Tocopherole ist ein Sammelbegriff für verschiedene fettlösliche Substanzen, die einen modifizierten Chromanring mit einer gesättigten Seitenkette haben. Hiervon weisen die (RRR)-Stereoisomere eine biologische, antioxidative Aktivität auf und werden dann dem Vitamin E zugeordnet. Häufig wird der Begriff Vitamin E allein für (RRR)-α-Tocopherol, die am besten erforschte Form von Vitamin E, verwendet. Ferner gibt es noch MDT (marine derived tocopherols).
Der Name leitet sich von den altgriechischen Wörtern „Geburt, Nachkommen“ und „tragen, bringen“ ab, da man einen Einfluss auf die Reproduktionsfähigkeit von Ratten als erstes entdeckte. Die Endsilbe „ol“ weist auf den chemischen Charakter eines Alkohols hin.
(RRR)-Tocopherole sind Bestandteile aller Membranen tierischer Zellen, werden jedoch nur von photosynthetisch aktiven Organismen wie Pflanzen und Cyanobakterien gebildet.
Geschichte Vitamin E wurde als „Fruchtbarkeits-Vitamin“ entdeckt und als „Fortpflanzungsvitamin“„Vitamin der Fortpflanzung“. Quelle: Theodor Brugsch: Lehrbuch der inneren Medizin. 1. Band. 5. Auflage. Verlag Urban & Schwarzenberg, Berlin / Wien 1940, S. 236. sowie als „Antisterilitätsvitamin“ beschrieben.Max Bürger: Einführung in die innere Medizin. Verlag Walter de Gruyter, Berlin 1952, S. 307 und 317 („Der Kliniker“). Herbert M. Evans und Katherine S. Bishop wiesen 1922 als erste auf einen bis dahin unbekannten fettlöslichen Faktor hin, der für die Reproduktion von Ratten notwendig war.H. M. Evans, K. S. Bishop: On the existence of a hitherto unrecognized dietary factor essential for reproduction. In: Science, Dezember 1922, Band 56, Nummer 1458, S. 650–651; doi:10.1126/science.56.1458.650, PMID 17838496. In den Folgejahren wurde dieser Faktor in Form von α-Tocopherol vor allem aus Weizenkeimöl, Hafer und Mais isoliert, als Vitamin erkannt und aufgrund der bereits bekannten Vitamine A, B, C und D nun Vitamin „E“ genannt. Die antioxidative Wirkung wurde durch Harold S. Olcott und Oliver H. Emerson (Gladys Anderson Emersons Ehemann) 1937 beschrieben. 1938 wurde die Struktur von Vitamin E (hier α-Tocopherol) von Erhard Fernholz aufgeklärt, zudem kam es im selben Jahr zur ersten chemischen Synthese durch Paul Karrer.
1968 wurde Vitamin E als essentieller Nährstoff durch das Food and Nutrition Board anerkannt.
Beschreibung Die Grundstruktur aller Vitamin-E-Formen bildet ein an Position 6 hydroxylierter Chromanring, dessen Methylierung diese in eine α-, β-, γ- oder δ-Form unterteilt. Durch unterschiedlich gesättigte Seitenketten werden wieder vier Familien unterschieden, nämlich die Tocopherole mit einer gesättigten Seitenkette Tocomonoenole (T1) und marinen Tocopherole (MDT) mit einer einfach ungesättigten Seitenkette und die Tocotrienole (T3) mit einer dreifach ungesättigten Seitenkette. Weitere natürlich vorkommende Tocopherole sind 5,7-Dimethyltocol und 7-Methyltocol. Beide wurden 1956 aus Reiskeimöl isoliert. Die Synthese für 5,7-Dimethyltocol erfolgte bereits 1938 und für 7-Methyltocol 1958.Merck-Index. 14th Ed. with CD-ROM. Merck, Whitehouse Station NJ, ISBN 978-0-911910-00-1.
Die C2-Position am Chormanring sowie die C4’- und C8’-Positionen der Phythylseitenkette bei Tocopherol sind chiral, es sind damit acht Stereoisomere möglich. Tocopherole liegen natürlicherseits ausschließlich in einer (RRR)-Konfiguration vor. Die natürlich vorkommende (RRR)-Form von Vitamin E wurde auch als D-Form bezeichnet (D-α-Tocopherol). Die synthetisch hergestellte Form bildet ein Gemisch aus acht Stereoisomeren (all-rac), sie wurde ehemals DL-Form genannt (DL-α-Tocopherol). Im Handel sind ferner Ester als Acetate, Succinate oder Nicotinate beziehbar.
Tocopherole erscheinen gelblich-braun bzw. bernsteinfarben und sind in Wasser unlöslich. In organischen Lösungsmitteln wie Aceton, Dichlormethan und Ether ist die Löslichkeit erhöht. Zwar sind Tocopherole oxidationsempfindlich (außer in veresterter Form), gegenüber Säuren und Alkalien aber sehr stabil. Bei Raumtemperatur ist Tocopherol flüssig-viskos.
Name Struktur der (RRR)-Isomere R1 R2 α-Tocopherol klasse=skin-invert-image|360px|alt= CH3 CH3 β-Tocopherol CH3 H γ-Tocopherol H CH3 δ-Tocopherol H H
Name Struktur der (R)-Isomere R1 R2 α-Tocotrienol klasse=skin-invert-image|360px|alt= CH3 CH3 β-Tocotrienol CH3 H γ-Tocotrienol H CH3 δ-Tocotrienol H H
Name Struktur der (RRR)-Isomere R1 R2 α-Tocomonoenol klasse=skin-invert-image|360px|alt= CH3 CH3 β-Tocomonoenol CH3 H γ-Tocomonoenol H CH3 δ-Tocomonoenol H H
Name Struktur der (RRR)-Isomere R1 R2 α-MDT klasse=skin-invert-image|360px|alt= CH3 CH3 β-MDT CH3 H γ-MDT H CH3 δ-MDT H H
Plastochromanol Plastochromanole sind eine Gruppe von Molekülen die von Pflanzen gegen die Lipidperoxidation produziert werden und die mögliche prooxidative Aktivität von α-Tocopherol verhindern können.B. Nowicka, J. Gruszka, J. Kruk: Function of plastochromanol and other biological prenyllipids in the inhibition of lipid peroxidation-A comparative study in model systems. In: Biochimica et Biophysica Acta, Februar 2013, Band 1828, Nummer 2, S. 233–240; doi:10.1016/j.bbamem.2012.08.018, PMID 22959712. Bei γ-Tocotrienol handelt es sich um Plastochromanol-3. Plastochromanole kommen beispielsweise in Leinöl, Leindotteröl, Sacha Inchi und ArabidopsisR. Szymańska, J. Kruk: Identification of hydroxy-plastochromanol in Arabidopsis leaves. In: Acta biochimica Polonica, 2010, Band 57, Nummer 1, S. 105–108; PMID 20234882. vor.
Aufgabe/Funktion im Körper klasse=skin-invert-image|mini|550px|alt=|Reduktion eines Fettsäureradikals durch α-Tocopherol. R1 steht für den unverzweigten Alkylrest der Fettsäure. Eine seiner wichtigsten Funktionen ist die eines lipidlöslichen Antioxidans, das in der Lage ist, mehrfach ungesättigte Fettsäuren in Membranlipiden, Lipoproteinen und Depotfett vor einer Zerstörung durch Oxidation (Lipidperoxidation) zu schützen. Freie Radikale würden die Doppelbindungen der Fettsäuren der Zell- und Organellmembranen angreifen. Tocopherol wirkt als Radikalfänger, indem es selbst zu einem reaktionsträgen, da mesomeriestabilisierten Radikal wird. Das Tocopherol-Radikal wird dann unter Bildung eines Ascorbatradikals reduziert. Das Ascorbatradikal wird mit Hilfe von Glutathion (GSH) regeneriert. Dabei werden zwei Monomere (GSH) zu einem Dimer (GSSG) oxidiert.
Vitamin E hat Funktionen in der Steuerung der Keimdrüsen und wird daher auch als Antisterilitätsvitamin bezeichnet.
Der menschliche Körper kann am besten (RRR)-α-Tocopherol speichern und transportieren.
Im Blutplasma liegt insbesondere (RRR)-α-Tocopherol als Vitamin-E-Form vor. Dies liegt daran, dass das in der Leber gebildete α-Tocopherol-Transferprotein (α-TTP) bevorzugt dieses Stereoisomer bindet. Es findet ferner eine Unterscheidung zwischen RRR- und SRR-α-Tocopherol-Stereoisomeren statt, da zur Bindung in einer Bindungstasche von α-TTP die R-stereochemische Konfiguration C2 vorliegen muss. Via α-TTP wird α-Tocopherol dann für den Transport im Blut in VLDL inkorporiert und schließlich in Form von HDL im Körper verteilt.
Durch die Speicherkapazität kann eine einmalige Gabe für längere Zeit wirken. Das im Wesentlichen in Sojaprodukten vorkommende γ-Tocopherol zeigt eine geringere Aktivität. Neuerdings wird aber diskutiert, ob diesem eine besondere Rolle zugeschrieben werden muss.Verwendung von Vitaminen in Lebensmitteln. Toxikologische und ernährungsphysiologische Aspekte. (PDF; 1,3 MB) Bundesinstitut für Risikobewertung, S. 88 ff.; abgerufen am 9. Juli 2009 In humanem LDL, einem Lipoprotein, sind α-Tocopherol und in geringer Konzentration auch γ-Tocopherol vorhanden.
Die biologische Aktivität unterscheidet sich unter den Vitameren. Bezogen auf α-Tocopherol (100 %) weist β-Tocopherol 50 %, γ-Tocopherol 10 %, δ-Tocopherol 3 %, α-Tocotrienol 30 % und β-Tocotrienol 5 % der Aktivität auf.
Besondere Eigenschaften von α-Tocopherol α-Tocopherol, das am meisten verwendete und auch synthetisch hergestellte Isomer von Vitamin E hat einige positive und weniger positive Eigenschaften im Vergleich zu anderen Tocochromanolen: Es wird vom Transportprotein TTP in Säugetieren bevorzugt transportiert und in der Leber gespeichert. Es kann sogar pro-oxidativ wirken, also die Haltbarkeit von Lipiden (Speiseölen) verschlechtern.T. Bakır, I. Sönmezoğlu, F. Imer, R. Apak: Antioxidant/prooxidant effects of α-tocopherol, quercetin and isorhamnetin on linoleic acid peroxidation induced by Cu(II) and H2O2. In: International journal of food sciences and nutrition, März 2014, Band 65, Nummer 2, S. 226–234; doi:10.3109/09637486.2013.845654, PMID 24152374. Diese pro-oxidative Wirkung wird von Plastochromanolen verhindert. Während sehr geringe Mengen die Cholesterinproduktion leicht drosseln, bewirken größere Mengen (im Tierversuch bei Meerschweinchen ab 5 mg/d) eine deutliche Steigerung des Plasma-Cholesterins.H. Khor, T. Ng, R. Rajendran: Dose-dependent cholesterolemic activity of tocotrienols. In: Malaysian journal of nutrition, September 2002, Band 8, Nummer 2, S. 157–166; PMID 22692474. Die cholesterinsenkende Eigenschaft von Tocotrienolen wird durch alpha-Tocopherol stark reduziert.
Vorkommen
+ Vitamin E-Gehalt einiger Lebensmittel (Gesamttocopherol) Lebensmittel Gehalt mg/100 gWeizenkeimöl215,4Sonnenblumenöl55,8Erdnussöl17,2Olivenöl12,0Weizenkleie2,4Mais2,0Haferflocken1,5Spargel2,0Tomate0,9Möhre0,6Blumenkohl0,1Mandel25,0Haselnuss25,0Walnuss6,2
Tocopherol kommen sowohl in tierischen als auch pflanzlichen Nahrungsmitteln vor, wobei die Gehalte bei letzteren wesentlich höher sind. Besonders hohe Gehalte an Vitamin E weisen pflanzliche Öle auf, in der Regel überwiegt der Anteil von α-Tocopherol. Dagegen dominiert in Sojaöl γ-Tocopherol. Je mehr ungesättigte Fettsäuren in den Ölen enthalten sind, desto mehr Vitamin E kommt darin vor.
Gemüse enthält im Vergleich zu den Ölen wenig Vitamin E, allgemein kommt in grünen Pflanzenteilen abhängig von der Menge an Chloroplasten viel α-Tocopherol vor. Daneben findet man es auch in anderen, „gelben“ Pflanzenteilen wie Wurzeln oder Früchten, dort korreliert es mit dem Gehalt an Chromoplasten (überwiegend als γ-Tocopherol).
Vitamin E wird nur in Pflanzen aufgebaut, die Biosynthese startet aus Homogentisinsäure sowie Phytylpyrophosphat größtenteils in den Plastiden.
In Palmöl wurde auch α-Tocomonoenol nachgewiesen, während manche marinen Organismen das sogenannte marine Tocopherol (marine derived tocopherol, MDT) enthalten.J. M. Zingg: Molecular and cellular activities of vitamin E analogues. In: Mini-Rev Med Chem., 2007, 7(5), S. 543–558, PMID 17504191, doi:10.2174/138955707780619608.Y. Yamamoto, A. Fujisawa, A. Hara, W. C. Dunlap: An unusual vitamin E constituent (alpha-tocomonoenol) provides enhanced antioxidant protection in marine organisms adapted to cold-water environments. In: Proc. Natl. Acad. Sci. USA., 2001, 98(23), S. 13144–13148; PMID 11687648, doi:10.1073/pnas.241024298.
Bedarf
Der Mindestbedarf an Vitamin E beträgt 4 mg/d, zuzüglich etwa 0,4 mg pro Gramm Zufuhr an mehrfach ungesättigten Fettsäuren. Um die von verschiedenen Autoren als protektiv angesehenen Plasmaspiegel zu erreichen, ist eine Zufuhr von 20 bis 35 mg/d erforderlich. Aufgrund der geringen ToxizitätH. Kappus, A. T. Diplock: Tolerance and safety of vitamin E: a toxicological position report. In: Free Radic. Biol. Med., 1992, 13(1), S. 55–74; PMID 1628854. werden teilweise Dosierungen von 268 mg/d empfohlen.WC Willett, MJ Stampfer: Clinical practice. What vitamins should I be taking, doctor? In: N. Engl. J. Med., 2001, 345(25), S. 1819–1824; PMID 11752359. Der Plasmaspiegel sollte oberhalb von 30 µmol/l liegen (bei einem Cholesterinwert von 220 mg/dl).Karl-Heinz Bässler et al.: Vitamin-Lexikon. 3. Auflage. Urban und Fischer, München 2002, ISBN 3-437-21141-2.