struktur von Zellmembranen (Phospholipide)
• die Aufnahme fettlöslicher Vitamine (A, D, E, K)
• die Hormonproduktion (z. B. Steroidhormone)
• die Wärmeisolierung und den Schutz innerer Organe
• die Bereitstellung von essentiellen Fettsäuren wie α-Linolensäure (ALA)

Fettsäuren sind also nicht nur Energielieferanten, sondern auch funktionelle Moleküle, die Stoffwechsel, Entzündungsprozesse und Zellkommunikation beeinflussen.

Ob Fett oder Öl, hängt von den Fettsäuren ab, die am Glycerin gebunden sind.

1. Je länger die Fettsäure, desto fester das Fett
2. Je mehr Doppelbindungen „je ungesättigter“ desto weicher, bzw. Öliger.

Außerdem machen die Doppelbindungen das Öl empfindlich gegen Sauerstoff. Es wird schnell ranzig und riecht fischig.

Aufbau von Fettsäuren

Fettsäuren bestehen chemisch aus:

• einer Kohlenstoffkette (C-Kette) unterschiedlicher Länge
• einer Carboxylgruppe (–COOH) am Anfang
• einem Methylende (–CH₃) am Ende

1. Speicherform: Triglyceride im Fettgewebe

Der Körper speichert Energie langfristig in Form von Triglyceriden. Diese befinden sich in den Adipozyten (Fettzellen) des Unterhautfettgewebes und der Bauchregion. Ein Triglycerid besteht aus Glycerin und drei Fettsäuren – eine kompakte, energiereiche Form, die sich gut lagern lässt.

Warum Fett als Speicherform so effizient ist:

• 9 kcal pro Gramm – mehr als doppelt so viel wie Kohlenhydrate oder Proteine
• kaum Wasserbindung → sehr platzsparend
• langfristig verfügbar

Der Körper greift auf Fettreserven zurück, wenn:

• der Blutzucker sinkt (z. B. zwischen Mahlzeiten, nachts)
• der Insulinspiegel niedrig ist
• Adrenalin, Noradrenalin oder Glukagon ansteigen (z. B. bei Bewegung, Stress, Kälte)
• ein Energiebedarf besteht, den Kohlenhydrate nicht decken können

Diese hormonelle Situation aktiviert die Lipolyse – den Abbau der Triglyceride im Fettgewebe.

Lipolyse: Wie Fett aus den Zellen freigesetzt wird

In den Fettzellen spalten Enzyme (HSL, ATGL) die Triglyceride in:

• Glycerin
• freie Fettsäuren (FFA)

Die freien Fettsäuren gelangen ins Blut und werden dort an Albumin gebunden transportiert. Glycerin wird in der Leber weiterverwertet (z. B. für Gluconeogenese).

Transport und Aufnahme in die Zellen

Die freien Fettsäuren werden zu den Organen transportiert, die sie als Energie nutzen können:

• Muskeln (Ruhe, Ausdauerbelastung)
• Leber
• Herzmuskel

Dort gelangen sie in die Mitochondrien – über das Carnitin-Shuttle, wenn sie langkettig sind.

Energiegewinnung: β‑Oxidation und Citratzyklus

In den Mitochondrien werden die Fettsäuren schrittweise abgebaut:

β‑Oxidation

• Jede „Runde“ entfernt 2 Kohlenstoffatome als Acetyl‑CoA
• Dabei entstehen NADH und FADH₂ → Energieträger für die Atmungskette

Citratzyklus & Atmungskette

• Acetyl‑CoA wird vollständig oxidiert
• NADH und FADH₂ erzeugen ATP über die Elektronentransportkette

Wie viel ATP entsteht aus einer Fettsäure?

Die ATP‑Ausbeute ist enorm – deshalb sind Fettpolster so energiereich.

Beispiel: Palmitinsäure (C16:0)

Eine der häufigsten Fettsäuren im Körper.

Gesamtgewinn: 106 ATP pro Molekül Palmitinsäure

Zum Vergleich:

• Glukose: ca. 30–32 ATP
• Palmitinsäure: 106 ATP

Das erklärt, warum Fett ein so mächtiger Energiespeicher ist.

Zusammenfassung

• Fett wird als Triglycerid gespeichert.
• Bei niedrigem Insulin und hohem Energiebedarf startet die Lipolyse.
• Fettsäuren werden über das Blut zu den Mitochondrien transportiert.
• Dort werden sie über β‑Oxidation und Citratzyklus zu ATP verarbeitet.
• Eine einzige Fettsäure liefert über 100 ATP – deutlich mehr als Glukose.

Einteilung der Fettsäuren nach Kettenlänge

Kurzkettige Fettsäuren (SCFA)

• 2–6 C-Atome
• wasserlöslich, entstehen v. a. im Darm durch bakterielle Fermentation
• Beispiel: Buttersäure (C4) – entsteht aus Ballaststoffen im Dickdarm

Mittelkettige Fettsäuren (MCFA)

• 6–12 C-Atome
• schneller verdaulich, gelangen direkt zur Leber
• Beispiel: Caprylsäure (C8) – in Kokosöl

Langkettige Fettsäuren (LCFA)

• 12 C-Atome
• häufigste Form in der Ernährung
• Beispiel: Ölsäure (C18:1) – in Olivenöl

Einteilung nach Anzahl der Doppelbindungen

Gesättigte Fettsäuren (SFA)

• keine Doppelbindungen
• meist fest bei Raumtemperatur
• kommen häufig in tierischen Fetten vor
• Beispiel: Stearinsäure (C18:0) – in Butter, Fleisch

Mehrfach ungesättigte Fettsäuren (PUFA)

• zwei oder mehr Doppelbindungen
• essenziell für Zellmembranen und Entzündungsregulation
• meist flüssig
• Beispiele:
  • Linolsäure (Omega‑6) – Sonnenblumenöl
  • α-Linolensäure (Omega‑3) – Leinöl
  • EPA/DHA (Omega‑3) – fetter Seefisch