Tocopherol
Strukturformel
Struktur von RRR-Tocopherol
(RRR)-Isomer von Tocopherol
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 sechzehn (bisher entdeckten) 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 bekannten Vitamin-E-Formen werden Tocopherole genannt (abgeleitet von den altgriechischen Wörtern τόκος/tókos, „Geburt“ und φέρειν/phérein, „tragen“, „bringen“). Weitere vier Formen von Vitamin E werden Tocotrienole oder T3 genannt. Außerdem gibt es noch Tocomonoenole (T1) und MDT (marine derived tocopherols). Häufig wird der Begriff Vitamin E fälschlicherweise allein für α-Tocopherol, die am besten erforschte Form von Vitamin E, verwendet.

Inhaltsverzeichnis

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.[1] 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.[2]

Tocopherole liegen natürlicherseits in einer (RRR)-Konfiguration vor.

Name Struktur der (RRR)-Isomere R1 R2 R3
α-Tocopherol Tocopherols.svg 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 Tocotrienols.svg 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 Tocomonoenol.svg CH3 CH3
β-Tocomonoenol CH3 H
γ-Tocomonoenol H CH3
δ-Tocomonoenol H H
Name Struktur der (RRR)-Isomere R1 R2
α-MDT Marine derived tocopherol.svg CH3 CH3
β-MDT CH3 H
γ-MDT H CH3
δ-MDT H H

Aufgabe/Funktion im Körper

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. 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. 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[3]. In humanen LDL, einem Lipoprotein, sind α-Tocopherol und in geringer Konzentration auch γ-Tocopherol vorhanden.

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) auf. 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). Dieses besitzt keine antioxidativen Eigenschaften [3]. Es kann aber im Körper im Umfang von bis zu 50% in natürliches Vitamin-E umgewandelt werden.

In Palmöl wurde α-Tocomonoenol nachgewiesen, während manche marinen Organismen das sogenannte marine Tocopherol (marine derived tocopherol, MDT) enthalten.[4][5].

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 beträgt 4 mg/d, zuzüglich etwa 0,4 mg pro Gramm Zufuhr an mehrfach ungesättigten Fettsäuren[3]. Um die von verschiedenen Autoren als protektiv angesehenen Plasmaspiegel zu erreichen, ist eine Zufuhr von 20–35 mg/d erforderlich. Aufgrund der geringen Toxizität[3][6] werden teilweise Dosierungen von 268 mg/d empfohlen.[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]

Pharmakoepidemiologische Untersuchungen zum Tocopherol

Zur Pharmakoepidemiologie des α-Tocopherols liegen umfangreiche Daten aus den Nationalen Untersuchungs-Surveys der Deutschen Herz-Kreislauf-Präventionsstudie (DHP) und aus dem Bundes-Gesundheitssurvey für die Bevölkerung der Bundesrepublik Deutschland vor.[9][10] Durch die regelmäßige Anwendung α-tocopherolhaltiger Präparate kommt es danach zu einer dosisabhängigen und statistisch signifikanten Verringerung des β-, und des γ-Tocopherols im Serum[11]. Gesundheitliche Aspekte einer möglichen erhöhten Blutungsneigung unter Komedikation mit Acetylsalicylsäurepräparaten werden in der Literatur diskutiert[12]. Auch zu Tocopheroloxidationsprodukten, wie z.B. dem Tocopherolchinon liegen Untersuchungsergebnisse aus Survey-Daten vor[13].

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 300 mg (= ca. 450 Internationale Einheiten, IE) als tolerierbare Höchstaufnahmemenge (Tolerable Upper Intake Level, UL), also die Menge, die ein gesunder Erwachsener ohne gesundheitliche Risiken lebenslang täglich verzehren kann.[14]

Für Kinder hat eine Studie Mengen von 25 mg pro Kilogramm Körpergewicht und Tag als nicht toxisch und 10 mg pro 100 kcal Nahrung bei oraler Gabe als sichere Richtschnur bezeichnet.[15]

In drei Meta-Analysen, die allerdings Gegenstimmen fanden[16][17][18], wurde für Dosierungen > 400 IE eine erhöhte Sterblichkeit (alle Ursachen) gefunden.[19][20][21]

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 (in Form von tocopherolhaltigen Extrakten natürlichen Ursprungs) auch für „Bio“-Lebensmittel (E 306), zugelassen.

Neben Lebensmitteln wird Vitamin E auch Kosmetika (Sonnenschutzmittel) und Anstrichmitteln zugesetzt. Bei Kondomen soll eine Vitamin-E-Beschichtung u. a. die Reißfestigkeit erhöhen.

Analytik

Die heute fast ausschließlich eingesetzten Methoden zur zuverlässigen qualitativen und quantitativen Bestimmung der einzelnen Tocopherole sind die HPLC, die Gaschromatographie und die Kopplungsverfahren der HPLC-MS[22] und der GC/MS[23]. 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.

Siehe auch

Einzelnachweise

  1. Evans H. M., Bishop K. S. (1922). "On the existence of a hitherto unrecognized dietary factor essential for reproduction". Science 56 (1458): 650–651. doi:10.1126/science.56.1458.650. PMID 17838496. http://links.jstor.org/sici?sici=0036-8075%2819221208%293%3A56%3A1458%3C650%3AOTEOAH%3E2.0.CO%3B2-Q.
  2. Merck-Index, 14th Ed. with CD-ROM, Merck & Co., Inc., Whitehouse Station, NJ, USA, ISBN 978-0-911910-00-1
  3. a b c d Bundesinstitut für Risikobewertung: Verwendung von Vitaminen in Lebensmitteln Toxikologische und ernährungsphysiologische Aspekte,S.88ff hier online;zuletzt eingesehen am 9. Jul. 2009
  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. Yamamoto Y, Fujisawa A, Hara A, Dunlap WC.: An unusual vitamin E constituent (alpha-tocomonoenol) provides enhanced antioxidant protection in marine organisms adapted to cold-water environments., Proc Natl Acad Sci U S A. 2001 Nov 6;98(23):13144-8. Epub 2001 Oct 30.PMID 11687648; http://www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.241024298
  6. 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.
  7. 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.
  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. H. Knopf und H.-U. Melchert: Bundes-Gesundheitssurvey - Arzneimittelgebrauch - Konsumverhalten in Deutschland. Robert Koch-Institut, Berlin 2003, ISBN 3-89606-147-X (PDF).
  10. Melchert HU, Knopf H, Pabel E, Braemer-Hauth M, Du Y.: Co- and multimedication in users of ASA and vitamin E drugs in the Federal Republic of Germany. Results of the Federal Health Surveys 1984-1999. Int J Clin Pharmacol Ther. 2001 Nov;39(11):488-91. PMID 11727969
  11. H.-U. Melchert and E. Pabel: The Tocopherol Pattern in Human Serum Is Markedly Influenced by Intake of Vitamin E Drugs - Results of the German National Health Surveys, JAOCS 75 (No. 2), 213-216 (1998)
  12. Co-medication and multimedication in users of acetylsalicylic acid and vitamin E in Germany, Special review in: J.K. Aronson: Side Effects of Drugs Annual 26. Elsevier, Amsterdam, Boston, Heidelberg... (2003), http://books.google.de/books?id=VEVkxrDN4l8C&pg=PA423&dq=Side+Effects+of+drugs+26+Co-Medication&ei=MiCMSubLJ4mGzAS-kO30DQ#v=onepage&q=&f=false.--
  13. Dagmar Pollok: Bestimmung von Tocopheroloxidationspodukten im Humanserum, Dissertation, TU Berlin, 2004, http://opus.kobv.de/tuberlin/volltexte/2004/813/
  14. Tolerierbare Höchstaufnahmemengen für Vitamine und Mineralstoffe ISBN 92-9199-014-0 02/2006; [1]
  15. Bell,Upper Limit of Vitamin E in Infant Formulas Journal of Nutrition Vol. 119 No. 12_Suppl December 1989, pp. 1829-1831 Volltext (engl.)
  16. Comments and Responses zu MILLER, E.R. et al.: Ann. Intern. Med. 2004
  17. Prof. Dr. med. Hans Konrad Biesalski über die Bjelakovic-Studie.
  18. Bell, Grochoski: How safe is vitamin E supplementation? Crit Rev Food Sci Nutr. 2008 Sep;48(8):760-774; PMID 18756398.
  19. MILLER, E.R. et al.: Ann. Intern. Med. 2004; 142; Abstract.
  20. BJELAKOVIC, G. et al.: JAMA 2007; 297: 842–857; Abstract.
  21. Dotan Y, Lichtenberg D, Pinchuk I: No evidence supports vitamin E indiscriminate supplementation. In: Biofactors. 35, Nr. 6, 2009, S. 469–73. doi:10.1002/biof.61. PMID 19866453.
  22. 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
  23. 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

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