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Saponine

Digitonin – das giftige Steroidsaponin aus dem Fingerhut Digitalis purpurea
α-Solanin – das giftige Steroidalkaloid(saponin) aus Tomaten und Kartoffeln wird bei der Reifung zum ungiftigen Steroidsaponin denitrifiziert.
Grundstruktur der Ballonblumen-Saponine, mit R1 = verschiedene Zuckerreste und
R2 = verschiedene Alkylreste

Saponine (lat. Sapo ‚Seife‘) sind Glycoside von Steroiden, Steroidalkaloiden (stickstoffhaltige Steroide) oder Triterpenen. Man spricht daher auch von Steroidsaponinen, Steroidalkaloidsaponinen und Triterpensaponinen. (Wobei allerdings beachtet werden sollte, dass die Klassifizierung von „Steroidalkaloidsaponinen“ als Saponine nicht unumstritten ist und im Zweifelsfall die Terminologie „Steroidale Glykoalkaloide“ zu bevorzugen ist.) Aufgrund der Vielzahl möglicher Kohlenhydratstrukturen und der großen strukturellen Variabilität der Aglycone weist diese Stoffgruppe eine entsprechend große Strukturvielfalt und damit eine große Variabilität in den biologischen Eigenschaften auf.

Eigenschaften

Saponine werden so bezeichnet, da sie beim Schütteln mit Wasser oft einen seifenartigen Schaum ergeben. Demgemäß steht auch eine allgemeine Wirkungsweise dieser Verbindungsklasse im Vordergrund, die mit der Detergenzeigenschaft zusammenhängt. Saponine bilden im Allgemeinen stabile Schäume, zeigen hämolytische Aktivität, beeinflussen die Membranpermeabilität, komplexieren Cholesterin, haben einen meist bitteren Geschmack (seltene Ausnahme: das Glycyrrhizin, das den süßen Geschmack der Lakritze ausmacht) und sind piscizid (giftig für Fische). Die Bezeichnung Saponinglykosid ist ein Pleonasmus und daher nicht korrekt.

Vorkommen

Saponine sind in höheren Pflanzen weit verbreitet, besonders in nährstoffreichem Gewebe, wie Wurzeln, Knollen, Blättern, Blüten und Samen. Man findet Saponine in Gemüsepflanzen, wie Sojabohnen, Erbsen, Spinat, Tomaten, Kartoffeln (Solanin) und Knoblauch, und sie sind darüber hinaus wirksame Bestandteile von Kräutern, Tee, Ginseng oder Jiaogulan (siehe Sekundäre Pflanzenstoffe). Der Saft aus den Rhizomen des Echten Seifenkrauts wurde schon früh als Waschmittel verwendet, daher auch der botanische Gattungsname Saponaria. In hoher Konzentration treten Saponine in Kastanien und in der Rinde des südamerikanischen Seifenrindenbaumes (Quillaja saponaria) auf, letzteres auch Panamarinde genannt. Aus ökologischen Gründen haben die indischen Waschnüsse, deren Waschwirkung auf die hohe Konzentration an Saponinen zurückgeht, in jüngster Zeit ein breiteres Interesse geweckt. Ferner findet man Saponine in marinen Kleinstlebewesen und Seewalzen (Holothurine).

Chemische Strukturen

Die strukturelle Klassifikation der Saponine erfolgt zunächst anhand der Aglycone, den sogenannten Sapogeninen, da der Saccharidteil selbst in ein und derselben natürlichen Quelle mitunter recht stark variiert und üblicherweise mehrere verschiedene Glykosylierungsmuster nebeneinander zu finden sind. Bei den Sapogeninen findet man hingegen meist eine sehr viel begrenztere Strukturvielfalt in einer Quelle. In beiden Fällen ist die Variabilität meist auf verwandte Stoffwechselwege und deren Zwischenschritte zurückzuführen, so dass regelmäßig eine ganze Reihe ähnlicher Verbindungen mit zum Teil ähnlichen, aber in ihrer biologischen Wirkung abgestuften Eigenschaften zu finden sind.

  • Steroidsapogenine mit C-27-Grundgerüst:
    • Spirostane, bei denen die Seitenkette ein an den D-Ring anelliertes bicyclisches Spiroketal (E- und F-Ring) bildet (z.B. Digitogenin)
    • Furostane, bei denen ein Teil der Seitenkette einen an den D-Ring anellierten Furanring (E-Ring) formt
    • im Vergleich zum Cholestan umgelagerte C-27-Grundgerüste
  • Steroidalkaloidsapogenine mit C-27-Grundgerüst und Stickstoffatom meist in der Seitenkette (auch hier findet man ähnliche Varianten, wie bei den Steroidsapogeninen)
Holothurin B
  • Triterpensapogenine mit C-30-Grundgerüst u.a.:
    • Cycloartana mit Cholestan-ähnlichem Grundgerüst und dem charakteristischen anellierten Cyclopropanring
    • Dammarane und Tirucallane, mit drei anellierten Sechsringen (A-C) und einen an den C-Ring anellierten Fünfring (D)
    • Holothurinogenine, die sich vom Holostan ((20S)-20-Hydroxy-5α-lanostan-18-säurelacton) bzw. Lanostan ableiten. Die Gruppe besitzt drei anellierte Sechsringe (A-C) und einen an den C-Ring anellierten, doppelten Fünfring (D,E), der äußere davon ist ein Lacton; dieser Ring trägt zusätzlich einen nicht annelierten Tetrahydrofuran-Ring. Die Glycoside bilden die Gruppe der Holothurine.[1]
    • Lupane, mit vier anellierten Sechsringen (A-D) und einen an den D-Ring anellierten Fünfring (E)
    • Oleanane (siehe Strukturformel des Ballonblumensaponin), Ursane und Taraxasterane, mit fünf anellierten Sechsringen (A-E)

Biologische Funktion

Saponine dienen den Pflanzen wahrscheinlich als Defensivstoffe, beispielsweise gegen Pilzbefall[2] und Insektenfraß.[3] Da Pflanzen kein aktives Immunsystem wie die Wirbeltiere haben, werden Schadorganismen oft chemisch bekämpft. Bei der Reifung von Nachtschattengewächsen wie der Tomate und der Kartoffel werden die giftigen Steroidalkaloidsaponine durch Denitrifizierung (enzymatischer Entfernung des Stickstoffs) in ungiftige Steroidsaponine umgewandelt.

In Wirbeltieren dient eine Saponinstruktur als Verankerung von Glykogen in der Zellmembran.

Die genaue Funktion vieler Saponine ist noch unerforscht.

Biosynthese

Saponine entstammen dem Phytosterolanabolismus.[4] Über den cytosolischen Mevalonatweg gebildetes DMAPP und IPP bildet dabei die Grundlage zur Bildung von 2,3-Oxidosqualen, das als letztes gemeinsames Vorläufermolekül den Scheidepunkt von Phytosterolen, Steroidsaponinen und Steroidalkaloidsaponinen auf der einen Seite und Triterpensaponinen auf der anderen Seite markiert. Sogenannte Oxidosqualencyclasen (auch: Triterpensynthasen) katalysieren Cyclisierungskaskaden von Oxidosqualen die in der Formierung von Cycloartenol im Falle ersterer oder verschiedener Triterpene wie bspw. Dammaran, Lupeol und β-Amyrin in der weiteren Biosynthese letzterer resultieren. An welchem Schritt sich Steroidsaponine bzw. Steroidalkaloidsaponine von der weiteren Phytosterolbiosynthese abspalten ist nicht bekannt.

Die Bildung des initialen Sapogeningrundgerüstes ist oftmals gefolgt von der Modifizierung einzelner Positionen. Zumeist handelt es sich dabei in erster Instanz um die Einführung von Hydroxy-, Keto- oder Carboxygruppen. Die Mehrzahl dieser Oxidierungen wird dabei vermutlich von Cytochrom P450-Enzymen katalysiert. Hydroxy- und Carboxygruppen können im Anschluss als Angriffspunkt für die Verknüpfung mit Seitengruppen unterschiedlichster chemischer Herkunft, wie bspw. kleineren aliphatischen und aromatischen Säuren ober eben auch Zuckerresten dienen.

Die Glykosylierung des Aglycons, also die Verknüpfung mit Zuckerresten, ist in der Regel notwendig um die biologische Aktivität von Saponinen zu gewährleisten. Typische Saponinzuckerseitenketten bestehen aus 2-5 Monosaccharideinheiten und sind mit der C3-Hydroxygruppe und/oder (sofern vorhanden) C28-Carboxygruppe des Sapogenins via Ether- bzw. Esterbindung verknüpft. Am häufigsten vorgefundene Zuckerreste in Saponinglykosylierungsmustern sind Glucosyl-, Galactosyl-, Glucuronyl-, Rhamnosyl-, Xylosyl- und Arabinosyl-Einheiten. Bisher identifizierte Enzyme die an der Synthese von Saponinzuckerseitenketten beteiligt sind, gehören alle zur Klasse der Familie 1 UDP-Glykosyltransferasen und katalysieren jeweils die Verknüpfung eines einzelnen Monosaccharidrestes mit dem Sapogenin oder der wachsenden Saponinzuckerseitenkette.

Saponine in der Phytotherapie (Pflanzenheilkunde)

Die Saponine als Untergruppe der Glykoside nehmen einen wichtigen Platz unter den therapeutisch wirksamen Bestandteilen von Heilpflanzen ein. Entsprechend ihrer großen Strukturvielfalt werden auch eine Vielzahl unterschiedlicher biologisch-pharmazeutischer Eigenschaften beobachtet. Es werden u. a. stärkende, entzündungshemmende, harntreibende, schleimtreibende/schleimlösende und hormonstimulierende Eigenschaften beobachtet. Außerdem unterstützen sie die Aufnahme anderer Inhaltsstoffe aus dem Darm und binden andererseits Cholesterin. Man vermutet auch eine präventive Wirkung gegen Darmkrebs durch eine hemmende Wirkung auf die Zellteilung im Darm.

Saponine dürfen jedoch nicht in die Blutbahn gelangen, da viele von ihnen schon in geringer Menge eine hämolytische (blutauflösende) Eigenschaft besitzen, also zur Zerstörung der roten Blutkörperchen führen. Die hämolytische Eigenschaft wird als quantitative Standardmethode bei der Blutuntersuchung ausgenutzt. Bei Entzündungen der Darmwand können Saponine die Durchlässigkeit der Darmwand erhöhen.

Hauptlieferanten von Saponinen sind die Hülsenfrüchte, sie kommen aber auch in Rote Bete, Spargel und Zuckerrüben vor sowie in verschiedenen Heilpflanzen wie dem Gänseblümchen oder der Rosskastanie. Auch die Nussschalen des Waschnussbaums (Sapindus mukorossi) und seiner Verwandten enthalten viel Saponin, welches zum Waschen genutzt wird.

Siehe auch

Weblinks

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Einzelnachweise

  1. ↑ Eintrag zu Holothurine. In: Römpp Online. Georg Thieme Verlag
  2. ↑ doi:10.1073/pnas.96.22.12923
  3. ↑ doi:10.1023/A:1014500330510
  4. ↑ Jörg M. Augustin, Vera Kuzina, Sven B. Andersen, Søren Bak: Molecular activities, biosynthesis and evolution of triterpenoid saponins. Phytochemistry, Vol. 72, Issue 6, April 2011, S. 435–457, doi:10.1016/j.phytochem.2011.01.015.
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