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Biologische Wertigkeit von Proteinen

Essentielle Aminosäuren

In den Proteinen unseres Körpers sind ziemlich genau 20 verschiedene Aminosäuren enthalten. Einen großen Teil dieser Aminosäuren können unsere Zellen aus anderen Verbindungen selbst herstellen. Die Aminosäure Glycin kann beispielsweise aus der Aminosäure Serin synthetisiert werden, Serin wiederum kann aus 3-Phosphoglycerat synthetisiert werden, einem Zwischenprodukt der Glycolyse. Alanin wird aus dem Pyruvat gebildet, dem Endprodukt der Glycolyse. Einen genaueren Überblick finden Sie in dem Wikipedia-Artikel "Aminosäurestoffwechsel".

Es gibt aber einige Aminosäuren, die unser Körper nicht selbst herstellen kann. Diese Aminosäuren müssen mit der Nahrung aufgenommen werden. Man bezeichnet diese Aminosäuren als essentielle Aminosäuren. Hier eine Liste aller essentiellen Aminosäuren:

  • Arginin*
  • Histidin*
  • Isoleucin
  • Leucin
  • Lysin
  • Methionin
  • Phenylalanin
  • Threonin
  • Tryptophan

Arginin und Histidin werden als semi-essentiell bezeichnet, sie müssen nur von Kindern beim Heranwachsen oder bei der Genesung von bestimmten Krankheiten mit der Nahrung aufgenommen werden.

Bedarf an essentiellen Aminosäuren

In der folgenden Tabelle, die ich dem berühmten Schlieper (Grundfragen der Ernährung) entnommen habe, können Sie sehen, zu welchem Prozentsatz der menschliche Körper die essentiellen Aminosäuren benötigt.

Val Leu Ile Thr Met Lys Phe Trp
5,06 7,46 4,59 4,91 2,27 6,08 4,71 1,29

Wie ist die Tabelle zu lesen? Menschliche Proteine bestehen aus 20 verschiedenen Aminosäuren. Bei 5,06% dieser Aminosäuren handelt es sich um Valin, eine essentielle Aminosäure. Zu 7,45% bestehen unsere körpereigenen Proteine aus Leucin, zu 4,59% aus Isoleucin und so weiter. Wer mit Prozentrechnung nichts anfangen kann: 100 Gramm menschliches Protein enthält im Durchschnitt 5,06 Gramm der essentiellen Aminosäure Valin.

Natürlich sind das nur Durchschnittszahlen. Jeder Mensch ist anders, und die Zusammensetzung der Körperproteine hängt natürlich auch von dem Organ ab, in dem sie sich befinden. Leberproteine haben eine andere Zusammensetzung als zum Beispiel Gehirnproteine. Außerdem ändert sich die Proteinzusammensetzung bestimmt auch mit dem Alter des Menschen. Also, wie gesagt, die Zahlen in der Tabelle sind nur ganz grobe Durchschnittswerte.

Der Bedarf an Valin konkret berechnet

Wir wollen uns jetzt mal den Spaß machen, auszurechnen, wie viel Gramm Valin ein erwachsener Mann, der 80 kg wiegt, mit der Nahrung täglich zu sich nehmen muss. Die Empfehlung der DGE lautet, dass man täglich 0,8 g Protein pro kg Körpergewicht zu sich nehmen sollte. Ein 80 kg schwerer Mann sollte also 80 * 0,8 g = 64 g Protein mit der Nahrung zu sich nehmen. Davon sollten 5,06% aus der Aminosäure Valin bestehen. Das sind dann 64 * 0,0506 = 3,2 g. Weitere Einzelheiten zum Eiweißbedarf finden Sie auf meiner Lexikon-Seite "Eiweißbedarf".

Analyse des Milchproteins

Bei meinem Vorgehen auf dieser Homepage orientiere ich mich jetzt mal sehr stark an dem Lehrbuch von Frau Schlieper, Grundfragen der Ernährung, für mich das zur Zeit beste Lehrbuch für die gymnasiale Oberstufe, wenn es auch meiner Meinung nach zu viel Chemie enthält und vielleicht auch etwas zu teuer ist.

Val Leu Ile Thr Met Lys Phe Trp
6,87 10,5 6,27 4,48 2,51 7,76 5,07 1,49

100 Gramm Milchprotein (Casein + Molkenproteine etc.) enthalten also 6,87 Gramm der essentiellen Aminosäuren Valin. Körpereigene Proteine des Menschen benötigen nur 5,06 Gramm Valin pro 100 g. 100 Gramm Milchprotein enthält also mehr Valin, als der Mensch zum Aufbau von 100 g Körperprotein benötigt, der Valin-Bedarf ist zu 6,87/5,06 = 1,36 bzw. 136 Prozent gedeckt.

Das heißt also, Milch enthält ein sehr hochwertiges Protein, oder? Ja Vorsicht; denken wir doch mal an das Lego-Beispiel: Aus 2 roten, 4 grünen und 7 gelben Bausteinen kann man nur 2 Ampeln bauen. Die roten Bausteine sind dafür verantwortlich, dass man nicht 4 oder 7 Ampeln bauen kann. Hätten wir jetzt 20 rote Bausteine, könnte man trotzdem nur 4 Ampeln bauen, denn jetzt würden die grünen Bausteine die Zahl der Ampeln limitieren.

Das müssen wir jetzt auf die essentiellen Aminosäuren übertragen. Wir müssen für jede Aminosäure die prozentuale Bedarfsdeckung ausrechnen. Dazu machen wir uns am besten eine neue Tabelle:

Val Leu Ile Thr Met Lys Phe Trp
5,06 7,46 4,59 4,91 2,27 6,08 4,71 1,29
6,87 10,5 6,27 4,48 2,51 7,76 5,07 1,49
1,36 1,41 1,37 0,91        

Warum habe ich die letzten vier Werte nicht mehr berechnet? Weil ein schneller Vergleich des Milchproteins (2. Zahlenreihe) mit dem menschlichen Bedarf (1. Zahlenreihe) zeigt, dass die vier letzten Aminosäuren den Bedarf locker decken. Jeder Wert der 2. Zahlenreihe ist größer als der entsprechende Wert der 1. Zahlenreihe. Interessant sind nur die Aminosäuren, die den menschlichen Bedarf nicht decken. Und da fällt gleich das Threonin aus der Reihe, denn es deckt den menschlichen Bedarf nur zu 91%. Das Thr ist also der "rote Baustein", wenn man jetzt wieder das Lego-Beispiel heranzieht. Das Threoin ist dafür verantwortlich, dass aus 100 Gramm Milchprotein nur 91 Gramm körpereigenes Protein hergestellt werden kann. Und damit wären wir beim Thema dieser Seite angekommen, der Biologischen Wertigkeit BW.

Biologische Wertigkeit = die Menge an körpereigenem Protein, die aus 100 g Nahrungsprotein hergestellt werden kann.

Analyse weiterer Proteine

Wir wollen jetzt ein paar weitere Nahrungsmittelproteine auf ihre biologische Wertigkeit hin untersuchen. Fangen wir mal mit dem Weißbrotprotein an, also dem Protein, das im Weißmehl hauptsächlich enthalten ist.

Weißbrotprotein

Dazu machen wir uns gleich wieder eine Tabelle mit drei Reihen: Zunächst dem menschlichen Bedarf an essentiellen Aminosäuren, dann der Zusammensetzung des Nahrungsproteins, und schließlich der prozentualen Deckung dieses Bedarfs - allerdings nur für die Aminosäuren, die den Bedarf nicht decken:

Val Leu Ile Thr Met Lys Phe Trp
5,06 7,46 4,59 4,91 2,27 6,08 4,71 1,29
5,12 7,8 5,0 3,29 1,71 2,68 5,49 1,07
      0,67 0,75 0,44   0,83

Vier Aminosäuren decken den menschlichen Bedarf nicht zu 100%, nämlich Threonin, Methionin, Lysin und Tryptophan. Am schlimmsten ist dieser Mangel beim Lysin; der menschliche Bedarf an Lysin wird von dem Weißbrotprotein nur zu 44% gedeckt. Damit ist Lysin die limitierende Aminosäure des Weißbrotproteins, und das hat zur Folge, dass der menschliche Körper aus 100 g Weißbrot nur 44 g körpereigenes Protein herstellen kann. Die biologische Wertigkeit des Weißbrotproteins beträgt also 44%.

Val Leu Ile Thr Met Lys Phe Trp
5,06 7,46 4,59 4,91 2,27 6,08 4,71 1,29
5,12 7,8 5,0 3,29 1,71 2,68 5,49 1,07
      0,67 0,75 0,44   0,83
Hühnereiprotein
Val Leu Ile Thr Met Lys Phe Trp
5,06 7,46 4,59 4,91 2,27 6,08 4,71 1,29
8,14 8,45 7,13 3,95 5,27 5,27 5,81 1,40
      0,80   0,87    

An sich gilt das Hühnereiprotein als biologisch sehr hochwertig, in der Fachliteratur wird es immer als Referenz behandelt und auf den willkürlichen Wert 100 gesetzt, weil es angeblich das Protein mit der höchsten biologischen Wertigkeit ist. Ganz kann ich dieses Vorgehen aber nicht verstehen, weil die Tabelle eindeutig zeigt, dass Hühnereiprotein nur eine biologische Wertigkeit von 80% hat, also deutlich weniger als beispielsweise das Milchprotein mit einer BW von 91%.

Die Tabelle auf Seite 126 im aktuellen Schlieper (Grundfragen der Ernährung) zeigt sogar, dass Speisequark mit einer BW von 98% das Nahrungsmittel mit der höchsten biologischen Wertigkeit ist.

Erbsenprotein
Val Leu Ile Thr Met Lys Phe Trp
5,06 7,46 4,59 4,91 2,27 6,08 4,71 1,29
4,43 5,80 4,73 3,97 0,84 14,12 3,66 0,84
        0,37      

Wegen des geringen Gehalts an Methionin hat das Erbsenprotein (grüne Erbsen, nicht geschält) nur eine BW von 37%. Das ist nicht viel, und das, wo ich doch Erbsen so gerne mag, vor allem als Beilage zu meinem Schnitzel. Und damit wären wir auch gleich beim nächsten Lebensmittel.

Schnitzelprotein
Val Leu Ile Thr Met Lys Phe Trp
5,06 7,46 4,59 4,91 2,27 6,08 4,71 1,29
5,19 7,36 5,14 4,66 2,50 8,22 3,94 1,30
  0,99   0,95     0,84  

Wegen des geringen Gehalts an Phenylalanin hat das Schnitzelprotein eine recht hohe BW von 84%, das ist deutlich mehr als Erbsenprotein und sogar mehr als Hühnereiprotein.

Zu dem Schnitzel mit Erbsen esse ich auch gern Kartoffeln als Beilage, daher wollen wir mal sehen, was das Kartoffelproteine so alles enthält.

Kartoffelprotein
Val Leu Ile Thr Met Lys Phe Trp
5,06 7,46 4,59 4,91 2,27 6,08 4,71 1,29
5,37 5,85 4,20 3,85 1,51 5,85 4,39 1,51
  0,78   0,78 0,67      

Auch hier habe ich nicht alle Werte mehr berechnet, sondern nur die, welche den Verdacht nahelegen, dass der menschliche Bedarf weit unterschritten wird und dass die Aminosäure daher die limitierende sein könnte. Beim Kartoffelprotein ist Methionin die limitierende Aminosäure, daher beträgt die BW von Kartoffelprotein nur 67%.