Das Minimumgesetz
Tierische und pflanzliche Proteinquellen unterscheiden sich darin, wie gut der menschliche Körper sie nutzen kann. Wichtige Unterschiede betreffen das Aminosäurenprofil, die Verdaulichkeit und die Nutzung für den Aufbau körpereigener Proteine. Proteinsynthese ist der Aufbau von Proteinen im Körper aus Aminosäuren. Im Folgenden werden diese Unterschiede in drei gut verständlichen Schritten erklärt:
- Das Aminosäureprofil sollte gut passen.
- Die Verdaulichkeit limitiert die Aufnahme der Proteine aus der Nahrung in den Körper.
- Die Nutzung von Aminosäuren für die Proteinbiosynthese im Körper limitiert die effektiv verfügbaren Proteine und freien Aminosäuren.
Das Aminosäurenprofil
Proteine bestehen aus Bausteinen, die Aminosäuren heißen. Aminosäuren sind kleine Moleküle, aus denen Proteine aufgebaut werden. Einige davon muss der Mensch mit der Nahrung aufnehmen. Diese nennt man essenzielle Aminosäuren. Essenzielle Aminosäuren sind Aminosäuren, die der Körper nicht selbst in ausreichender Menge herstellen kann. Tierische Proteine aus Fleisch, Fisch, Milch oder Ei passen oft besser zu dem Bedarf des menschlichen Körpers als einzelne pflanzliche Proteinquellen, weil ihr Proteinprofil genauer zu dem des Menschen passt. Bei pflanzlichen Proteinen fehlen oft eine essenzielle oder mehrere Aminosäuren oder sie liegen nicht in ausreichender Menge vor. Ein weiteres Problem ist das Mengenverhältnis der Aminosäuren zueinander. Dies nennt man ein Aminosäurenprofil.
Ein Aminosäurenprofil sagt aus, welche Aminosäuren in welchen absoluten und zueinander relativen Mengen vorliegen.
Das Aminosäurenprofil wird durch Messung erhoben. Meistens bewegen sich die einzelnen Werte in kleinen Bereichen, die wenige Prozente voneinander abweichen können.
Bezogen auf die Nahrung gibt es das Aminosäurenprofil des zu ernährenden Menschen und jenes der Nahrung. Idealerweise sind sie identisch, praktisch ist dies bei Eiern und Rindfleisch und gesunden, nicht überzüchteten Schweinen der Fall. Milchprodukte liegen in guter Nähe. In pflanzlicher Nahrung fehlt die eine oder andere Aminosäure komplett, andere sind zu viel oder zu wenig vorhanden. Die Bioverfügbarkeit von pflanzlichen Proteinen ist wegen der schlechteren Verdaulichkeit bzw. der Unverdaulichkeit von Pflanzenbestandteilen oft geringer.
Das Minimumgesetz
Das Minimumgesetz (Liebig’sches Minimumgesetz) beschreibt den Zusammenhang zwischen Bedarf und Verfügbarkeit eines benötigten Faktors.
Formulierung:
Der Faktor, der im Verhältnis zum Bedarf am wenigsten vorhanden ist, begrenzt den gesamten Ablauf.
Übertragen auf Proteine bedeutet das:
Bei Proteinen ist diejenige Aminosäure begrenzend, die im Verhältnis zum Bedarf zuerst knapp wird. Sie heißt limitierende Aminosäure. Eine limitierende Aminosäure ist die essenzielle Aminosäure, die im Verhältnis zum Bedarf am stärksten fehlt und deshalb die Nutzung des gesamten aufgenommenen Proteins für die Proteinsynthese begrenzt. Fehlt sie oder liegt sie in zu geringer Menge vor, kann der Körper auch die anderen Aminosäuren nicht vollständig für die Proteinsynthese nutzen.
Das Minimumgesetz wird vom Körper praktisch dadurch „durchgesetzt“, dass er die Aminosäuren, die relativ zur limitierenden Aminosäure im Überschuss sind, ab- oder umbaut, bis die Verhältnisse der Aminosäuren zueinander seinem aktuellen Bedarf entsprechen. Dieser Bedarf ist abhängig von Gesundheit, Genetik, Lebensweise und anderen Faktoren.
Die Tabelle zeigt typische Beispiele für limitierende Aminosäuren in pflanzlichen Proteinquellen:
| Pflanzliche Proteinquelle | Typisch limitierende Aminosäure | Folge |
|---|---|---|
| Getreide, zum Beispiel Weizen, Reis oder Mais | Lysin, teilweise auch Threonin | Das Protein kann vom Körper nicht vollständig genutzt werden. |
| Hülsenfrüchte, zum Beispiel Linsen oder Erbsen | Methionin, teilweise auch Cystein | Auch hier ist die Nutzung des Proteins eingeschränkt. |
Biologische Wertigkeit
Die biologische Wertigkeit gibt an, wie gut ein Nahrungsprotein in körpereigenes Protein umgewandelt werden kann.
Grundsätzlich kann man die biologische Wertigkeit für alle Nahrungsmittel angeben, besonders wichtig ist sie aber für die Proteine, weshalb diese Betrachtung darauf begrenzt bleibt. Im Allgemeinen erreichen viele tierische Proteinquellen dabei höhere Werte als einzelne pflanzliche Quellen. Allerdings kann sich die biologische Wertigkeit erhöhen, wenn verschiedene pflanzliche Lebensmittel geschickt kombiniert werden.
Intestinale Verdaulichkeit und Antinährstoffe
Nicht alles, was in einem Lebensmittel an Protein enthalten ist, steht dem Körper nach dem Essen wirklich zur Verfügung. Eine wesentliche Rolle spielt hierbei die intestinale Verdaulichkeit.
Die intestinale Verdaulichkeit sagt aus, wie gut ein Protein im Darm zerlegt und durch die Darmwand ins Blut aufgenommen werden kann.
Tierische Proteine sind oft leichter verdaulich. Pflanzliche Proteine sind zum Teil in festen Zellstrukturen eingeschlossen und deshalb für den Körper manchmal schwerer zugänglich. Der menschliche Körper kann die Zellwände nicht selbst aufschließen. Zudem gibt es auch andere Hindernisse für die Verdauung. Dafür hat die Kuh einen Pansen, in welchem die Pflanzen vergoren werden. Durch die Bakterien wird mittels Vergärung (und anderer Fermentationsprozesse) auch Pflanzennahrung aufgeschlossen. Da aber auch dieser Prozess Grenzen hat, muss die Kuh mehrfach wiederkäuen, um durch die Mahlbewegung beim Kauen die Pflanzen mechanisch weiter zu verkleinern. Menschen haben keinen Vormagen und sollten keinesfalls wiederkäuen.
Damit Menschen Pflanzen verdauen können, müssen sie diese sehr intensiv kauen und dann im Darm alles, was durch den Magen unverarbeitet hindurch geht, von Bakterien fermentieren lassen. Die Bakterien leben von den so aufgelösten Ballaststoffen. Diese Ballaststoffe haben für den Menschen vor allem die Funktion von Füllstoffen, sie werden aber kaum als Nährstoff genutzt. Die so gezüchteten Bakterienkulturen halten wir uns also im Darm, damit wir Pflanzennahrung verwerten können. Eine Verbesserung der Verdaulichkeit ergibt sich durch das Garen der Pflanzen vor dem Essen. Dadurch werden die Zellwände aufgeschlossen und die Inhalte der Zellen verfügbar gemacht. Leider gehen dabei Vitamine und Mineralstoffe zum Teil verloren und die Proteine werden teilweise so denaturiert, dass sie nur durch Fäulnisprozesse im Darm aufschließbar werden.
Weitere Probleme in der Bioverfügbarkeit pflanzlicher Nahrung
Bioverfügbarkeit sagt aus, wie viel von einem in der Nahrung enthaltenen Nährstoff vom Körper tatsächlich aufgenommen und genutzt werden kann.
- Antinährstoffe sind Stoffe in Lebensmitteln, die die Aufnahme oder Nutzung von Nährstoffen erschweren können. Proteaseinhibitoren sind solche Antinährstoffe, die eiweißspaltende Verdauungsenzyme hemmen. Sie kommen zum Beispiel in Soja und anderen Hülsenfrüchten vor.
- Phytinsäure ist ein pflanzlicher Speicherstoff, der vor allem Spurenelemente bindet und damit deren Aufnahme reduziert.
- Tannine sind pflanzliche Gerbstoffe, die mit Proteinen und anderen Stoffen reagieren können.
Um Proteinquellen zu bewerten, verwendet man unter anderem den DIAAS (Digestible Indispensable Amino Acid Score). DIAAS ist ein Maß dafür, wie gut ein Protein den Körper mit essenziellen Aminosäuren versorgt, wenn auch die Verdaulichkeit im Dünndarm berücksichtigt wird. Viele tierische Proteine schneiden dabei günstig ab. Bei pflanzlichen Proteinen können Zubereitung, Verarbeitung und die Kombination verschiedener Lebensmittel die Bewertung verbessern.
Anabole Schwelle und Leucingehalt
Die Proteinbiosynthese ist notwendig, weil die Proteine aus der Nahrung im Darm zerlegt werden, um eine Resorption (Aufnahme durch die Darmwand) zu ermöglichen. Dabei werden die Proteine (lange Ketten von Aminosäuren) solange zerlegt, bis einzelne Aminosäuren oder kleine Stücke, die Peptide, entstehen (hängt man zwei oder mehr Aminosäuren über eine sogenannte Peptidbindung aneinander, nennt man das ein Peptid. Ab etwa 50–100 Aminosäuren langen Ketten spricht man nicht mehr von Peptiden, sondern von Proteinen). Nachdem sie in diese kleinen Teile zerlegt wurden, werden sie vom Darm ins Blut gebracht und durch den Blutkreislauf im ganzen Körper verteilt. In den Körperzellen, vor allem in der Leber und im Muskel, werden diese Aminosäuren und Peptide wieder zusammengebaut zu den Proteinen, die in der jeweiligen Zelle benötigt werden. Dieser Neuaufbau von Proteinen heißt Proteinbiosynthese.
Für den Erhalt und Aufbau von Muskeln ist die Muskelproteinsynthese wichtig. Muskelproteinsynthese ist der Aufbau neuer Muskelproteine im Körper. Dabei spielt besonders die Aminosäure Leucin eine Rolle. Leucin ist eine essenzielle Aminosäure, die der Körper für den Muskelaufbau und andere Stoffwechselvorgänge benötigt. Tierische Proteinquellen liefern pro Portion relativ viel Leucin. Deshalb erreichen sie die anabole Schwelle häufig leichter.
Die anabole Schwelle ist die Menge eines Reizes oder Nährstoffs, ab der der Aufbau von Körpersubstanz deutlich angeregt wird.
Pflanzliche Proteinquellen können ebenfalls geeignet sein, dafür braucht man aber oft größere Mengen oder eine effektiv konstruierte Kombination verschiedener Lebensmittel.