Ernährungsphysiologie at Universität Bonn

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Kalorie definition 

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Umrechnung Einheiten Kalorie und Joule 

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Einheiten Energiegehalt NST
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Joule Definiton

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Einflüsse Beeinträchtigung auf energetische Effizienz 

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ATP

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Methoden zur Bestimmung des Energieumsatzes 
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Energiezufuhr und Verfügbarkeit 

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Physiologischer Brennwert

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Physikalischer Brennwert 

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Thermodynamischer Wirkungsgrad der Zelle 
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Energetisches (Joulesches) Äquivalent 

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Ernährungsphysiologie

Kalorie definition 
1 cal ist die Energiemenge, die 1 g Wasser bei normalem Atmosphärendruck von 14,5 °C auf 15,5 °C erwärmt
Bei Verwendung von kcal entspricht demnach 1 kcal der Energiemenge, die 1 kg Wasser bei normalem Atmosphärendruck von 14,5 °C auf 15,5 °C erwärmt.

Ernährungsphysiologie

Umrechnung Einheiten Kalorie und Joule 
Die Einheiten Kalorie und Joule können ineinander umgerechnet werden:
  • 1 J (KJ) = 0,239 cal (kcal)
  • 1 cal (kcal) = 4,184 J (KJ) 

Ernährungsphysiologie

Einheiten Energiegehalt NST
  • Traditionelle Einheit Kalorie (cal)
  • SI-Einheit Joule (J) 
  • im Zusammenhang mit Nahrung und Metabolismus wird üblicherweise Einheit Kilokalorie (kcal) verwendet  

Ernährungsphysiologie

Joule Definiton
1 J ist die Energiemenge, die benötigt wird, um über die Strecke von 1 m die Kraft von 1 N aufzuwenden

Ernährungsphysiologie

Einflüsse Beeinträchtigung auf energetische Effizienz 
  • Entkopplung des Elektronentransports von der ATP-Synthese durch Stoffe, die Protonen an der ATPase vorbei zurück in den Matrixraum transportieren
            -> z.B. Koffein, Nikotin, Amphetamine und physiologische               Botenstoffe (sog. Entkopplungsproteine, engl. Uncoupling Protein)

  • Aufbau von cheminschen Verbindungen und unmittelbarer Abbau in Ausgangssubstanzen (engl. Substrate Cycling)

Ernährungsphysiologie

ATP
Spaltung setzt Energie frei 
Hydrolyse liefert ca 33,5 Kj (8kcal) pro mol ATP 

Der Energieverbrauch des menschlichen Körpers in Ruhe (= Grundumsatz) liegt bei:
  • 3 mol (1,5 kg) ATP pro Stunde bzw.
  • 72 mol (36 kg) ATP pro 24 Stunden

Bei Erwachsenen: ca 85kg ATP pro 24h gebildet& verbraucht 
Nur ein Teil der Nahrungsenergie in ATP umgesetzt 

Ernährungsphysiologie

Methoden zur Bestimmung des Energieumsatzes 
  • Bilanztechnik (veraltet)
  • Direkte Kalorimetrie
  • Indirekte Kalorimetrie
  • Umsatzmessung nach Gabe stabiler Isotope
    • Doubly Labeled Water Methode
    • Bicarbonat Methode

Ernährungsphysiologie

Energiezufuhr und Verfügbarkeit 
Als hauptsächliche Energielieferanten dienen die folgenden Nährstoffe: 
  • Fette
  • Proteine
  • Kohlenhydrate
  • Alkohol

darin gespeicherte Energie wird auf ATP übertragen 
ATP-> zelluläre Energiesubstanz 
in Muskulatur erfolgt zusätzlich die Übertragung auf Keratinphosphat 

Ernährungsphysiologie

Physiologischer Brennwert
Energie, die vom Organismus genutzt werden kann

Faktoren die bewirken, dass nicht die gesamte Nahrungsenergie verstoffwechselt werden kann, sind:
  • Ca. 5-10 % der zugeführten Energie gehen aufgrund von unvollständiger Verdauung oder Absorption über den Faeces verloren.
  • In Proteinen enthaltener Stickstoff wird nur unvollständig oxidiert, auf Harnstoff übertragen und über den Urin ausgeschieden. Dies sind ca. 20 % der Protein-Energie. Daher ist insbesondere bei Proteinen der physiologische Brennwert etwas geringer als der physikalische Brennwert.
  • Transport, Umbau und Speicherung der zugeführten Substrate erfordern ca. 5-10 % der zugeführten Energie.

Organismus stehen ca. 70-80% der absorbierten Energie für Energieverbrauchende Prozesse zur Verfügung , nach Abzug von Verlustwärme ca. 30% der zugeführten Energie 

Ernährungsphysiologie

Physikalischer Brennwert 
Wärmeenergie, die bei vollständiger Verbrennung der Energieträger Fett, Kohlenhydrate, Protein und Alkohol unter der Zufuhr von Sauerstoff und in Anwesenheit von Platin als Katalysator entsteht

  • Energiegehalt von NST wird mithilfe des Bombenkalorimeters ermittelt 
  • Messung der Veränderung der Temp eines Mediums während des Verbrennungsprozesses 

-> gemessene Differenz physikalischer Brennwert 

Ernährungsphysiologie

Thermodynamischer Wirkungsgrad der Zelle 
Verhältnis der nutzbar umgesetzten zu insgesamt verbrauchten Energie 

Ernährungsphysiologie

Energetisches (Joulesches) Äquivalent 
Energie, die bei der Verbrennung von NST pro Liter Sauerstoff freigesetzt wird 
Abhängig von der zugeführten Nahrung 

Bei der Verbrennung der Makronährstoffe werden pro Liter Sauerstoff folgende Energien freigesetzt:
  • Kohlenhydrate: 21,13 kJ
  • Fette: 19,62 kJ
  • Proteine: 18,79 kJ
  • 50 % KH + 50 % Fett: 20,30 kJ

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