Enzymhemmende Antinutritiva

Verdauungsenzyme zerlegen unsere Nahrung in absorbierbare Einzelteile

Lipasen

Fett -> Fettsäuren

Proteasen

Protein -> Aminosäuren

Amylasen

Stärke -> Glukose

Substanzen, die die Nährstoffverwertung (Makronährstoffe, Mineralstoffe usw.) im Körper beeinträchtigen

hohe Aufnahme kann zu Mangelernährung beitragen

kommen natürlicherweise v.a. in pflanzlichen Lebensmitteln vor

• Phytinsäure

• Oxalsäure

• Lektine

• Trypsininhibitoren

Hemmen Enzyme wie Lipasen, Proteasen und Amylasen

• Trypsininhibitoren in Soja

• Nachweis von alpha-Amylaseinhibitoren

• proteinspaltende Enzyme

• Peptidbindung zwischen Aminosäuren wird gespalten

• Unterscheidung zwischen Endoproteasen und Exoproteasen

• Bildung im Pankreas als inaktive Vorstufe - Aktivierung im Dünndarm

• Beispiele: Trypsin, Chymotrypsin, Pepsin

• Polypeptidketten (100-200 Aminosäuren) bzw. proteinähnliche (Makro-)Moleküle

• Hemmen kompetetiv die Aktivität der Enzyme durch Besetzung des reaktiven Zentrums

• können spezifisch wirksam oder mehrere Enzyme hemmen

• alpha1-Antitrypsin

• alpha1-Antichymotrypsin

• alpha2-Makroglobulin

• alpha2-Antiplasmin

• Antithromin III

• C1-Inhibitor

Funktionen im Menschen bei Entzündungen, Blutgerinnung usw.

• Kunitz-Inhibitor

• Bownman-Birk-Inhibitor

• SBTI = soy bean trypsin inhibitor

Aufnahme über Lebensmittel (z.B. Soja)

Funktionen in der Pflanze v.a. Schutzwirkung vor Schädlingen

Störung der Proteinverdauung mit Folgeerscheinung

• Gastrointestinale Beschwerden

• Hyperplasie des Pankreas durch vermehrte Enzymbildung (Kompensation)

• Wachstumsstörung durch Mangel an essentiellen Aminosäuren (Methionin, Threonin, Valin)

Methionin

Threonin

Valin

• hohe Konzentrationen v.a. in Leguminosen (Samen)

• Sojabohne (20 g pro kg)

• Kichererbse (1,5 g pro kg)

• Kartoffeln (1-2 g pro kg)

• Getreide (2-3 g pro kg)

ca. 300 mg pro Tag (Vegetarier und Veganer ggf. deutlich höher)

• Erhitzen (z.B. Kochen, Toasten der Sojabohne)

• Raffinierung (z.B. Soja-Öl-Herstellung)

• Säureeinwirkung

hängt sehr stark von Sorte, Reifungsgrad und Lagerzeit ab

• basiert im Allgemeinen auf der Aktivtäts-Reduktion von zugefügtem Trypsin

• verwendet werde sowohl das natürliche Substrat Casein als auch das synthetische Substrat BAPNA

• Benzoyl-DL-Arginin-p-Nitroanilin

• hiermit werden zuverlässigere Daten für die Analyse von TIA in der Sojabohne ermittelt

• bei pH 9,5 werden Inhibitoren aus dem Material extrahiert und mit bovinem Trypsin vermischt

• Die Aktivität des verbliebenen Trypsins (nicht verbunden mit Trypsininhibitoren) wird durch Addition von BAPNA unter Standardbedingungen bestimmt

• hierbei freigesetztes p-Nitroanilin weist eine gelbe Farbe auf, welche photometrisch bei 410 nm erfasst werden kann

1. Sojamehlextrakte + Trypsin -> ein Teil des Trypsins wird durch die Inhibitoren im Extrakt inaktiviert

2. Zugabe von BAPNA (Substrat) -> aktives Trypsin spaltet BAPNA (p-Nitroanilin Freisetzung)

3. Zugabe von Essigsäurelösung -> Säure denaturiert das Enzym (Reaktion wird nach bestimmter Zeit gestoppt)

4. Photometrische Messung -> Farbintensität lässt Rückschlüsse auf die Trypsinaktivität bzw. Inhibitoraktivität zu

5. Die Lösungen können im Abfluss entsorgt werden

• max. Farbstoffbildung: kein Inhibitor, keine Trypsinhemmung -> bei Standardlösung

• wenig Farbstoffbildung: viel aktiver Inhibitor, starke Trypsinhemmung -> bei nicht-erhitzter Probe

• mehr Farbstoffbildung: weniger aktiver Inhibitor, wenig Trypsinhemmung -> bei erhitzter Probe

TIA = 2,632 x VD X AI / m

VD = Verdünnungsfaktor

AI = Absorptionsveränderung

m = Einwaage (g)

2,632 = Konstante, welche auf dem Gewicht an gehemmten Trypsin pro ml basiert

1 = N-alpha-Benzoyl-DL-Arginin-p-Nitroanilide

2 = Benzoyl-Arginin-Rest

3 = p-Nitroanilin

• Kohlenhydrate- bzw. Stärke-spaltende Enzyme

• alpha-Amlyase ist die wichtigste Amylase für unsere Verdauung (Endo-Enzym)

• spaltet innere alpha-1,4-Bindungen der Stärke hydrolytisch zu Oligosacchariden

• Wirkung im Mund (Speichel-Amylase) und im Darm (pankreatische Amlyase)

• die Kohlenhydrate werden in den Darm transportiert, ohne verarbeitet oder absorbiert zu werden

• Darmbakterien fermentieren diese, was zu Beschwerden wie Durchfall, Blähungen und Aufgeblasenheit führen kann

• natürliche Pflanzenproteine, die sowohl alpha-Amylase als auch Trypsin hemmen

• Zusammenhang mit Nichtzöliakie-Nichtweizenallergie-Weizensensitivität wird stark vermutet

• Symptome: Gastrointestinale Beschwerden, Müdigkeit, Kopfschmerzen usw.

• zeigen zusätzlich eine überproportionale Wirkung auf das Immunsystem

• Aktivieren das angeborene Immunsystem, v.a. über den Toll-like-Rezeptor 4 (TLR4)

• Entzündliche Reaktion, v.a. im Darm, aber auch systemisch

• spezifisch für glutenhaltige Süßgräser wie Weizen, Roggen, Gerste usw.

• Glutenfreie Süßgräser wie Mais, Reis, Hirse sowie Pseudogetreide bilden keine ATIs

Phaseolin

v.a. über industriell hergestelltes Brot/Gebäck

• Verwendung von alten Getreidesorten anstelle des “modernen” Hochleistungsweizen

• Traditionelle Backmethoden (längere Teigführung)

• Langzeitfermentation (z.B. Sauerteig)

mittels Disc-Assay

1. Mehlextrakte + alpha-Amylase

2. Tränkung von “Filter-Discs” auf stärkehaltigen Nährböden

3. Färbung der Nährböden mit Jod-Indikator

4. Bestimmung des Hemmhofdurchmessers

• Die Proben werden mit pankreatischer Alpha-Amylase-Lösung vermischt und Filter-Discs. welche auf stärkerhaltigen Nährböden plaziert sind, damit getränkt

• Als Kontrolle wird die Alpha-Amlyase-Lösung mit Zugabe von Wasser (anstelle der Proben) verwendet

• Nach Inkubation (bei 37°C 8 h oder bei Raumtemperatur 48 h) werden die Filter-Discs entfernt und ein Jod-Indikator, auch als Lugolsche Lösung bezeichnet, auf die Nährböden gegeben

• bläulich: Jod bildet mit der vohandenen Stärke Polyiodid-Stärke-Komplexe, im Fall von Amylose

• blauviolett: Jod bildet mit der vohandenen Stärke Polyiodid-Stärke-Komplexe, im Fall von Amylopektin

• nicht gefärbte Bereiche um die Filter-Discs: Nachweis einer Alpha-Amylaseaktivität

Nicht gefärbte Bereiche um die Filter-Discs

Je kleiner ein Hemmhofdurchmesser ist, umso größer ist die Amylaseinhibition durch die Proben -> alpha-Amylase wurde gehemmt

Großer Durchmesser: viel Stärkeabbau durch aktive alpha-Amylase

(Durchschnitt der Kontrolle - Durchschnitt der Probe) / Durchschnitt der Kontrolle x 100

• starke Hemmung durch Extrakt aus weißen Kidneybohnen

• nachweisbare Hemmung durch Weizenmehl-Extrakt

• keine Hemmung durch Maismehl-Extrakt

1. Zusammenmischen des Mediums aus Stärke und Agar-Agar

2. Aufkochen des Mediums in der Mikrowelle

3. Abfüllen des Mediums in Petrischalen

4. Platzierung von “Filter-Discs” auf den Nährböden