Was bedeutet Biologische Wertigkeit?



Die Biologische Wertigkeit ist ein Maß für die relative Menge an körpereigenem Eiweiß, welches der Körper aus Nahrungseiweiß synthetisieren kann. Bedauerlicherweise gibt es hier zur Bestimmung der Eiweißqualität aber nicht nur eine einzige Methode, um diesen komplexen biochemischen Vorgang im Körper zu bewerten, sondern es entwickelten sich im Laufe vieler Jahrzehnte eine ganze Reihe an biologischen und chemischen Berechnungsmethoden. Um die unterschiedlichen Bewertungsansätze besser verstehen zu können, rückt vorab der Nährstoff Eiweiß näher in den Fokus.


Molekularstruktur von 2-Aminomuconsäure

Abbildung 1: Molekularstruktur von 2-Aminomuconsäure, Zwischenprodukt im Aminosäurenstoffwechsel von Tryptophan.


Wie wichtig ist Eiweiß?

Neben Mikronährstoffen, wie Vitaminen, Mineralstoffen und Spurenelementen sowie Wasser und Fett zählt Eiweiß zu den lebensnotwendigen Nährstoffen beim Menschen. Ohne eine ausreichende Eiweißversorgung können viele Stoffwechselfunktionen im Körper auf Dauer nicht ausgeführt werden. Eine ausreichende Versorgung ist aber nicht nur vom Alter, Geschlecht, Körpergewicht und der körperlichen Belastung, wie z. B. sportlicher Aktivität, Schwangerschaft, Stillen, Krankheit etc., abhängig, mehr dazu im Kapitel Eiweißbedarf, sondern auch von der Qualität des Nahrungseiweißes. Mit der Biologischen Wertigkeit soll genau diese Qualität eines Nahrungseiweißes beschrieben werden.

 

Was ist Eiweiß?

An dieser Stelle sei nochmals darauf hingewiesen, dass die Begriffe Eiweiß und Protein gleichbedeutend sind. Eiweiß bezeichnet also nicht nur das Weiße im Ei, also das Eiklar, sondern den Makronährstoff, der aus Aminosäuren zusammengesetzt ist. Der Begriff Protein ist aus dem Griechischen abgeleitet, dort bedeutet Protos so viel wie "das Erste", "das Wichtigste".


Hühnereier in brauner Schale nett angerichtet

Abbildung 2: Eiweiß ist nicht nur das Weiße vom Ei.


Für eine effektive und vollständige Regeneration ist jedoch nicht nur die Menge an Eiweiß entscheidend, sondern auch dessen Biologische Wertigkeit hat großen Einfluss. Was bedeutet aber nun Biologische Wertigkeit?

Wenn es um das Thema Proteinqualität und Biologische Wertigkeit geht, werden schnell die unterschiedlichen Berechnungsmethoden und Zahlenwerte durcheinander geworfen. Im Grunde sollte bei allen Methoden die Verwertbarkeit des aufgenommenen Eiweißes ausgedrückt werden. Um also zu ermitteln, wie gut der Bedarf an zusätzlich erforderlichen Bausteinen für die körpereigene Proteinsynthese durch das aufgenommene Eiweiß gedeckt werden kann, ist der Aufbau des Eiweißes und seine Bioverfügbarkeit, also vor allem seine Verdaulichkeit, von großer Bedeutung.

 

Wie ist Eiweiß aufgebaut?

Es sei noch einmal kurz erklärt, dass alle Proteine aus Aminosäuren, genauer gesagt aus den proteinogenen Aminosäuren, d. h. proteinbildenden Aminosäuren, aufgebaut sind. Aneinander gekettet bilden die Aminosäuren sogenannte Peptide, genauer gesagt spricht man bei wenigen Aminosäuren von Oligopeptiden und bei mehr als zehn Aminosäuren von Polypeptiden. Bestehen die Polypeptide aus mehr als 100 Aminosäuren, dann spricht man schließlich von Protein.1

Bei den Aminosäuren unterscheidet man unentbehrliche (frühere Bezeichnung: essenzielle), bedingt entbehrliche (semi-essenzielle) und entbehrliche (nicht-essenzielle) Aminosäuren. Unentbehrliche Aminosäuren müssen zwingend mit der Nahrung aufgenommen werden. Bedingt entbehrliche und entbehrliche Aminosäuren können zwar grundsätzlich vom Körper selbst mithilfe unentbehrlicher Aminosäuren synthetisiert werden, unter gewissen Umständen ist dies jedoch gar nicht oder nicht in ausreichendem Maße möglich. Dies ist etwa für Neugeborene und Heranwachsende, aber auch für Erwachsene bei erhöhtem Bedarf der Fall.

Damit wird deutlich, dass der Gehalt an unentbehrlichen und z. T. auch bedingt entbehrlichen Aminosäuren im Eiweiß von herausragender Bedeutung ist. Dies spiegelt sich auch in einigen Formeln zur Berechnung der Biologischen Wertigkeit wider.

 

Welche Aminosäuren gibt es?

Es sind etwa 270 Aminosäuren bekannt, allerdings sind für die menschliche Proteinsynthese nur die proteinogenen Aminosäuren interessant. Alle proteinogenen Aminosäuren gehören zum Typ der α-Aminosäuren (alpha-Aminosäuren). Abgesehen von der Aminosäure Glycin sind α-Aminosäuren chiral, d. h. es gibt wegen ihres asymmetrischen Kohlenstoffatoms (oder mehrerer) jeweils eine D-Form (dextro = rechts) und eine L-Form (levo = links). Proteinogene Aminosäuren sind jedoch nur die L-Aminosäuren. Hiervon gibt es 20 Aminosäuren. Diese 20 proteinogenen L-Aminosäuren lassen sich, wie erläutert, in unentbehrliche, bedingt entbehrliche und entbehrliche Aminosäuren einteilen. Allerdings ist diese Einteilung nicht immer starr. Hier gibt es einige Ausnahmen.

 

Unentbehrliche (essenzielle) Aminosäuren

Welche Aminosäuren sind unentbehrlich (essenziell)?

Histidin, Isoleucin, Leucin, Lysin, Methionin, Phenylalanin, Threonin, Tryptophan und Valin2

Die beiden Aminosäuren Lysin und Threonin sind in dieser Gruppe hervorzuheben, weil sie absolut unentbehrlich sind. Sie können nicht transaminiert werden und ihre Desamination ist nicht umkehrbar.3 D. h., sie sind vom Umbau ihrer Struktur komplett ausgeschlossen.

Bis zur Festlegung des Referenzproteins der WHO 1985 für Erwachsene, mehr dazu im Kapitel 1, Chemical Score (CS), wurde die Aminosäure Histidin nicht zu den unentbehrlichen Aminosäuren gezählt, dies änderte sich jedoch durch die Festlegung im gleichen Jahr. Es wurde festgestellt, dass auch unter normalen Umständen diese Aminosäure in der Ernährung zugeführt werden muss, um eine ausreichende Versorgung für einen uneingeschränkten Eiweißstoffwechsel sicherzustellen.

 

Bedingt entbehrliche (semi-essenzielle) Aminosäuren

Welche Aminosäuren sind bedingt entbehrlich (semi-essenziell)?

Arginin, Cystein, Glutamin, Glycin, Prolin und Tyrosin4

Als bedingt entbehrliche Aminosäuren bezeichnet man Aminosäuren, die im Grunde entbehrlich sind, jedoch unter bestimmten Voraussetzungen zu unentbehrlichen werden. Oftmals wird in dieser Gruppe nur Arginin genannt, welches z. B. für Heranwachsende und Schwangere unentbehrlich ist, aber es gehören auch Cystein und Tyrosin sowie unter Umständen auch Glutamin, Glycin und Prolin hinzu, wie im WHO Technical Report Series 935 von 2007 beschrieben. Beispielsweise sind bei Neugeborenen Arginin, Cystein und Tyrosin unentbehrlich, bei Kleinkindern Arginin und Tyrosin, bei Heranwachsenden und Stoffwechselkrankheiten, wie Phenylketogurie, Tyrosin oder bei Menschen mit hoher körperlicher Belastung Arginin und Glutamin.

 

Entbehrliche (nicht-essenzielle) Aminosäuren

Welche Aminosäuren sind entbehrlich (nicht-essenziell)?

Alanin, Asparagin, Asparaginsäure, Glutaminsäure und Serin5


Wie wird die Biologische Wertigkeit ermittelt?

Zur Berechnung der Biologischen Wertigkeit im zu bewertenden Eiweiß wird bei vielen Formeln auf den in Aminosäuren enthaltenen Stickstoff oder auf den Gehalt der Aminosäuren selbst abgestellt. Die verschiedenen Formeln zur Berechnung können in chemische Formeln und biologische Formeln unterteilt werden. Die wichtigsten und bekanntesten Formeln werden im Folgenden vorgestellt und erklärt.



Chemical Score



Literaturnachweis

1. Biesalski, Hans Konrad et al., Ernährungsmedizin, Thieme, 2017, S. 146.
2. WHO, Technical Report Series No. 935, Protein and amino acid requirements in human nutrition, 2007, S. 29.
3. Biesalski, Hans Konrad et al., Ernährungsmedizin, Thieme, 2017, S. 146.
4. WHO, Technical Report Series No. 935, Protein and amino acid requirements in human nutrition, 2007, S. 29.
5. WHO, Technical Report Series No. 935, Protein and amino acid requirements in human nutrition, 2007, S. 30.



Abkürzungen

WHO - World Health Organization, zu Deutsch: Weltgesundheitsorganisation
CS - Chemical Score