Vitamin E stabilisiert biologische Membranen mit hohen Anteilen
an vielfach ungesättigten Fettsäuren
Das Antioxidans Vitamin E hält Sauerstoffradikale in Schach
Hochreaktive, freie Radikale entstehen nicht nur als Nebenprodukte
des normalen oxidativen Stoffwechsels, sondern auch durch
Umweltschadstoffe. Sie können DNS oder Proteine angreifen,
vor allem aber die mehrfach ungesättigten Fettsäuren (PUFAs)
in den vorrangig aus Phospholipiden und Proteinen bestehenden
Zellmembranen. Inzwischen steht fest, dass oxidative Schäden
durch freie Radikale eine Rolle in der Pathogenese verschiedener
degenerativer Krankheiten und der Beschleunigung von Alterungsprozessen
spielen. Vitamin E vermag freie Radikale abzufangen und gilt
daher als wichtigstes Antioxidans, welches die Reaktionskaskade
frühzeitig unterbricht. Es wird deswegen als wesentlicher
Schutzfaktor gegen die Lipidperoxidation angesehen.
1. Weizenkeimöl brachte die Reproduktion in Gang
Die Biochemiker Herbert Evans und Katharine Bishop
entdeckten 1922, dass die Fortpflanzung von Ratten nahezu
völlig zurückging, wenn das Futter der Tiere aus ranzigem
Fett bestand. Erst eine Zugabe von Weizenkeimöl führte wieder
zu normalen Reproduktionsraten. 1925 fügte Evans dem für diesen
Effekt verantwortlichen Vitamin den Buchstaben E an,
da zuvor das Vitamin D mit seiner antirachitischen Wirkung
bekannt geworden war. Emerson und seine Mitarbeiter reinigten
1936 den "Faktor E" aus dem Weizenkeimöl und gaben ihm den
Namen Tocopherol (tokos: die Geburt, phereum: tragen),
da Tiere mit Vitamin E-Mangel keine lebenden Jungen zur Welt
brachten. Die Endung –ol wies darauf hin, dass es sich ebenso
wie bei den Vitaminen A, D, und K um einen fettlöslichen Alkohol
handelte. Die chemische Struktur wurde 1938 durch Erhard Fernholz
aufgeklärt, und im selben Jahr lieferte Paul Karrer an der
ETH Zürich die erste Synthese der Substanz.
Vitamin E ist die Bezeichnung für alle Tocol- und
Tocotrienolderivate, die qualitativ die biologische
Aktivität von alpha-Tocopherol aufweisen. Es handelt sich
um eine Gruppe von acht natürlichen Verbindungen mit alpha-,
beta-, gamma- und delta-Tocopherol sowie alpha-, beta-, gamma-
und delta-Tocotrienol. Für die Gewinnung von Vitamin E natürlicher
Herkunft dienen vor allem Öle aus Sojakeimen, Sonnenblumenkernen,
Maiskeimen und Nüssen, weiterhin auch Vollkorn- und Weizenkeimprodukte.
Kommerziell wird synthetisches Vitamin E durch die
Kondensation von Trimethylhydrochinon und Isophytol hergestellt.
Diese chemische Reaktion führt zu einer Mischung von acht
Stereoisomeren von alpha-Tocopherol zu jeweils gleichen Anteilen.
Die höchste biologische Aktivität besitzt RRR alpha-Tocopherol,
welches aber nur 12,5 Prozent der Gesamtmischung ausmacht.
Die übrigen sieben Stereoisomere haben, wie an Ratten festgestellt
wurde, eine andere Konfiguration mit biologischen Aktivitäten
zwischen 21 und 90 Prozent.
Nur Vitamin E aus natürlichen Quellen, das aus Pflanzenölen
gewonnen wird, besteht aus dem einzigen Stereoisomer RRR-alpha-Tocopherol.
Dass die Bioverfügbarkeit und die Verweildauer im Körper der
natürlich vorkommenden Formen des alpha-Tocopherol grösser
sind als die der synthetischen, hängt vermutlich auch damit
zusammen, dass dieses bevorzugt an das dafür wichtige alpha-Tocopherol-Transportprotein
gebunden werden kann.
2. Freie Radikale entstehen schon bei der Atmung
Freie Radikale sind hochreaktive Sauerstoffverbindungen,
die hauptsächlich als Nebenprodukt der Atmung, aber auch bei
der Aufnahme von Umweltstoffen oder Medikamenten im Körper
entstehen können. Zwei Prozent des eingeatmeten Sauerstoffs
werden in das Superoxid-Radikal umgewandelt. Sauerstoffradikale
wie Wasserstoffperoxid, Hydroperoxyl- und Peroxyl-Radikale,
Hydroxylradikale, Superoxid-Anion und Singulett-Sauerstoff
treten beispielsweise nach der Verstoffwechselung toxischer
Chemikalien auf, aber auch nach physikalischen Einwirkungen
wie UV-Licht oder ionisierenden Strahlungen.
Besonders oxidationsempfindlich wegen ihres Gehalts an Phospholipiden
mit einem hohen Anteil an Polyensäuren sind die mehrfach ungesättigte
Fettsäuren in biologischen Membranen und anderen Zellstrukturen.
Ihre Oxidation startet vereinfacht dargestellt, beispielsweise
bei der Linolsäure, mit der Abspaltung eines Wasserstoffatoms
aus der labilen Methylengruppe am C-Atom 11. Das entstehende
freie Radikal reagiert mit Sauerstoff unter Bildung eines
Peroxyl-Radikals, welches unter Einwirkung auf ein weiteres
Linolsäure-Molekül in das Hydroperoxid übergeht und dabei
wieder ein neues freies Radikal entstehen lässt. So kann in
einer Kettenreaktion aus einem freien Radikal eine
grosse Zahl von Hydroperoxiden gebildet werden. Da aus diesen
wieder freie Radikale entstehen, wird die Reaktion immer mehr
beschleunigt.
Durch derartige Peroxidationen kommt es nicht nur zu
Strukturveränderungen der Zellmembran, sondern auch von zellulären
Partikeln sowie zur Schädigung membrangebundener Enzyme selbst.
Besonders gefährdet sind die Membranen der für den Energiestoffwechsel
massgebenden Mitochondrien oder der Lysosomen, die durchlässig
werden und Enzyme aus dem Inneren der Organelle freisetzen.
Diese Enzyme greifen dann wiederum Zellbausteine an und verursachen
funktionelle Störungen oder morphologische Veränderungen.
Bei Schädigung der DNA kommt es zur fehlerhaften Sequenzablesung.
Es sind auch Inaktivierungen von Enzymproteinen sowie Depolymerisationen
von Zuckern möglich.
3. Wichtigstes Antioxidans in der Lipidphase
Die Wirkung der Antioxidanzien beruht auf ihrer Fähigkeit,
die durch Radikale eingeleiteten chemischen Reaktionskaskaden
abzubrechen.
Trotz seiner geringen Konzentration in den Zellmembranen von
etwa einem Molekül Vitamin E auf etwa 1000 Phospholipidmoleküle,
ist Vitamin E das wichtigste Antioxidans in der Lipidphase.
Sein Chromanolring ist an der polaren Oberfläche der Phospholipide
verankert, während seine Phytolseitenkette mit den ungesättigten
Fettacylketten der Phospholipide in Wechselwirkung tritt.
Die phenolische Hydroxylgruppe übt die Antioxidansfunktion
aus, indem sie ein Wasserstoffatom an das Peroxyl-Radikal
abgibt und Tocopherol dabei selbst über ein stabileres Semichinonradikal
in das Tocopherol-Chinon übergeht.
Tocopherol nimmt auch auf Stoffwechselwege bei thrombotischen
Erkrankungen und Entzündungsreaktionen Einfluss.
Beispielsweise schützt alpha-Tocopheryl-Acetat in vitro die
roten Blutkörperchen vor oxidativer Hämolyse. Ausserdem wurde
beispielsweise in Versuchen bei der Muskeldystrophie als Folge
von Tocopherol-Mangel nachgewiesen, dass die durch Radikalbildung
vermehrte Spaltung von Zellbausteinen zu einer erhöhten Ausscheidung
von entzündungsfördernden Aminosäuren führte. Anhand von Tierversuchen
konnte gezeigt werden, dass bei Vitamin E-Mangel durch die
Änderung verschiedener Enzymaktivitäten die Proteinsynthese
reduziert wurde und es zu neuromuskulären Ausfallerscheinungen
kam. Eine erhöhte Zufuhr von Vitamin E wiederum unterstützte
das Immunsystem und die Wundheilung und wirkte vorzeitigen
Alterungserscheinungen entgegen. Eine vergleichbare Wirkung
auf die Fertilität wie bei Tieren übt es beim Menschen allerdings
nicht aus.
4. Auch Vitamin C und Selen wirken mit
Indem Vitamin E freie Radikale unschädlich macht, verliert
es seine Schutzwirkung und wird damit selbst zu einem freien
Radikal. Es wird sozusagen selbst verbraucht und muss wieder
regeneriert werden.
Es ist aber viel schwächer als die Ausgangsradikale und greift
daher andere Moleküle nicht weiter an, so dass die Reaktionskaskade
unterbrochen wird. Gleichzeitig anwesende Ascorbinsäure (Vitamin
C) kann eine Regeneration des entstandenen Tocopheryl-Radikals
übernehmen. Vitamin C fängt auch direkt freie Radikale ab,
wobei es über Semi-Dehydroascorbinsäure zu Dehydroascorbinsäure
oxidiert wird. Dafür schützt Vitamin E in einer ähnlichen
Weise Vitamin A vor Oxidationen. Ausserdem bestehen
weitere Wechselwirkungen zwischen diesen beiden Vitaminen.
Die Glutathion-Peroxidase ist ein Selen-haltiges
Enzym, welches die Hydroperoxide an den Membranen zu
Alkoholen reduzieren vermag. Auf diese Weise kommt in bestimmten
Bereichen ein Synergismus zwischen dem innerhalb der Membranen
wirkenden Vitamin E und diesem aussen wirkenden Enzym zustande.
Weitere antioxidative Abwehrsysteme, die den Körper vor Schäden
durch freie Radikale schützen, stellen die in verschiedenen
Zellorganellen angesiedelten Enzyme wie Superoxid-Dismutase
und Katalase dar. Superoxid-Dismutase reagiert mit
Superoxid-Anionen, Katalase zerstört entstandenes Wasserstoffperoxid.
Das Beta-Carotin gilt übrigens als wirksamster Schutz gegen
Singulett-Sauerstoff.
5. Konkreter Bedarf ist nur schwer zu ermitteln
Vitaminmangelkrankheiten (Avitaminosen) sind heute
weitgehend heilbar, während ein subklinischer Vitaminmangel
(Hypovitaminose) häufig unerkannt bleibt. Vielfach
kommt bei der Ermittlung des Vitaminbedarfs
erschwerend hinzu, dass viele Vitamine nur in Kombination
wirken und Ernährungsgewohnheiten oder Lebensstil und sonstige
Umwelt- oder Stressfaktoren das Ergebnis von Studien stark
beeinflussen. So schwankt der Vitamin E-Bedarf gesunder Erwachsener
erheblich.
Um den Vitamin E-Status einer Person zu bestimmen, wird üblicherweise
die Konzentration im Blutplasma gemessen. Als Mangel wird
eine Konzentration unter 11,6 Mikromol pro Liter angesehen,
wenn diese etwa zwei Jahren unverändert blieb. Ein solcher
Mangelzustand ist insbesondere auch von der Zufuhr ungesättigter
Fettsäuren abhängig. In den USA wurde 1989 eine tägliche Zufuhr
von 10 mg RRR-A-Tocopherol empfohlen, was etwa 14 mg synthetischem
Vitamin E entspricht. Da die Vitamin E-Konzentrationen im
Blut von den Lipidkonzentrationen abhängig sind, ist der Relationswert
von Vitamin E zu den Gesamtlipiden möglicherweise aussagekräftiger
als die Vitamin E-Konzentration allein. Dazu wurde ein Verhältnis
von 0,8 mg/g als untere Grenze des Normbereiches vorgeschlagen.
Vitamin E Kristall
Molekülmodelle und Strukturformel von alpha-Tocopherol
Freie Radikale
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