Terpene: übergeordnete Stoffklasse der bioaktiven Substanzen

Terpenoide stellen mit ca. 30.000 Vertretern die größte Klasse der Sekundären Pflanzenstoffen dar. Terpenoide (Terpene, Isoprenoide) sind Methyl-verzweigte Verbindungen.

Aufbau und Eigenschaften

Chemisch gesehen, sind alle Terpenoide aus Isopreneinheiten (C5) aufgebaut und kommen als Kohlenwasserstoff-, Alkohol-, Glycosid-, Ether-, Aldehyd-, Keton-, Carbonsäure- oder Esterverbindungen vor. Eine Einteilung der Terpenoide erfolgt nach Anzahl der Isopreneinheiten. Das einfachste Terpenoid ist der Kohlenwasserstoff Isopren (C5H8). (Mono-)Terpene bestehen z. B. aus 2 Isopreneinheiten, Sesquiterpene aus 3 Isopreneinheiten und Diterpene bestehen aus 4 Isopreneinheiten usw. Terpenoide schmecken bitter, sind giftig und kleben.

Es sind ca. 1000 Monoterpene bekannt. Monoterpene können in acyclische, monocyclische und bicyclische Vertreter unterteilt werden. Von den Sesquiterpenen (C15) sind ca. 8.000 Verbindungen bekannt.

Monoterpene besitzen den Kohlenwasserstoff Isopren als chemischen Grundbaustein. Nach der Anzahl der Isoprenreste unterscheidet man Monoterpene aus 2, Sequiterpene aus 3, Diterpene aus 4, Triterpene aus 6 und Tetraterpene aus 8 Isopren-Molekülen. Diese können ring- oder kettenförmig angeordnet sein. Man findet aber auch sauerstoffhaltige Verbindungen wie Alkohole, Aldehyde und Ketone (Terpenoide). Terpene werden von Pflanzen und Mikroorganismen synthetisiert.

Insgesamt sind einige hundert verschiedene Strukturen für die Monoterpene bekannt. Monoterpene bilden aufgrund ihres aromatischen Geruchs den Hauptbestandteil ätherischer Öle. Das in Nahrungspflanzen am häufigsten vorkommende Monoterpen ist das Limonen. Aufgrund seiner molekularen Struktur kommt es in einer D- und L-Form vor die sich vom Geruch unterscheiden. 95 Prozent des Zitrusöls macht das D-Limonen aus, es ist ebenfalls ein Inhaltsstoff des Fenchel- und Kümmelöls. Auch in frischem Orangensaft lassen sich bedeutende Mengen D-Limonen nachweisen. L-Limonen ist zum Beispiel in Pfefferminz- und Baldrianöl zu finden. Kümmelöl besteht bis zu 60% aus dem Monoterpen D-Carvon. In 100 g Kümmel (Trockenmasse) können bis zu 3 g D-Carvon enthalten. Perillylalkohol ist enthalten in Kirschen und in Pfefferminze, Zitronengras enthält viel Geraniol. Aufgrund ihrer Licht- und Oxidationsemfindlichkeit müssen isolierte Monoterpene bzw- ätherische Öle geschützt aufbewahrt werden. In der Lebensmittelindustrie besitzen Monoterpene eine besondere Rolle als Aromastoffe. Zur Aromatisierung von Getränken, Backwaren und Desserts werden zum Beispiel Menthol sowie D-Limonen eingesetzt.

Funktionen und Aufgaben

Terpenoide schützen Pflanzen vor Pflanzenfressern und Krankheiten (z.B. Bakterien- oder Pilzbefall). Des Weiteren tragen viele Mono- und Sesquiterpene als ätherische Öle zum Duft und Aroma der Pflanzen bei. Auch fungieren einige von ihnen als photosynthetische Pigmente (z. B. Carotinoide) oder Hormone (z. B. Gibberelline, Abscisinsäure) und wieder andere dienen als Strukturbausteine von Membranen (z.B. Sterole) oder als Elektronenüberträger (z. B. Ubichinon). Dem Diterpen Taxol wird eine antikanzerogene Wirkung zugesprochen, da es das Fortschreiten von Eierstock- und Brustkrebs hemmt.

Antikanzerogene Wirkung

D-Limonen und D-Carvon sind die gegenwärtig am intensivsten untersuchten Monoterpene mit antikanzerogenen Eigenschaften, sie bilden die Hauptbestandteile von Zitrus- bzw. Kümmelöl. Zeitlich vor dem Kanzerogen verabreichtes D-Limonen und D-Carvon hemmen die Magen-, Brust- und Lungenkrebsbildung. Lokal appliziertes D-Limonen auf die Haut von Mäusen verhinderte die Entstehung chemisch induzierter Hauttumoren, bei Ratten verringerte es die Anzahl chemisch induzierter Brusttumoren. Untersuchungen ergaben, dass auch in der Promotionsphase D-Limonen eine erhöhte Rückbildung der primären Brusttumoren bewirkte. Bei transplantierten Brusttumoren wirkten weder Terpene noch Zitrusöl antikanzerogen.

Untersuchungen  zur Folge zeigen, dass D-Limonen und sowie auch andere Monoterpene sowohl in der Initiations- als auch in der Promotionsphase der Kanzerogenese protektiv wirken. Für die antikanzerogene Wirkung der Terpene werden die Allylgruppen verantwortlich gemacht. Der genaue Mechanismus ist jedoch noch unklar. Eine direkte zytotoxische Wirkung auf Tumorzellen kann wegen der fehlenden protektiven Wirkung gegenüber transplantierten Tumoren ausgeschlossen werden. Außerdem wird ein Einfluss von D-Limonen auf die Aktivierung von Onkogenen diskutiert. D-Limonen verhinderte die Aufnahme von Farnesylpyrophosphat in Proteine des Zellkerns, wodurch eine Aktivierung von Onkogenen verhindert wird.

Antimikrobielle Wirkung

Neben der antikanzerogenen Wirkung wurde für vereinzelt Monoterpene auch eine antimikrobielle Wirkung nachgewiesen. Besonders wirksam ist in diesem Fall das Carvacrol, Limonen erwies sich als unwirksam. Es ist aber zu erwähnen, dass für eine bakterizide Wirkung relativ hohe Konzentrationen an Monoterpenen erforderlich sind.

Ebenfalls konnte festgestellt werden, dass Monoterpene wie Menthol an spezifische neuronale Kälterezeptoren binden (CMR1) und eine Kälteempfindung auslösen. Aufgrund der Bindung öffnen sich die Ionenkanäle, durch die Kalium- und Kalziumionen in die Nervenzellen befördert werden. CMR1 wird auch bei niedrigeren Körpertemperaturen (im Bezug zur Körpertemperatur) im Bereich von 8-30°C aktiviert.

Klassifizierung

Monoterpene

Monoterpene besitzen zwei Isopren-Einheiten. Sie sind in den meisten flüchtigen Ölen enthalten und anfällig für Oxidation. Produkte, die Monoterpene enthalten, sollten daher in gut verschließbaren Behältnissen aufbewahrt werden. Zu den Monoterpenen gehören u. a. Carvacrol und Thymol, die beide fungizide Fähigkeiten haben und das Wachstum von einigen Pilzen hemmen können, gleiches gilt für schädliche Bakterien. Carvacrol ist u.a. in Oregano, Rosmarin und Thymian enthalten, Thymol kommt ebenfalls in Oregano und Thymian sowie im Lavendel vor. Carvacrol und Thymol sind in einigen Mundwässern enthalten. Ein anderes Monoterpen ist Limonen (auch D-Limonen genannt), das in einigen Früchten, Kräutern, Samen und Gemüsen vorkommt. Limonen ist z. B. in Zitronen-, Mandarinen-, Orangen- und Grapefruitschalen enthalten, es kommt außerdem in Koriander, Cumin (Kreuzkümmel), Zitronengras, Pfefferminze, Sternanis sowie in Sellerie und Fenchel vor. Limonen kann zur Auflösung von Gallensteinen beitragen, es hat auch antikarzinogene Eigenschaften und kann daher zur Vorbeugung von Krebskrankheiten beitragen.

Diterpene

Diterpene besitzen 4 Isopren-Einheiten. Zu ihnen gehören u. a. Forskolin, Ginkgolide und Vitamin A. Forskolin ist in Coleus (Buntnessel) enthalten und an einer Reihe von Funktionen im Körper beteiligt. Es trägt u. a. dazu bei, die Blutzirkulation zu verbessern und stärkt die Herzfunktionen. Im Verdauungssystem regt Forskolin die Freisetzung von Salzsäure im Magen an und kann Darmkoliken lindern. Im Immunsystem kann Forskolin die Lymphozyten und Makrophagen aktivieren und es fördert allgemein die Energieproduktion in den Zellen. Forskolin wird u. a. zur Therapie bei Asthma, Psoriasis sowie bei Störungen im Sexualsystem eingesetzt, z. B. bei Dysmenorrhoen und männlicher Impotenz. Die gesundheitlichen Wirkungen von Ginkgo beruhen vor allem auf dem Gehalt an Ginkgoliden, speziell das Ginkgolid-B erhöht die Blutzirkulation im Gehirn, es kann außerdem vor Allergien schützen. Zu den Diterpenen gehört in der chemischen Klassifikation auch das Vitamin A.

Triterpene

Triterpene besitzen 6 Isopren-Einheiten. Zu ihnen gehören u.a. die Limonoide aus Citrusfrüchten. Einige Limonoide haben antikarzinogene Eigenschaften, sie wirken außerdem antiviral, antibakteriell und fungizid. Squalen ist ein Bestandteil von Pflanzen- und Fischölen, es kommt u.a. in Oliven- und Weizenkeimöl sowie im Haifischleberöl vor. Squalen ist ein Antioxidans und hat antibakterielle, fungizide und antikarzinogene Fähigkeiten. Es regt die Aktivität einiger Immunzellen an, speziell die NK-Lymphozyten und Phagozyten. Squalen trägt dazu bei, Cholesterinwerte zu senken und Herzkrankheiten vorzubeugen. Squalen kann, äußerlich angewendet, auch die Haut schützen. Es verzögert beispielsweise die Anfälligkeit der Haut für Sonnenbrand und fördert die Wundheilung.

Tetraterpene

Tetraterpene besitzen 8 Isopren-Einheiten. Zu ihnen gehören die Carotine aus der Gruppe der Carotinoide. Dazu gehören alpha-Carotin, Beta-Carotin, Beta-Zeacarotin, Gamma-Carotin und Lykopin.