Nährstoffe Flashcards
Was sind Nährstoffe?
- Energiequelle und Körperaufbau:
* Kohlenhydrate
* Eiweiße
* Fette - Wasser und Verbindungen, die die Aufnahme energiereicher Verbindungen erleichtern oder essentielle Bestandteile von Stoffwechselvorgängen liefern
* Vitamine
* Mineralien/Spurenelemente
Kohlenhydrate
Zucker wie z.B.
**Glukose
**Saccharose (Transportzucker in Pflanzen): Glukose+Fruktose
**Trehalose (Hämolymphzucker bei Insekten):
Glukose+Glukose
- Stärke:
- **Amylopektin (alpha-1,4 und alpha-1,6-Verzweigung)
- **Amylose (alpha-1,4)
*Inulin:
Grundbaustein Fruktose
**in Compositen: Dahlien, Löwenzahn
**Topinamur: reich an Inulin in der Knolle; süßlich
- Glykogen (tierische Stärke)
- **wie pflanzliche Stärke
- **Leber- und Muskelzellen von Vertebraten
- **verschiedene Zellen von Invertebraten
Klebrige Polysaccharide
*Pektine: Polymere von Galacturonsäure
*Hemicellulosen sehr variabel und nicht mit Cellulose verwandt
=> Polymere von mehreren Einfachzuckern (Xylose, Arabinose, etc.)
- Gras-Hemicellulosen sind reich an Xylose mit Anteilen von Arabinose, Galactose und Uronsäuren
- Erbsen-Hemicellulosen sind reich an Arabinose, Galactose und Uronsäuren, aber mit nur wenig Xylose
- Cellulose:
- **Bindungen 1,4-beta-glykosidisch
- **40-60% der Zellwand
Verdauung von Stärke und Cellulose
- Stärke: Amylasen
- Cellulose: Cellulasen
- *früher: Cellulasen werden i.d.R. von Endosymbionten geliefert; nur wenige Tiere körpereigene Cellulasen
z. B. Silberfischchen, Assel Limnoria ?
**heute: Endogene Zellulasen in niedrigen/höheren Termiten, Schaben, Grillen, Käfer, Lepismatidae, Collembola, Phasmiden
Effektivität der Celluloseverdauung abhängig von…
- mikrobielle Aktivität und Expression insekteneigener Cellulasen
- Darmlänge und Darmvolumen
- Verweildauer der Nahrung im Darm
- Anteil verdauungsmindernder Substanzen in Nahrung
- z.B. phenolische Verbindungen (Tannine)
- setzen Aktivität von Verdauungsenzymen herab
*besonderen Anpassungen im Verhalten oder in Morphologie/Anatomie
Anpassungen im Verhalten (Celluloseverdauung)
*Wirtspflanzenwahl: Vermeidung faserreicher Nahrung
*Autokoprophagie: Fressen der eigenen Exkremente
(Kaninchen, Meerschweinchen)
=> erst doppelte Darmpassage der aufgenommenen Nahrung gewährleistet, dass pflanzliche Nahrung effektiv verwertet wird
Anpassungen in Morphologie/Anatomie
- Darmlänge/Darmvolumen
- besondere Zahnstrukturen
- hochkronige, breite Zähne beim Pferd zum Zerreiben von hartem Gras
(hochkronig -> Schmelz schmirgelt langsam ab | bei Kaninchen wachsen hochkronige Zähne nach)
*besondere Magenstrukturen
- Wiederkäuer (Vorderdarmfermentierer)
- Pferde (Enddarmfermentierer)
- besondere Darmstrukturen
- langer Blinddarm
- kompartimentierter Grimmdarm
Kohlenhydratgehalt von Pflanzen
*abhängig von Lichtexposition
- Tageszeitliche Schwankungen
- Jahreszeitliche Schwankungen
- Standortbedingte Schwankungen
- C/N Verhältnis oft invers
- junge Blätter: N hoch, C niedrig
- alte Blätter: N niedrig, C hoch
Proteingehalt in Pflanzen
- abhängig von Taxon
- variert nach pflanzl. Gewebe
- variert nach Stickstoffversorgung der Pflanze
- Pflanzen können prinzipiell alle notwendigen AS bieten
- reich an Proteinen und allen notwendigen essentiellen AS: Weizenkeime & Sojabohnen
- einige Pflanzen arm an Methionin (Hülsenfrüchte) und Lysin (Getreideprodukte)
- einige Insekten mit Endosymbionten, die auch wichtige AS liefern können,
z. B. Blatella germanica: endosymbiontische Produktion von Methionin aus Schwefel
Essentielle AS
- Lysin
- Valin
- Leucin
- Methionin
- Isoleucin
- Threonin
- Phenylalanin
- Tryptophan
Fette: Kategorisierung
- Öle: Fettsäuren
- Echtes Fett: Fettsäuren verestert mit Glycerin
- Wachse: Fettsäuren verestert mit langkettigen Alkoholen
- Tierisches Fett: Cholesterin und viel gesättigte FS
- Pflanzliches Fett: Phytosterol und viel mehrfach ungesättigte FS
Phytosterole wichtig für herbivore Insekten, da sie keine eigene Sterolsynthese betreiben können
Öle
- FS flüssig bei Raumtemperatur
- am verbreitesten in Samen
- einige haben so viel Öl, dass sie industriell produziert und geerntet werden können (Olive, Kokosnuss, Sonnenblume, Sojabohne)
- am häufigsten:
- Ölsäure (C-18 1 Doppelbindung)
- Linolsäure (C-18 2 Doppelbindungen) - Omega-3-FS
- Linolensäure (C-18 drei Doppelbindungen) - Omega-6-FS
Letztere beiden essentielle FS
> Einbau in Zellmembran
Vorstufen von Eicosanoiden -> lokale Mediatoren: Regulation Gefäßtonus, Entzündungsreaktionen, Blutgerinnung
Antioxidantien
Relevanz Insekten:
> Bildung von Phospholipiden
> Fehlen führt zur Störung bei Häutung
Wachse
- Komplxe Fettsäuren verestert mit langkettigen Alkoholen
- Epikutikulare Pflanzenwachse: Äußere Schicht von Blättern, Früchten und Stengeln
- Kuticulare Wachse: Eingebunden in Kuttikula der Pflanze.
- Cutin ist Wachs in der Kuttikula
- Suberin wird in Korkzellen in der Rinde und in Pflanzenwurzeln gefunden, verhindern Wasserverlust
- Struktur der Wachse abhängig von Pflanze
- Wachse sind normalerweise härter und wasserabweisender als andere Fette
Vitamine
- chemisch uneinheitliche Stoffe
- nicht stabil bei Erhitzen/Kochen
- Fettlösliche Vitamine: A, D, E, K
- Wasserlösliche Vitamine: B, C, H
Vitamin A (Retinol)
Biogenese:
*aus Carotin = Provitamin A
Vorkommen:
- Provitamin A in zahlreichen Pflanzen
- Retinol in tierischen Produkten: Lebertran, Eigelb
Funktion:
- herbivore Insekten: ??
- Mensch: Oxidation von Retinol zu Retinal;
a) prosthetische Gruppe v. Sehfarbstoffen (Rhodopsin), Mangel: verminderte Sehfähigkeit im Dunkeln
b) beteiligt an Fülle weiterer Stoffwechselvorgänge, z.B. Zellwachstum, Hauterneuerung
Vitamin D (Calciferol)
- Vitamin D2:
- *Vorkommen: Pflanzen, die von Pilzen befallen sind
- *Biogenese: aus Ergosterol (in pilzlicher Membran) unter UV-Einfluss im Menschen zu Vitamin D2 umgewandelt
- Vitamin D3 (Cholecalciferol):
- *Vorkommen: in tierischer Nahrung, aber auch in einigen Pflanzen (Solanaceae)
- *Biogenese: aus 7-Dehydrocholsterol unter UV-Einfluss im Menschen zu Vitamin D3 umgewandelt
- Funktionen:
- *im Menschen: reguliert Calcumabsorption aus Nahrung
- *Mangelkrankheiten: Osteoporose; Rachitis; viele weitere Krankheitsbilder (auch Ca++-abhängige nervös gesteuerte Prozesse)
**in Insekten: keine Funktion vom Vitamin bekannt, aber Steroide wichtig für Biosynthese von Hormonen (Ecdyson)
Vitamin E (Tocopherole)
Biogenese:
*nur in Pflanzen
Vorkommen: *Getreide *Nüsse *Samen (über Nahrungskette auch in allen tierischen Membranen)
Funktionen:
- **herbivore Insekten:
- Antioxidans; verhindert Oxidationen an mehrfach ungesättigten FS, Radikalfänger
- **Mensch:
- Antioxidans
- Mangelerscheinungen: diffus (trockene Haut, schlechte Wundheilung)
Vitamin K (Phyllochinon)
Biogenese:
- in Pflanzen
- Bakterien können aus Phyllochinon das Menachinon produzieren
- Menachinon mit Difarnesylrest
Vorkommen:
- in Chloroplasten in Pflanzen
- Darmbakterien, die Menachinon produzieren
Funktionen:
- Mensch:
- *Vitamin K beteiligt an Bildung von Prothrombin/Blutgerinnung
- *Zellwachstumsregulation
Vitamin B Komplex
Biogenese:
- uneinheitlich
- bei Mangel ähnliche Krankheitsbilder (Hautentzündungen, Wachstumsstilstand)
- z.B. Thiamin, Riboflavin, Pantothensäure
Vorkommen:
*Pflanzen/Tiere
Funktion:
- Insekten: Biotin für FS-Synthese
- Mensch: als Coenzyme verschiedene Effekte in diversen Stoffwechselvorgängen (FSW, Atmungskette, Transaminierung AS, etc.)
Vitamin B12:
*Porphyrinring-ähnliche Struktur
Vitamin C
*Ascorbinsäure
Biogenese:
Glucose -> Glucuronsäure -> Lactonbildung
Vorkommen:
- Pflanzen (Früchte/Gemüse)
- die meisten Tiere (Amphibien, Reptilien, viele Säuger) können Vitamin C selbst produzieren, außer:
z. B. Primaten, Meerschweinchen
Funktion:
- herbivore Insekten/Mensch:
- *leicht oxidierbar, also Antioxidans
- *Radikalfänger
- *Co-Faktor für Redoxreaktionen
Vitamin H (Biotin)
Vorkommen:
*Pflanzen/Tiere/Bakterien
Funktion:
*prosthetische Gruppe von Carboxy-Transferasen (Gluconeogenese, FS-Biosynthese)
*in vitro: Biotin kann auch Histone modifizieren (Biotinylierung) und damit Genexpression beeinflussen
(in vivo: eher selten)
Mineralstoffe aus Pflanzen
- meist gut über Pflanzen deckbar
- Gehalt an P und N in Insekten deutlich höher als in Pflanzen, ebenso Cu, Na
- Insekten müssen VIEL fressen, um ihren Bedarf zu decken
Welche Spurenelemente wozu?
Eisen: Bestandteil von Oxygenasen und Deoxygenasen
Kupfer: Elektronentransport, Bestandteil von Oxidasen
Zink: Katalytische oder strukturelle Funktion in vielen Enzymen
Natrium: Membrantransport, osmotisches GGW
Kalium: Membrantransport, osmotisches GGW
Calcium: Signalübertragung; Vertebraten: auch strukturelle Funktion/Knochen
Mangan: Bestandteil vieler Enzyme (KH und FS-Stoffwechsel)
Wie kann man die Nahrungsnutzung messen?
=> Waldbauer Indices
- Wachstumsindex (growth rate)
Gewichtszunahme pro Zeit und Körpergewicht
GR= G/(t*W)
2. Konsumptionsindex (consumption index) Aufgenommene Nahrung (F) pro Zeit (t) und Körpergewicht
CI=F/(tW)100
- Konversionsindex (efficency of conversion of ingested food = ECI)
Gewichtszunahme (G) pro Nahrungsmenge (F)
ECI=(G/F)*100
- Geschätzte Verdaulichkeit (approximate digestability = AD)
Verhältnis zwischen aufgenommener Nahrung (F) und produzierten Kot (K)
AD= ((F-K)/F)*100
- Konversionsindex (efficiency of conversion of digested food = ECD)
Gewichtszunahme (g) pro aufgenommener Nahrungsmenge (F) minus Kot (K)
ECD = (G/(F-K))*100
Was bieten Pflanzen herbivoren Tieren und umgekehrt?
- Kohlenhydrate
- Fette
- Proteine
- Vitamine
- Mineralstoffe
- Vorstufen für Pheromone & defensive Verbindungen
- Unterschlupf
Herbivore:
*Nitrogen (Kot, Carnivore Pflanzen)
Nutzpflanzen
- für Nahrung: Obst- und Gemüsearten, Getreide
- Medizin: Fingerhut
- Genussmittel: Kaffee, Tabak, Tee, Wein, Zuckerrohr, Gewürze
- Textilherstellung: Baumwolle, Flachs
- Haus- und Möbelbau: Gehölze, Grass (Schilfrohr) für Dächer, Hemp (Hanf) für Isolation und Körbe
- Zierde: Zierpflanzen
- Energiegewinnung: Mais, Holz, Raps
- Farbe für Textilien und Haar: Henna, Indigo
