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Sekundäre Pflanzenstoffe

Primäre Pflanzenstoffe

• Hauptbestandteile der Pflanzen

• Vom menschlichen Körper als Nährstoff genutzt

Vertreter

• Kohlenhydrate, Proteine, Fette

• Vitamine, Mineralstoffe

• Wasser

Was sind sekundäre Pflanzenstoffe

Sekundäre Pflanzenstoffe

• Viele sehr unterschiedliche Substanzen (z.B. Abwehr-stoffe gegen Schädlinge, Geschmacks-, Duft- und Farbstoffe)

• Kommen in geringen Mengen in der Pflanze vor

• Im menschlichen Körper üben diese Verbindungen in der Regel pharmakologi-sche Wirkungen aus.

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• 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 der sekundären Pflanzenstoffe

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

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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... AnticancerogenAM... AntimikrobiellAO... Antioxidativ

AT... AntithrombotischChol... CholesterinsenkendIS... Das Immunsystem

modulierend

Wirkungen der sekundären Pflanzenstoffe

Mögliche unerwünschte Wirkungen sekundärer Pflanzenstoffe

• Carotinoide: Ikterus, reversible Leberfunktions-störungen, 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

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Einteilung der Carotinoide

Carotine (α-Carotin,

β-Carotin, Lykopin)

Xanthophylle(Lutein, Zeaxanthin, β-

Cryptoxanthin)

Konzentrationsbereich für Carotinoideim Plasma (µmol/L)

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Carotinoidgehalte ausgewählter unerhitzter Obstarten (mg/100 g)

Müller, H.: Determination of the carotenoid content in selected vegetables and fruit byHPLC and photo diode array detection. Z. Lebensm. Unters. Forsch. A 204 (1997) S. 88-94

Carotinoidgehalte ausgewählter unerhitzter Gemüsearten (mg/100 g)

Müller, H.: Determination of the carotenoid content in selected vegetables and fruit byHPLC and photo diode array detection. Z. Lebensm. Unters. Forsch. A 204 (1997) S. 88-94

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Carotinoide

in vitro/im Tierexperiment gezeigte Wirkungen:

• antioxidativ

• immunstimulierend

• verminderte Häufigkeit lichtinduzierter Tumore

• hemmend auf Mutagenese

• verhindern Zellkernschädigung

Carotinoide und Krebs

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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

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Hauptgruppen der PolyphenoleGruppe Kohlenstoffgerüst Beispiel

Phenole C6 Catechol

Phenolsäuren C6-C1 Gallussäure

Hydroxyzimtsäuren C6-C3 Kaffeesäure

Cumarine C6-C3 Umbelliferon

Flavonoide, Isoflavonoide

C6-C3-C6 Quercetin, Genistein

Lignane (C6-C3)2 Secoisolarici-resinol

Lignine (C6-C3)n Lignin

Watzl: Bioaktive Substanzen in Lebensmitteln. Hippokrates 1995

Phytoöstrogene

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.

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Wirkungen der Phenolsäuren

• Antikanzerogen

• Antioxidativ

• Antimikrobiell

• Synthetische Formen als Antioxidantien in Lebensmitteln (Butylhydroxitoluol, Gallussäureester E310-312)

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 1980

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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

AufbauVerschiedene Gruppen mit unterschiedl. Sättigungs- und Oxidationsgrad:Flavane, Flavone, Flavonole, Flavanone, Flavanonole, Isoflavonoide, Anthocyane

Flavonol (gelb)

Delphinidin (Anthocyan)

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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 Ausgangssubstanzenfür Lignin

Coumestane

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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. 289-298.USDA-Datenbank: http://www.nal.usda.gov/fnic/

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Wichtige Zuckerkonjugate der Sojaisoflavone Daidzein und Genistein

Strukturformeln pflanzlicher Lignane

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Gehalt an Lignanen in ausgewählten Lebensmitteln (in µg/100 g Trockengewicht)

Adlercreutz, H., Mazur, W.: Phytoestrogens and western diseases. Ann. Med. 29 (1997), S. 95-120. 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. 289-298.

Strukturformeln

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Phytoestrogenvorkommen in Lebensmitteln

Östrogenrezeptoren –Vorkommen und Funktion

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Phytoöstrogene

• Prävention von hormonabhängigen Tumoren !?

• Kardioprotektive Effekte –Cholesterinsenkend, LDL-Oxidation

• Linderung klimakterischer Beschwerden ?

• Osteoporoseprävention ?

Tägliche Aufnahme mit gemischter Kost: Industrieländer: 2 mgAsiatische Länder: ~ 15-40 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?

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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

Bestehen aus C28 oder C29 Kohlenstoffgerüst u. einer Methyl- oder Ethyl-Seitenkette

5% der Nahrung-sphytosterine

65% der Nahrung-sphytosterine

30% der Nahrung-sphytosterine

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Phytosteringehalt von Lebensmitteln

Weihrauch J.L., Gardner J.M.: Sterol content of foods of plant origin. J. Amer. Diet. Assoc. 73 (1978), S. 39-47.

Phytosteringehalt von Gemüse

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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)

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Haupteffekte der Phytosterine

• Antikanzerogen

• Cholesterinsenkend (Mindestdosis 1g/Tag)

2 Hypothesen:

-) der Cholesterinabsorption

-) Verdrängung des Cholesterins aus den Micellen

Tägliche Aufnahme mit gemischter Kost: 100-500mg

Wirkung einer Phytosterin angereicherten

MargarineWeststrate & Meijer, 1998

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Wirkung einer Phytosterin angereicherten

MargarineHendriks, Weststrate, Van Vliet & Meijer, 1999

Ch

oles

teri

nse

nk

un

g (%

)

Phytosterole

Aus in vitro Studien abgeleitet:

• Antikanzerogene Wirkung (in hohen

Konzentrationen)

• Einfluss auf Zellzyklus

• Einfluss auf Stoffwechselprozesse

In vivo ???

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UbichinoneCoenzym Q

Definition

• Ubichinone werden im Organismus synthetisiert.

• Insofern handelt es sich nicht um Vitamine im engen Sinn.

• Nehmen nur unter bestimmten Bedingungen Vitamincharakter an.

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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 Q10)

Index für Ubichinon: Zahl der C-Atome in der Seitenkette (Bsp. Ubichinon-50)

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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

Elektronen werden von NADH auf FMN übertragen FMNH2

Über Schwefel-Fe-Cluster weiter auf Ubichinon (Q) Semichinon Hydrochinon (QH2)

Auch e- von FADH2 an dieser Stelle übertragen

Von QH2 auf Cytochrom c und via Cytochromoxidase auf O2

FADH2

FAD

Cyt C

Dunn Human Nutrition Unit:

http://www.mrc-dunn.cam.ac.uk/research/mitochondrial_complex_1/details.php

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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 (40-180 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 B6, B12, C,

Niacin und Pantothensäure, welche als Co-faktoren der Synthese fungieren.

• Infolge chronischer Einnahme einiger Medikamente (z.B. HMG-CoA-Reduktase-Hemmer)

• Bei chron. Leberzirrhose, Alkoholabusus

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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