Neue Antioxidantien und ihre chinoiden Metabolite

Sauerstoff-Radikale sind an der Pathogenese zahlreicher Krankheiten beteiligt. Interventionsstudien zur Verhinderung solcher Erkrankungen bei Menschen und Tieren durch Supplementation der Nahrung mit Antioxidantien waren jedoch nur teilweise erfolgreich. Das könnte auf physiologische Aktivitäten der entsprechenden Antioxidantien-Metabolite zurückzuführen sein, die den protektiven Effekten der Antioxidantien entgegenwirken können. Tocopherylchinon (TQ) ist der Hauptmetabolit des Antioxidans Vitamin E. Es ist bekannt, daß chinoide Verbindungen durch Wechselwirkung mit Redox-Enzymen sowohl durch Stimulierung der Sauerstoffradikalbildung prooxidative Aktivitäten entfalten als auch in ihrer reduzierten Form antioxidativ wirken können. Aufgrund der hohen Redox-Aktivität und der ensprechenden Bindungsstellen für Chinone in den Mitochondrien ist eine Beeinflussung des mitochondrialen Elektronen-Transports und der Sauerstoffradikalbildung durch TQ zu erwarten. Daraus leiten wir die Hypothese ab, daß die Effektivität der Vitamin E-artigen Antioxidantien durch eine Vermeidung der Bildung chinoider Metabolite aus den intermediären Chromanoxyl- Radikalen gesteigert werden kann. Das kann durch den Einsatz neuer Vitamin E-Derivate die stabilere Chromanoxyl-Radikale bilden erreicht werden. Im Gegensatz dazu kann die metabolische Umwandlung des Vitamin E-artigen Antioxidans Ubichromenol zu Ubichinon für die Bereitstellung von Ubichinon in den Mitochondrien genutzt werden, was zu einer verbesserten mitochondrialen Energie-Fixierung führt. Diese Lösungsansätze werden neue Wege aufzeigen, um den Nutzen der Antioxidantien-Supplementation zu erhöhen und das Verständnis ihrer Effekte und Einflußfaktoren zu verbessern.

Die Einnahme von Nahrungsergänzungsmitteln neben der normalen Ernährung ist bei der Bevölkerung in Amerika weit verbreitet und findet auch in Europa immer mehr Akzeptanz. Auch bei der Tierernährung spielen solche Zusatzstoffe eine steigende Rolle, da andere leistungsfördernde Mittel, wie z.B. Antibiotika, immer mehr gesetzlichen Restriktionen unterliegen. Eine Klasse von Stoffen, die oft in solchen Präparaten enthalten sind, sind Vitamine der Klasse E, die auch Tocopherole genannt werden. Obwohl man seit langem weiß, dass diese fettlöslichen Stoffe als Fänger von freien Radikalen im Organismus fungieren, zeigten insbesondere klinische Studien keinen eindeutigen Nutzen von Vitamin E bei der Verhinderung von Radikal-bedingten Herzkreislauferkrankungen. Allerdings focussieren sich viele Forschungsgruppen auf das Vitamin E selbst ohne zu berücksichtigen, dass Oxidationsprodukte, die zwangsläufig bei der nützlichen Radikalfänger-Reaktion von Vitamin E entstehen, aus toxikologischer Sicht ebenfalls in Betracht zu ziehen sind. Das abgeschlossene Projekt befasste sich mit Chromanolen (Grundstruktur der Vitamin E-artigen Verbindungen) und deren Abbauprodukten den Chinonen (Verbindungen ähnlich dem Ubichinon, oder auch Coenzym Q10 genannt, welches in Säugetierzellen gebildet wird). Dabei wurde die Eignung neuartiger Chromanole als Radikalfänger mit physiko- chemischen Methoden untersucht. Weiterhin wurde die biologische Aktivität dieser Verbindungen und ihrer Abbauprodukte in Mitochondrien, den Kraftwerken der Zelle, getestet. Das neuartige Twin-Chromanol zeigte sowohl im chemischen System als auch in Mitochondrien eine bessere Schutzwirkung als Vitamin E-Analoga. Das Oxidationsprodukt von Vitamin E, das Tocopherylchinon, hat eine ähnliche Struktur wie Ubichinon, das in den Mitochondrien eine wichtige Rolle spielt. So konnte gezeigt werden, dass Tocopherylchinon zum Teil hemmend auf die Mitochondrien wirkt und damit möglicherweise die Energiebereitstellung in der Zelle beeinträchtigen könnte. Andererseits konnte eine vermutete physiologische Funktion von Tocopherylchinon in der äußeren Mitochondrien-Membran nicht bestätigt werden. Aufgrund der engen Wechselwirkung zwischen Tocopherylchinon und Ubichinon wurde die Möglichkeit untersucht, aus Ubichinon Vitamin E-artige Verbindungen herzustellen. Das gewonnene Ubichromanol (eine molekulare Kombination aus Vitamin E und Ubichinon) hat ähnliche Radikalfänger- Eigenschaften wie Vitamin E selbst. Die Oxidationsprodukte von Ubichromanol, die dem natürlichen Ubichinon sehr ähnlich sind, hemmen die mitochondriale Funktion des Ubichinon weitaus weniger als Tocopherylchinon. Somit bietet die zusammenhängende Betrachtung von Chromanolen und deren Chinon-artigen Oxidationsprodukten neue Möglichkeiten zum Verständnis der Vitamin E-Funktion und der Entwicklung neuer Ubichinon-basierter Antioxidantien.