Tokopherol

Strukturformel
RRR-Isomer
Allgemeines
Trivialname	Vitamin E
Andere Namen	α-Tocopherol (2R)-2,5,7,8-Tetramethyl-2- [(4R,8R)-4,8,12-trimethyltridecyl]- 3,4-dihydro-2H-chromen-6-ol
Summenformel	C29H50O2
CAS-Nummer	10191-41-0
PubChem	14985
ATC-Code	A11HA03
DrugBank	DB00163
Kurzbeschreibung	gelbe bis braune Flüssigkeit
Vorkommen	Getreide, Nüsse, Samen, Pflanzenöle, Milch, Eier
Physiologie
Funktion	Antioxidans
Täglicher Bedarf	10 mg
Folgen bei Mangel	Unfruchtbarkeit, unspezifische Symptome wie: trockene, faltige Haut, Müdigkeit, verminderte Wundheilung
Überdosis	>300 mg/Tag
Eigenschaften
Molare Masse	430,71 g/mol
Aggregatzustand	flüssig
Dichte	0,95 g·cm−3
Schmelzpunkt	2,5–3,5 °C
Siedepunkt	393 °C
Löslichkeit	fettlöslich, <1 mg/l in Wasser
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Vitamin E ist ein Sammelbegriff für eine Gruppe von (bis heute) acht fettlöslichen Substanzen mit antioxidativen und nicht-antioxidativen Wirkungen. Vitamin E ist Bestandteil aller Membranen tierischer Zellen, wird jedoch nur von photosynthetisch aktiven Organismen wie Pflanzen und Cyanobakterien gebildet. Vier der acht bekannten Vitamin E-Formen werden Tocopherole genannt [abgeleitet von den altgriechischen Wörtern: τόκος/tókos „Geburt“ und φέρειν/phérein „tragen“, „bringen“]. Die anderen bisher bekannten vier Formen von Vitamin E werden Tocotrienole genannt. Häufig wird der Begriff Vitamin E „fälschlicherweise“ allein für α-Tocopherol, die aktivste Form aller Vitamin E-Formen, verwendet.

Geschichte

Vitamin E wurde als „Fruchtbarkeits-Vitamin“ entdeckt. Herbert M. Evans und Katherine S. Bishop (zwei US-amerikanische Forscher) wiesen 1922 als erste auf einen bis dahin unbekannten fettlöslichen Faktor hin, der für die Reproduktion von Ratten notwendig war. In den Folgejahren wurde dieser Faktor 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. 1938 wurde die Struktur von Vitamin E (hier α-Tocopherol) aufgeklärt, zudem kam es im gleichen Jahr zur ersten chemischen Synthese. Vertreter der ebenfalls zu den Vitamin E-Formen zählenden Tocotrienole wurden erstmals 1956 beschrieben und synthetisiert.

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. ^[1]

Tocopherole liegen natürlicherseits in einer RRR-Konfiguration vor.

Name	Struktur der RRR-Isomere	R1	R2	R3
α-Tocopherol		CH3	CH3	CH3
β-Tocopherol		CH3	H	CH3
γ-Tocopherol		H	CH3	CH3
δ-Tocopherol		H	H	CH3

Name	Struktur des R-Isomers	R1	R2	R3
α-Tocotrienol		CH3	CH3	CH3
β-Tocotrienol		CH3	H	CH3
γ-Tocotrienol		H	CH3	CH3
δ-Tocotrienol		H	H	CH3

Name	Struktur der RRR-Isomere	R1	R2
α-Tocomonoenol		CH3	CH3
β-Tocomonoenol		CH3	H
γ-Tocomonoenol		H	CH3
δ-Tocomonoenol		H	H

Name	Struktur der RRR-Isomere	R1	R2
α-MDT		CH3	CH3
β-MDT		CH3	H
γ-MDT		H	CH3
δ-MDT		H	H

Aufgabe/Funktion im Körper

Die für den Menschen bedeutendste in der Natur vorkommende Verbindung mit Vitamin-E-Aktivität ist α-Tocopherol. Das im Wesentlichen in Sojaprodukten vorkommende γ-Tocopherol zeigt nur geringe Aktivität. In humanen LDL, einem Lipoprotein, sind α-Tocopherol und in geringer Konzentration auch γ-Tocopherol vorhanden.

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, in dem 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 GSH regeneriert. Dabei wird das Disulfid GSSG gebildet.

Vitamin E hat Funktionen in der Steuerung der Keimdrüsen und wird daher auch als Antisterilitätsvitamin bezeichnet.

Der menschliche Körper kann α-Tocopherol speichern, so dass eine einmalige Gabe für längere Zeit wirken kann.

Analytik

Die heute fast ausschließlich eingesetzten Methoden zur zuverlässigen qualitativen und quantitativen Bestimmung der einzelnen Tocopherole sind die die HPLC, die Gaschromatographie und die Kopplungsverfahren der HPLC/MS^[2] und der GC/MS^[3]. Beide Verfahren werden sowohl in der lebensmittelchemischen Analytik als auch bei pharmazeutischen und physiologischen Fragestellungen verwandt. In Abhängigkeit der zu untersuchenden Matrices empfehlen sich adäquate Probenvorbereitungsverfahren wie z.B. Extraktionsmethoden, auch unter Einsatz von Festphasenextraktionssäulen oder anderen Extraktionshilfsmitteln wie z.B. dem aus Diatomeenerde hergestellten Extrelut. Die früher häufig eingesetzten photometrischen Verfahren finden fast keine Verwendung mehr, da sie in der Regel keine Unterscheidung der einzelnen Tocopherole zulassen.

Vorkommen

Besonders hohe Gehalte an Vitamin E weisen pflanzliche Öle wie Weizenkeimöl (bis 2435 mg/kg Gesamttocopherol mit 49 % α-Tocopherol), Sonnenblumenöl (454–810 mg/kg Gesamttocopherol mit 86-99 % α-Tocopherol), rotes Palmöl (800 mg/kg Gesamt-Vitamin E, davon 152 α-Tocopherol und 600 mg/kg Tocotienole) und Olivenöl (46–224 mg/kg Gesamttocopherol mit 89–100 % α-Tocopherol). Die dosis- und matrixabhängige Absorptionsrate liegt bei durchschnittlich 30 %.

Vitamin E wird auch synthetisch (u. a. von BASF, E. Merck (India) und DSM Nutritional Products) als ein racemisches Gemisch hergestellt. Synthetisches Tocopherol ist jedoch relativ instabil und wird daher meist noch mit einer Acetyl-Gruppe versehen (siehe auch dl-α-Tocopherylacetat). Die biologische Wirkung von dl-α-Tocopherylacetat ist nicht mit der von natürlichem Vitamin E identisch, da der menschliche Körper am besten d-α-Tocopherol verarbeiten kann. Der Grund hierfür: Das in der Leber befindliche α-Tocopherol-Transfer-Protein (α-TTP), welches für den Transport des Vitamin E via VLDL in den Blutkreislauf verantwortlich ist, hat die höchste Affinität zum natürlichen α-Tocopherol.

Wegen seiner antioxidativen Wirkung wird Vitamin E als Zusatzstoff (E 306–309) auch Lebensmitteln, Kosmetika (Sonnenschutzmittel) und Anstrichmitteln beigesetzt. Bei Kondomen soll eine Vitamin-E-Beschichtung u. a. die Reißfestigkeit erhöhen.

In Palmöl wurde α-Tocomonoenol nachgewiesen, während manche marinen Organismen das sogenannte marine Tocopherol (marine derived tocopherol, MDT) enthalten.^[4]

Vitamin E ist bis ca. 140 Grad Celsius hitzestabil. Beim Kochen mit Wasser treten also keine Verluste auf, da maximal 100 Grad erreicht werden. Beim Braten kann allerdings das Bratfett leicht über 140 Grad heiß werden. Um Verluste an Vitamin E zu vermeiden, empfiehlt es sich deshalb, auf niedrige Brat-Temperaturen zu achten.

Bedarf

Der Mindestbedarf ohne Berücksichtigung der Polyensäurezufuhr beträgt 4 mg/d. Um die von verschiedenen Autoren als protektiv angesehenen Plasmaspiegel zu erreichen, ist jedoch eine Zufuhr von 20–35 mg/d erforderlich. Aufgrund der geringen Toxizität^[5] werden teilweise Dosierungen von 268 mg/d empfohlen.^[6]

Allerdings bestehen auch Hinweise aus einer großen doppelblind kontrollierten Studie bei Rauchern, dass eine tägliche Vitamin E (alph-Tocopherol)- Substitution von nur 50 mg über fünf bis 8 Jahre auch negative Wirkungen haben kann (so z.B. höheres Risiko einer Hirnblutung)^[7]. Vitamin E erhöht grundsätzlich das Blutungsrisiko durch seine Prostaglandin-Interaktion.

Bei Patienten mit Neurodermitis führte eine Supplementierung mit 268 mg/d über acht Monate zu einer signifikanten Verbesserung der Symptome.^[8]

Mangelerscheinungen (Hypovitaminose)

Mangelerscheinungen beim Menschen sind heutzutage in Europa sehr selten, da Tocopherol sehr gut in der Leber und im Fettgewebe gespeichert werden kann. Nachgewiesene Mangelerscheinungen treten meist nur im Zusammenhang mit Krankheiten auf, bei dem die gleichzeitige Aufnahme von Fetten gestört ist. Folgen einer Hypovitaminose sind:

• trockene, faltige Haut
• Konzentrationsstörungen
• Leistungsschwäche
• Müdigkeit
• Reizbarkeit
• schlecht heilende Wunden
• Begünstigung von Arteriosklerose

Überdosierung (Hypervitaminose)

Anders als die weiteren fettlöslichen Vitamine Vitamin A, Vitamin D und Vitamin K wird Vitamin E nicht im Fettgewebe des Körpers angereichert, sondern kann vor allem über Leber und Niere ausgeschieden werden.
Die Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) definiert 300mg (= ca. 450 Internationalen Einheiten, IE) als tolerierbare Höchstaufnahmemenge (Tolerable Upper Intake Level, UL), also die Menge, die ein gesunder Erwachsener ohne gesundheitliche Risiken lebenslang täglich verzehren kann.^[9]

Für Kinder hat eine Studie Mengen von 25mg pro kg Körpergewicht und Tag als nicht toxisch und 10mg pro 100 kcal Nahrung bei oraler Gabe als sichere Richtschnur bezeichnet.^[10]

In zwei Meta-Analysen, die allerdings Gegenstimmen fanden^[11][12], wurde für Dosierungen > 400 IE eine erhöhte Sterblichkeit (alle Ursachen) gefunden.^[13][14]

Verwendung

Tocopherole finden in der Lebensmittelindustrie als Antioxidationsmittel Verwendung. Sie sind in der EU als Lebensmittelzusatzstoffe der Nummern E 306 (Tocopherol-haltige Extrakte), E 307 (Alpha-), E 308 (Gamma-) und E 309 (Delta-Tocopherol) für alle für Zusatzstoffe zugelassenen Nahrungsmittel, zum Teil (tocopherolhaltige Extrakte natürlichen Ursprungs) auch für „Bio“-Lebensmittel (E 306), zugelassen.

Siehe auch

• Vitamine,
• dl-α-Tocopherylacetat,
• Trolox Equivalent Antioxidative Capacity,
• Lipofuszin,
• Hypovitaminose, Hypervitaminose

Einzelnachweise

1. ↑ Merck-Index, 14th Ed. with CD-ROM, Merck & Co., Inc., Whitehouse Station, NJ, USA, ISBN 978-0-911910-00-1
2. ↑ Nagy K, Courtet-Compondu MC, Holst B, Kussmann M.: Comprehensive analysis of vitamin E constituents in human plasma by liquid chromatography-mass spectrometry. Anal Chem. 2007 Sep 15;79(18):7087-96. PMID 17696496
3. ↑ Melchert HU, Pabel E.:Quantitative determination of alpha-, beta-, gamma- and delta-tocopherols in human serum by high-performance liquid chromatography and gas chromatography-mass spectrometry as trimethylsilyl derivatives with a two-step sample preparation. J Chromatogr A. 2000 Oct 27;896(1-2):209-15. PMID 11093656
4. ↑ Zingg, JM: Molecular and cellular activities of vitamin E analogues, in: Mini Rev Med Chem. (2007) 7(5); 543–558; PMID 17504191; doi:10.2174/138955707780619608
5. ↑ Kappus H, Diplock AT: Tolerance and safety of vitamin E: a toxicological position report, in: Free Radic Biol Med. 1992;13(1):55-74; PMID 1628854.
6. ↑ Willett WC, Stampfer MJ: Clinical practice. What vitamins should I be taking, doctor?, in: N Engl J Med. 2001 Dec 20; 345(25): 1819–1824; PMID 11752359.
7. ↑ The Effect of Vitamin E and Beta Carotene on the Incidence of Lung Cancer and Other Cancers in Male Smokers, in: The New England Journal of Medicine 1994, 330, 330-335; Abstract.
8. ↑ Tsoureli-Nikita E, Hercogova J, Lotti T, Menchini G: Evaluation of dietary intake of vitamin E in the treatment of atopic dermatitis: a study of the clinical course and evaluation of the immunoglobulin E serum levels, in: Int J Dermatol. 2002 Mar; 41(3): 146–150; PMID 12010339.
9. ↑ Tolerierbare Höchstaufnahmemengen für Vitamine und Mineralstoffe ISBN 92-9199-014-0 02/2006; [1]
10. ↑ Bell,Upper Limit of Vitamin E in Infant Formulas Journal of Nutrition Vol. 119 No. 12_Suppl December 1989, pp. 1829-1831 Volltext (engl.)
11. ↑ Eine Diskussion über die "Anti Vitamin E"-Studie von R. Greenberg, MD (engl.).
12. ↑ Bell, Grochoski: How safe is vitamin E supplementation? Crit Rev Food Sci Nutr. 2008 Sep;48(8):760-774; PMID 18756398.
13. ↑ MILLER, E.R. et al.: Ann. Intern. Med. 2004; 142; Abstract.
14. ↑ BJELAKOVIC, G. et al.: JAMA 2007; 297: 842–857; Abstract.

Weblinks

• Lebensmittelbeispiele - Vitamin E
• This is VITAMIN E (Englische Seite über Vitamin E)

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