Sekundäre Pflanzenstoffe

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1 Sekundäre Pflanzenstoffe Was sind sekundäre Pflanzenstoffe Primäre Pflanzenstoffe Hauptbestandteile der Pflanzen Vom menschlichen Körper als Nährstoff genutzt Vertreter Kohlenhydrate, Proteine, Fette Vitamine, Mineralstoffe Wasser Sekundäre Pflanzenstoffe Viele sehr unterschiedliche Substanzen (z.b. Abwehrstoffe gegen Schädlinge, Geschmacks-, Duft- und Farbstoffe) Kommen in geringen Mengen in der Pflanze vor Im menschlichen Körper üben diese Verbindungen in der Regel pharmakologische Wirkungen aus. 1

2 Vertreter der sekundären Pflanzenstoffe Carotinoide (Carotine und Xanthophylle): Farbstoffe in orange-rotem und grünem Gemüse und Obst Phytosterine: dem Cholesterin ähnliche Verbindungen Saponine: polarer Zuckerrest verbunden mit unpolarem Steroid (oberflächenaktiv) Glucosinolate: bilden scharfe Spaltprodukte (Thiozyanate,..) Polyphenole: große und heterogene Stoffgruppe, die auf der Struktur des Phenols basiert Flavonoide Phytoöstrogene Vertreter Proteaseinhibitoren: Polypeptide, die proteinspaltende Enzyme im Darm hemmen Terpene: aus Isopren-Einheiten aufgebaute Verbindungen, Bestandteil ätherischer Öle Sulfide: schwefelhaltige Allylverbindungen in Lauchgewächsen Phytinsäure: Hexaphosphorsäure des Myo-Inositols Chlorophyll: grüner Pflanzenfarbstoff in allen grünen Pflanzen mit Photosyntheseaktivität z.b. Menthol Schale 2

3 Wirkungen der sekundären Pflanzenstoffe Sekundäre Pflanzenstoffe AC AM AO AT Chol IS Carotinoide x x x Phytosterine x x Saponine x x x Glucosinolate x x Polyphenole x x x x x Proteaseinhibitoren x x Terpene x Sulfide x x x x x x AC... Anticancerogen AT... Antithrombotisch AM... Antimikrobiell Chol... Cholesterinsenkend AO... Antioxidativ IS... Das Immunsystem modulierend Mögliche unerwünschte Wirkungen sekundärer Pflanzenstoffe Carotinoide: Ikterus, reversible Leberfunktionsstörungen, erhöhtes Lungenkrebsrisiko bei Rauchern, wenn sie mehr als 20 mg beta-carotin pro Tag supplementieren Saponine: Hämolyse, erhöhte Permeabilität des Darmepithels, Glycyrrhizin in Lakritze erhöht den Blutdruck Glucosinolate: goitrogene Wirkung von Kohlgemüse Polyphenole: Polyphenole in Kaffee und Tee können die Absorption von Mineralstoffen beeinträchtigen Proteaseinhibitoren: verminderte Proteinbioverfügbarkeit 3

4 Einteilung der Carotinoide Carotine (α-carotin, β-carotin, Lykopin) Xanthophylle (Lutein, Zeaxanthin, β- Cryptoxanthin) Konzentrationsbereich für Carotinoide im Plasma (µmol/l) 4

5 Carotinoidgehalte ausgewählter unerhitzter Obstarten (mg/100 g) Müller, H.: Determination of the carotenoid content in selected vegetables and fruit by HPLC and photo diode array detection. Z. Lebensm. Unters. Forsch. A 204 (1997) S Carotinoidgehalte ausgewählter unerhitzter Gemüsearten (mg/100 g) Müller, H.: Determination of the carotenoid content in selected vegetables and fruit by HPLC and photo diode array detection. Z. Lebensm. Unters. Forsch. A 204 (1997) S

6 Carotinoide in vitro/im Tierexperiment gezeigte Wirkungen: antioxidativ immunstimulierend verminderte Häufigkeit lichtinduzierter Tumore hemmend auf Mutagenese verhindern Zellkernschädigung Carotinoide und Krebs 6

7 Carotinoide und Krebs Mögliche Mechanismen Initiation: Hemmung von Phase-I-Enzymen Promotion: antioxidative Wirkung (po2 ) Kontrolle der Zellvermehrung Beeinflussung der Zelldifferenzierung Immunologische Wirkung Cave: Studien mit isoliertem ß-Carotin führten zu gegenteiligen Ergebnissen! Polyphenole Keine einheitliche Stoffklasse Aufbau ausgehend von Phenol 7

8 Hauptgruppen der Polyphenole Gruppe Kohlenstoffgerüst Beispiel Phenole C 6 Catechol Phenolsäuren C 6 -C 1 Gallussäure Hydroxyzimtsäuren C 6 -C 3 Kaffeesäure Cumarine C 6 -C 3 Umbelliferon Flavonoide, Isoflavonoide C 6 -C 3 -C 6 Quercetin, Genistein Lignane (C 6 -C 3 ) 2 Secoisolariciresinol Lignine (C 6 -C 3 ) n Lignin Phytoöstrogene Watzl: Bioaktive Substanzen in Lebensmitteln. Hippokrates 1995 Phenolsäuren Kaffeesäure und Ferulasäure sind unter den häufigsten sekundären Pflanzenstoffen. Vor allem in Kaffee, Getreide, manchen Gemüsen (Weißkohl, Radieschen). Randschichten sind besonders reich an ihnen (Schalen, Kleie). Haben antioxidative Wirkungen und dienen daher dem Schutz der Pflanzen. 8

9 Wirkungen der Phenolsäuren Antikanzerogen Antioxidativ Antimikrobiell Synthetische Formen als Antioxidantien in Lebensmitteln (Butylhydroxitoluol, Gallussäureester E ) Ellagsäure Antikanzerogene Wirkung Enthalten in Beeren und Nüssen. mg/kg mg/kg Brombeeren, frisch 2010 Brombeermarmelade 513 Himbeeren, frisch 1240 Himbeermarmelade 537 Erdbeeren, frisch 405 Erdbeermarmelade 160 Walnüsse 7400 Pecannüsse

10 Flavonoide Pflanzenfarbstoffe (latein. flavus, gelb) Weite Verbreitung Anthocyane als Untergruppe mit blauen, roten und violetten Farbtönen (abh. Vom ph-wert) Natürlich vorkommende Flavonoide als Glykoside Aufbau Verschiedene Gruppen mit unterschiedl. Sättigungs- und Oxidationsgrad: Flavane, Flavone, Flavonole, Flavanone, Flavanonole, Isoflavonoide, Anthocyane Flavonol (gelb) Delphinidin (Anthocyan) 10

11 Wirkungen Antioxidativ Antikanzerogene Wirkung Schutz vor Lipidoxidation protektiv gegen Herzkreislauferkrankungen antibakteriell Phytoestrogene Pflanzenstoffe, die ähnliche Wirkungen im Organismus aufweisen wie körpereigenen Östrogene Isoflavonoide in Leguminosen (Soja) Lignane als Ausgangssubstanzen für Lignin Coumestane 11

12 Strukturformeln der wichtigsten Isoflavone Gehalt an Isoflavonen in ausgewählten Lebensmitteln (in mg/100 g Frischgewicht) Horn-Ross, P.L., Barnes, S., Lee, M. et al: Assessing phytoestrogen exposure in epidemiologic studies: development of a database (United States). Cancer Causes Control 11 (2000), S USDA-Datenbank: 12

13 Wichtige Zuckerkonjugate der Sojaisoflavone Daidzein und Genistein Strukturformeln pflanzlicher Lignane 13

14 Gehalt an Lignanen in ausgewählten Lebensmitteln (in µg/100 g Trockengewicht) Adlercreutz, H., Mazur, W.: Phytoestrogens and western diseases. Ann. Med. 29 (1997), S Horn-Ross, P.L., Barnes, S., Lee, M. et al: Assessing phytoestrogen exposure in epidemiologic studies: development of a database (United States). Cancer Causes Control 11 (2000), S Strukturformeln 14

15 Phytoestrogenvorkommen in Lebensmitteln Östrogenrezeptoren Vorkommen und Funktion 15

16 Phytoöstrogene Prävention von hormonabhängigen Tumoren!? Kardioprotektive Effekte Cholesterinsenkend, LDL- Oxidation Linderung klimakterischer Beschwerden? Osteoporoseprävention? Tägliche Aufnahme mit gemischter Kost: Industrieländer: 2 mg Asiatische Länder: ~ mg Prävention durch Ernährung Phytöstrogene noch nicht geklärt: physiologisch sinnvolle Menge einer täglichen Phytoestrogen-Zufuhr? begleitend oder alternativ zu Östrogen- Therapie? unerwünschte Nebenwirkungen bei hoher Dosierung? 16

17 Phytosterole In höheren Pflanzen vorkommende Fettbegleitstoffe mit Steroidstruktur Unterscheiden sich untereinander und von (tierischem) Cholesterol nur in der Seitenkette Strukturformeln von Cholesterin und einigen Phytosterolen 65% der Nahrungsphytosterine 30% der Nahrungsphytosterine 5% der Nahrungsphytosterine Bestehen aus C28 oder C29 Kohlenstoffgerüst u. einer Methyl- oder Ethyl-Seitenkette 17

18 Phytosteringehalt von Lebensmitteln Weihrauch J.L., Gardner J.M.: Sterol content of foods of plant origin. J. Amer. Diet. Assoc. 73 (1978), S Phytosteringehalt von Gemüse 18

19 Phytosteringehalt von Obst Phytosterole Absorptionsrate: ca. 5%; konkurrieren mit Cholesterol um den Transport Nach Aufnahme Einbau in Lipoproteine (HDL) Ausscheidung über die Galle Phytosterolämie: erbliche Stoffwechselkrankheit (Speicherung von P.; Bildung von Xanthomen an Händen und Füßen) 19

20 Haupteffekte der Phytosterine Antikanzerogen Cholesterinsenkend (Mindestdosis 1g/Tag) 2 Hypothesen: -) der Cholesterinabsorption -) Verdrängung des Cholesterins aus den Micellen Tägliche Aufnahme mit gemischter Kost: mg Wirkung einer Phytosterin angereicherten Margarine Weststrate & Meijer,

21 Wirkung einer Phytosterin angereicherten Margarine Hendriks, Weststrate, Van Vliet & Meijer, 1999 Cholesterinsenkung (%) Phytosterole Aus in vitro Studien abgeleitet: Antikanzerogene Wirkung (in hohen Konzentrationen) Einfluss auf Zellzyklus Einfluss auf Stoffwechselprozesse In vivo??? 21

22 Ubichinone Coenzym Q Definition Ubichinone werden im Organismus synthetisiert. Insofern handelt es sich nicht um Vitamine im engen Sinn. Nehmen nur unter bestimmten Bedingungen Vitamincharakter an. 22

23 STRUKTUR: Oxidierte Chinonform Semichinonform (Radikal) Reduzierte Form, Chinolform, Hydrochinon Nomenklatur der Ubichinone Benzochinonderivate mit Isoprenseitenkette unterschiedl. Länge (je nach Typ, durch Index gekennzeichnet) Index für Coenzym Q: Zahl der Isoprenoideinheiten (Bsp. Coenzym Q 10 ) Index für Ubichinon: Zahl der C-Atome in der Seitenkette (Bsp. Ubichinon-50) 23

24 Funktionen In den Mitochondrien lokalisiert Wichtige Elemente der Atmungskette Überträger von Elektronen zwischen Flavoproteinen (Komplex 1) und Cytochromen (Komplexe 2 und 3) Außerdem wichtige Antioxidantien im fettlöslichen Milieu Über Elektronentransport auch an der Zellsignaltransduktion beteiligt FADH 2 FAD Cyt C Elektronen werden von NADH auf FMN übertragen FMNH 2 Über Schwefel-Fe-Cluster weiter auf Ubichinon (Q) Semichinon Hydrochinon (QH 2 ) Auch e- von FADH 2 an dieser Stelle übertragen Von QH 2 auf Cytochrom c und via Cytochromoxidase auf O 2 Dunn Human Nutrition Unit: 24

25 Absorption und Stoffwechsel Wie fettlösliche Vitamine absorbiert: zusammen mit neutralen Fetten in Chylomikronen über Lymphe zur Leber. Einbau in LDL und VLDL und Transport Gesamtkörperpool: 1,4g 0,3 % im Plasma ( µg/dl 75% in den Muskeln Tägl. Aufnahme mit der Nahrung etwa 5-10 mg (1% des Körperpools) Abbau über -Oxidation, Bildung von Disulfatestern, Ausscheidung aus Glucuronide im Harn (durchschnittl. 55 µg/d beim Mann, 22 µg/d bei der Frau) Wann kommt es zu Mangel? Bei Mangel an den Vorstufen Phe und Tyr Durch oxidativen Stress mit Lipidperoxidation gesteigerte Zerstörung der Ubichinone Bei Mangel an Folsäure, Vitamin B 6, B 12, C, Niacin und Pantothensäure, welche als Cofaktoren der Synthese fungieren. Infolge chronischer Einnahme einiger Medikamente (z.b. HMG-CoA-Reduktase- Hemmer) Bei chron. Leberzirrhose, Alkoholabusus 25

26 Ist eine exogene Zufuhr nötig? Oft als Wundermittel beworben (Herzstärker, Antioxidans, Anti-ageing- Mittel, Leistungsförderer) Wissenschaftlich nicht bestätigt In der Regel Ausreichende endogene Synthese In hohen Dosen möglicherw. sogar prooxidativ Supplementation nur bei Mangel durch besondere Umstände 26