Solanin

Aus besserwiki.de
α-Solanin
Solanine.svg
Solanine 3d structure.png
Bezeichnungen
IUPAC-Name
Solanid-5-en-3β-yl α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-[β-D-glucopyranosyl-(1→3)]-β-D-galactopyranosid
Bevorzugter IUPAC-Name
(2S,3R,4R,5R,6S)-2-{[(2R,3R,4S,5S,6R)-5-Hydroxy-6-(hydroxymethyl)-2-{[(2S,4aR,4bS,6aS,6bR,7S,7aR,10S,12aS,13aS, 13bS)-4a,6a,7,10-tetramethyl-2,3,4,4a,4b,5,6,6a,6b,7,7a,8,9,10,11,12a,13,13a,13b,14-icosahydro-1H-naphtho[2′,1′: 4,5]indeno[1,2-b]indolizin-2-yl]oxy}-4-{[(2S,3R,4S,5S,6R)-3,4,5-trihydroxy-6-(hydroxymethyl)oxan-2-yl]oxy}oxan-3-yl]oxy}-6-methyloxane-3,4,5-triol
Andere Namen
α-Solanin; Solanin; Solatunin
Bezeichner
3D-Modell (JSmol)
ChEBI
ChemSpider
PubChem CID
UNII
InChI
  • InChI=1S/C45H73NO15/c1-19-6-9-27-20(2)31-28(46(27)16-19)15-26-24-8-7-22-14-23(10-12-44(22,4)25(24)11-13-45(26, 31)5)57-43-40(61-41-37(54)35(52)32(49)21(3)56-41)39(34(51)30(18-48)59-43)60-42-38(55)36(53)33(50)29(17-47)58-42/h7, 19-21,23-43,47-55H,6,8-18H2,1-5H3/t19-,20+,21-,23-,24+,25-,26-,27+,28-,29+,30+,31-,32-,33+,34-,35+,36-,37+,38+,39-,40+,41+,42-,43+,44-,45-/m0/s1 ☒
    Schlüssel: ZGVSETXHNHBTRK-OTYSSXIJSA-N ☒
  • InChI=1/C45H73NO15/c1-19-6-9-27-20(2)31-28(46(27)16-19)15-26-24-8-7-22-14-23(10-12-44(22,4)25(24)11-13-45(26, 31)5)57-43-40(61-41-37(54)35(52)32(49)21(3)56-41)39(34(51)30(18-48)59-43)60-42-38(55)36(53)33(50)29(17-47)58-42/h7, 19-21,23-43,47-55H,6,8-18H2,1-5H3/t19-,20+,21-,23-,24+,25-,26-,27+,28-,29+,30+,31-,32-,33+,34-,35+,36-,37+,38+,39-,40+,41+,42-,43+,44-,45-/m0/s1
    Schlüssel: ZGVSETXHNHBTRK-OTYSSXIJBP
SMILES
  • C[C@H]1CC[C@@H]2[C@H]([C@H]3[C@@H](N2C1)C[C@@H]4[C@@]3(CC[C@H]5[C@H]4CC=C6[C@@]5(CC[C@@H](C6)O[C@H]7[C@@H]([C@H]([C@H]([C@H](O7)CO)O)O[C@H]8[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O8)CO)O)O)O)O[C@@H]9[C@@H]([C@@H]([C@H]([C@@H](O9)C)O)O)O)C)C)C
Eigenschaften
Chemische Formel
C45H73NO15
Molare Masse 868.06
Erscheinungsbild weißer kristalliner Feststoff
Schmelzpunkt 271 bis 273 °C (520 bis 523 °F; 544 bis 546 K)
Sofern nicht anders angegeben, beziehen sich die Daten auf Materialien im Standardzustand (bei 25 °C [77 °F], 100 kPa).
☒ verifizieren (was ist check☒ ?)
Infobox Referenzen

Solanin ist ein Glykoalkaloid-Gift, das in Arten der Nachtschattengewächse der Gattung Solanum vorkommt, wie z. B. in der Kartoffel (Solanum tuberosum), der Tomate (Solanum lycopersicum) und der Aubergine (Solanum melongena). Es kann natürlich in jedem Teil der Pflanze vorkommen, einschließlich der Blätter, Früchte und Knollen. Solanin hat pestizide Eigenschaften und ist eine der natürlichen Abwehrkräfte der Pflanze. Solanin wurde erstmals 1820 aus den Beeren des Schwarzen Nachtschattens (Solanum nigrum) isoliert, nach dem es auch benannt wurde. Es gehört zu der chemischen Familie der Saponine.

Strukturformel
Struktur von Solanin
Allgemeines
Name Solanin
Andere Namen

Solanid-5-en-3β-yl-O-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-O-β-D-glucopyranosyl-(1→3)-β-D-galactopyranosid

Summenformel C45H73NO15
Kurzbeschreibung

farb- und geruchloser Feststoff

Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer 20562-02-1
EG-Nummer 243-879-8
ECHA-InfoCard 100.039.875
PubChem 6537493
ChemSpider 28033
Eigenschaften
Molare Masse 868,06 g·mol−1
Aggregatzustand

fest

Schmelzpunkt

285 °C

Löslichkeit

nahezu unlöslich in Wasser (1,38 mg·l−1 bei 25 °C)

Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung
Gefahrensymbol

Achtung

H- und P-Sätze H: 302
P: keine P-Sätze
Toxikologische Daten
  • 590 mg·kg−1 (LD50, Ratte, oral)
  • >1000 mg·kg−1 (LD50, Maus, oral)
  • 75 mg·kg−1 (LD50, Ratte, i.p.)
  • 42 mg·kg−1 (LD50, Maus, i.p.)
  • 3–6 mg·kg−1 (extrapoliert) (LD50Mensch, oral)
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Solanin-Vergiftung

Symptome

Eine Solaninvergiftung äußert sich in erster Linie durch gastrointestinale und neurologische Störungen. Zu den Symptomen gehören Übelkeit, Durchfall, Erbrechen, Magenkrämpfe, Brennen im Hals, Herzrhythmusstörungen, Albträume, Kopfschmerzen, Schwindel, Juckreiz, Ekzeme, Schilddrüsenprobleme sowie Entzündungen und Schmerzen in den Gelenken. In schwereren Fällen wurde von Halluzinationen, Gefühlsstörungen, Lähmungen, Fieber, Gelbsucht, erweiterten Pupillen, Unterkühlung und Tod berichtet.

Das Verschlucken von Solanin in mäßigen Mengen kann zum Tod führen. Eine Studie deutet darauf hin, dass Dosen von 2 bis 5 mg/kg Körpergewicht toxische Symptome hervorrufen können und Dosen von 3 bis 6 mg/kg Körpergewicht tödlich sein können.

Die Symptome treten in der Regel 8 bis 12 Stunden nach der Einnahme auf, können aber auch schon 10 Minuten nach dem Verzehr von Lebensmitteln mit hohem Solaninanteil auftreten.

Korrelation mit Geburtsfehlern

Einige Studien zeigen einen Zusammenhang zwischen dem Verzehr von Kartoffeln, die von der Kraut- und Knollenfäule betroffen sind (die den Solaningehalt und den Gehalt an anderen Glykoalkaloiden erhöht), und dem Auftreten von angeborener Spina bifida beim Menschen. Andere Studien haben jedoch keinen Zusammenhang zwischen dem Verzehr von Kartoffeln und dem Auftreten von Geburtsfehlern gezeigt.

Vergiftung von Nutztieren

Auch Nutztiere können für Glykoalkaloide empfänglich sein. Hohe Konzentrationen von Solanin sind erforderlich, um bei Säugetieren den Tod herbeizuführen. Der Magen-Darm-Trakt kann Solanin nicht effizient absorbieren, was dazu beiträgt, seine Wirkung auf den Körper von Säugetieren zu verringern. Nutztiere können Solanin hydrolysieren und ausscheiden, um seine Präsenz im Körper zu vermindern.

Mechanismus der Wirkung

Es gibt mehrere vorgeschlagene Mechanismen, wie Solanin beim Menschen toxisch wirkt, aber der tatsächliche Wirkmechanismus ist nicht genau bekannt. Solanum-Glykoalkaloide hemmen nachweislich die Cholinesterase, stören die Zellmembranen und verursachen Geburtsfehler. Eine Studie legt nahe, dass der toxische Mechanismus von Solanin durch die Interaktion der Chemikalie mit mitochondrialen Membranen verursacht wird. Experimente zeigen, dass eine Solanin-Exposition die Kaliumkanäle der Mitochondrien öffnet und deren Membranpotenzial erhöht. Dies wiederum führt dazu, dass Ca2+ aus den Mitochondrien in das Zytoplasma transportiert wird, und diese erhöhte Ca2+-Konzentration im Zytoplasma löst Zellschäden und Apoptose aus. Glykoalkaloide wie Solanin in Kartoffeln, Tomaten und Auberginen beeinträchtigen nachweislich den aktiven Transport von Natrium durch die Zellmembranen. Diese Störung der Zellmembran ist wahrscheinlich die Ursache für viele der Symptome der Solanin-Toxizität, einschließlich Brennen im Mund, Übelkeit, Erbrechen, Bauchkrämpfe, Durchfall, innere Blutungen und Magenverletzungen.

Biosynthese

Biosynthese von Solanin aus Cholesterin

Solanin ist ein Glykoalkaloid-Gift, das von verschiedenen Pflanzen der Gattung Solanum, wie z. B. der Kartoffelpflanze, gebildet wird. Wenn der Stängel, die Knollen oder die Blätter der Pflanze dem Sonnenlicht ausgesetzt werden, stimuliert sie die Biosynthese von Solanin und anderen Glykoalkaloiden als Abwehrmechanismus, damit sie nicht gegessen wird. Sie wird daher als natürliches Pestizid betrachtet.

Obwohl die Strukturen der Zwischenprodukte in diesem Biosyntheseweg bekannt sind, sind viele der spezifischen Enzyme, die an diesen chemischen Prozessen beteiligt sind, nicht bekannt. Es ist jedoch bekannt, dass bei der Biosynthese von Solanin zunächst Cholesterin in das steroidale Alkaloid Solanidin umgewandelt wird. Dies geschieht durch eine Reihe von Hydroxylierungs-, Transaminierungs-, Oxidations-, Zyklisierungs-, Dehydratisierungs- und Reduktionsreaktionen. Das Solanidin wird dann durch eine Reihe von Glykosylierungsreaktionen, die durch spezifische Glykosyltransferasen katalysiert werden, in Solanin umgewandelt.

Pflanzen wie die Kartoffel und die Tomate synthetisieren ständig geringe Mengen an Glykoalkaloiden wie Solanin. Unter Stress, z. B. durch einen Schädling oder einen Pflanzenfresser, erhöhen sie jedoch die Synthese von Verbindungen wie Solanin als natürlichen chemischen Schutz. Dieser rasche Anstieg der Glykoalkaloidkonzentration verleiht den Kartoffeln einen bitteren Geschmack, und Stressreize wie Licht stimulieren auch die Photosynthese und die Anreicherung von Chlorophyll. Infolgedessen werden die Kartoffeln grün und damit für Schädlinge unattraktiv. Weitere Stressfaktoren, die eine erhöhte Solaninbiosynthese anregen können, sind mechanische Beschädigungen, unsachgemäße Lagerbedingungen, unsachgemäße Lebensmittelverarbeitung und Keimung. Die größte Solaninkonzentration als Reaktion auf Stress befindet sich an der Oberfläche der Schale, was sie zu einem noch besseren Abwehrmechanismus gegen Schädlinge macht, die sie zu verzehren versuchen.

Sicherheit

Empfohlene Grenzwerte für den Verzehr von Solanin

Toxizität tritt typischerweise auf, wenn Menschen Kartoffeln mit hohem Solaningehalt zu sich nehmen. Der durchschnittliche Verzehr von Kartoffeln in den USA wird auf etwa 167 g Kartoffeln pro Tag und Person geschätzt. Der Glykoalkaloidgehalt der verschiedenen Kartoffelsorten ist unterschiedlich hoch, aber die Kartoffelzüchter bemühen sich, den Solaningehalt unter 0,2 mg/g zu halten. Anzeichen einer Solaninvergiftung wurden mit dem Verzehr von Kartoffeln mit Solaningehalten zwischen 0,1 und 0,4 mg pro Gramm Kartoffel in Verbindung gebracht. Die durchschnittliche Kartoffel enthält 0,075 mg Solanin/g Kartoffel, was bei einem durchschnittlichen täglichen Kartoffelverzehr etwa 0,18 mg/kg entspricht.

Berechnungen haben ergeben, dass 2 bis 5 mg/kg Körpergewicht die wahrscheinliche toxische Dosis von Glykoalkaloiden wie Solanin beim Menschen sind, wobei 3 bis 6 mg/kg die tödliche Dosis darstellen. Andere Studien haben gezeigt, dass bereits bei einem Verzehr von 1 mg/kg Vergiftungserscheinungen beobachtet wurden.

Richtige Lagerung von Kartoffeln

Verschiedene Lagerungsbedingungen können sich auf den Solaningehalt von Kartoffeln auswirken. Der Glykoalkaloidgehalt steigt, wenn Kartoffeln dem Licht ausgesetzt werden, da Licht die Synthese von Glykoalkaloiden wie Solanin erhöht. Kartoffeln sollten daher an einem dunklen Ort gelagert werden, um eine erhöhte Solaninsynthese zu vermeiden. Kartoffeln, die aufgrund von erhöhtem Chlorophyll und erhöhter Photosynthese grün geworden sind, deuten auf eine erhöhte Lichtexposition hin und sind daher mit einem hohen Solaningehalt verbunden. Die Solaninsynthese wird auch durch mechanische Verletzungen angeregt, da die Glykoalkaloide an den Schnittflächen der Kartoffeln synthetisiert werden. Die Lagerung von Kartoffeln über längere Zeiträume wird ebenfalls mit einem erhöhten Solaningehalt in Verbindung gebracht. Eine Studie ergab, dass der Solaningehalt in Kurfi Jyoti und Kurfi Giriraj Kartoffeln um 0,232 mg/g bzw. 0,252 mg/g anstieg, nachdem sie schlecht auf einem Haufen gelagert wurden. Die sorgfältige Lagerung von Kartoffeln kann für die Löhne und die Produktivität von Landwirten und Landarbeitern entscheidend sein.

Auswirkungen des Kochens auf den Solaningehalt

Die meisten häuslichen Verarbeitungsmethoden wie Kochen, Garen und Braten von Kartoffeln haben nachweislich nur minimale Auswirkungen auf den Solaningehalt. Das Kochen von Kartoffeln senkt den Solaningehalt nur um 1,2 % und ist damit eine unwirksame Methode zur Verringerung der Glykoalkaloidkonzentration in Kartoffeln. Auch das Frittieren bei 150 °C (302 °F) führt zu keiner messbaren Veränderung. Alkaloide wie Solanin beginnen nachweislich bei ca. 170 °C mit der Zersetzung und dem Abbau, und das Frittieren von Kartoffeln bei 210 °C für 10 Minuten führt zu einem Verlust von ∼40 % des Solanins. Durch das Erhitzen von Kartoffeln in der Mikrowelle wird der Alkaloidgehalt jedoch nur um 15 % verringert. Das Gefriertrocknen und Dehydrieren von Kartoffeln hat nur sehr geringe Auswirkungen auf den Solaningehalt.

Der größte Teil (30-80 %) des Solanins in Kartoffeln befindet sich in der äußeren Schicht der Kartoffel. Daher verringert das Schälen der Kartoffeln vor dem Kochen die Aufnahme von Glykoalkaloiden durch den Kartoffelverzehr. Gebratene Kartoffelschalen enthalten nachweislich 1,4-1,5 mg Solanin/g, was dem Siebenfachen der empfohlenen oberen Sicherheitsgrenze von 0,2 mg/g entspricht. Durch Kauen eines kleinen Stücks der rohen Kartoffelschale vor dem Kochen kann der Solaningehalt der Kartoffel bestimmt werden; der bittere Geschmack weist auf einen hohen Gehalt an Glykoalkaloiden hin. Wenn die Kartoffel mehr als 0,2 mg/g Solanin enthält, entsteht sofort ein brennendes Gefühl im Mund.

Aufgezeichnete menschliche Vergiftungen

Obwohl Todesfälle durch Solaninvergiftungen selten sind, gab es mehrere bemerkenswerte Fälle von Solaninvergiftungen beim Menschen. Zwischen 1865 und 1983 gab es etwa 2000 dokumentierte Fälle von Solanin-Vergiftungen beim Menschen, von denen sich die meisten vollständig erholten, und 30 Todesfälle. Da die Symptome denen einer Lebensmittelvergiftung ähneln, ist es möglich, dass es viele nicht diagnostizierte Fälle von Solaninvergiftung gibt.

Im Jahr 1899 erkrankten 56 deutsche Soldaten an einer Solaninvergiftung, nachdem sie gekochte Kartoffeln verzehrt hatten, die 0,24 mg Solanin pro Gramm Kartoffel enthielten. Es gab keine Todesopfer, aber einige Soldaten waren teilweise gelähmt und litten an Gelbsucht. Im Jahr 1918 gab es 41 Fälle von Solaninvergiftungen bei Menschen, die eine schlechte Kartoffelernte mit 0,43 mg Solanin/g Kartoffel gegessen hatten, wobei keine Todesfälle verzeichnet wurden.

In Schottland gab es 1918 61 Fälle von Solaninvergiftung nach dem Verzehr von Kartoffeln mit einem Solaningehalt von 0,41 mg pro Gramm Kartoffel, die zum Tod eines Fünfjährigen führten.

In einem Fallbericht aus dem Jahr 1925 wird berichtet, dass sieben Familienmitglieder, die grüne Kartoffeln gegessen hatten, zwei Tage später an einer Solaninvergiftung erkrankten, woran die 45-jährige Mutter und die 16-jährige Tochter starben. Die anderen Familienmitglieder erholten sich vollständig. In einem anderen Fallbericht aus dem Jahr 1959 zeigten vier Mitglieder einer britischen Familie Symptome einer Solaninvergiftung, nachdem sie Pellkartoffeln gegessen hatten, die 0,5 mg Solanin pro Gramm Kartoffel enthielten.

1979 kam es in Großbritannien zu einem Massenvorfall von Solaninvergiftungen, als 78 jugendliche Jungen in einem Internat nach dem Verzehr von Kartoffeln, die über den Sommer unsachgemäß gelagert worden waren, Symptome zeigten. Siebzehn von ihnen wurden ins Krankenhaus eingeliefert, erholten sich aber alle wieder. Es wurde festgestellt, dass die Kartoffeln zwischen 0,25 und 0,3 mg Solanin pro Gramm Kartoffel enthielten.

Eine weitere Massenvergiftung wurde 1984 in Kanada gemeldet, nachdem 61 Schulkinder und Lehrer nach dem Verzehr von gebackenen Kartoffeln mit 0,5 mg Solanin pro Gramm Kartoffel Symptome einer Solaninvergiftung zeigten.

In Kartoffeln

Grüne Kartoffeln weisen in der Regel einen erhöhten Solaningehalt auf und sollten nicht in großen Mengen verzehrt werden.

Kartoffeln produzieren natürlicherweise Solanin und Chaconin, ein verwandtes Glykoalkaloid, als Abwehrmechanismus gegen Insekten, Krankheiten und Pflanzenfresser. Kartoffelblätter, -stängel und -sprossen sind von Natur aus reich an Glykoalkaloiden.

Wenn Kartoffelknollen dem Licht ausgesetzt werden, färben sie sich grün und erhöhen die Glykoalkaloidproduktion. Dies ist ein natürlicher Abwehrmechanismus, der verhindern soll, dass die unbedeckte Knolle gefressen wird. Die grüne Farbe stammt vom Chlorophyll und ist an sich harmlos. Sie ist jedoch ein Hinweis darauf, dass ein erhöhter Gehalt an Solanin und Chaconin vorhanden sein könnte. In Kartoffelknollen entwickeln sich 30-80 % des Solanins in und nahe der Schale, und einige Kartoffelsorten haben einen hohen Solaningehalt.

Einige Kartoffelkrankheiten, wie die Kraut- und Knollenfäule, können den Gehalt an Glykoalkaloiden in Kartoffeln drastisch erhöhen. Auch Knollen, die bei der Ernte und/oder beim Transport beschädigt werden, weisen einen erhöhten Gehalt an Glykoalkaloiden auf; man geht davon aus, dass dies eine natürliche Reaktion der Pflanze auf Krankheiten und Schäden ist.

Außerdem können die Knollenglykoalkaloide (wie Solanin) durch chemische Düngung beeinflusst werden. So wurde in verschiedenen Studien berichtet, dass der Gehalt an Glykoalkaloiden durch eine Erhöhung der Stickstoffdüngerkonzentration zunimmt.

Eine Grünfärbung unter der Schale deutet stark auf die Bildung von Solanin in Kartoffeln hin, obwohl beide Prozesse auch ohne einander auftreten können. Ein bitterer Geschmack der Kartoffel ist ein weiterer - möglicherweise zuverlässigerer - Indikator für Toxizität. Aufgrund des bitteren Geschmacks und Aussehens solcher Kartoffeln ist eine Solaninvergiftung außerhalb von Lebensmittelknappheit selten. Die Symptome sind vor allem Erbrechen und Durchfall, und die Krankheit kann als Gastroenteritis fehldiagnostiziert werden. Die meisten Kartoffelvergiftungsopfer erholen sich vollständig, es sind jedoch auch Todesfälle bekannt, insbesondere wenn die Opfer unterernährt sind oder keine angemessene Behandlung erhalten.

In den Informationen der United States National Institutes of Health über Solanin wird dringend vom Verzehr von Kartoffeln abgeraten, die unter der Schale grün sind.

Die häuslichen Verarbeitungsmethoden (Kochen, Garen, Frittieren) haben geringe und unterschiedliche Auswirkungen auf die Glykoalkaloide. So reduziert das Kochen von Kartoffeln den Gehalt an α-Caconin und α-Solanin nur um 3,5 % bzw. 1,2 %, während die Mikrowelle eine Reduzierung um 15 % bewirkt. Das Frittieren bei 150 °C (302 °F) führt zu keiner messbaren Veränderung, obwohl ein signifikanter Abbau der Glykoalkaloide bei ∼170 °C (338 °F) beginnt, und das Frittieren bei 210 °C (410 °F) für 10 Minuten einen Verlust von ∼40 % verursacht. Gefriertrocknung oder Dehydratisierung haben kaum Auswirkungen.

Bei anderen Pflanzen

Auch von anderen Pflanzen aus der Familie der Nachtschattengewächse, wie z. B. den Beeren des Nachtschattengewächses (Solanum dulcamara), sind Todesfälle durch Solaninvergiftungen bekannt.

In Tomaten

Einige, wie das California Poison Control System, haben behauptet, dass Tomaten und Tomatenblätter Solanin enthalten. Mendel Friedman vom Landwirtschaftsministerium der Vereinigten Staaten widerspricht dieser Behauptung jedoch und erklärt, dass Tomatin, ein relativ harmloses Alkaloid, das Alkaloid der Tomate ist, während Solanin in Kartoffeln vorkommt. Der Lebensmittelwissenschaftler Harold McGee hat in der medizinischen und veterinärmedizinischen Literatur kaum Belege für die Toxizität der Tomate gefunden.

In der Populärkultur

In der Kurzgeschichte "The Leopard Lady" von Dorothy L. Sayers, die 1939 in der Sammlung In the Teeth of the Evidence erschien, geht es um ein Kind, das durch Kartoffelbeeren vergiftet wird, denen Solanin injiziert wurde, um ihre Toxizität zu erhöhen.

Wirkung

Es wird momentan davon ausgegangen, dass Solanin eine Depolarisation der Mitochondrienmembranen bewirkt. Weiter erhöht sich der Calciumgehalt des Cytoplasmas. Zumindest ein Teil des Calciums stammt aus den geschädigten Mitochondrien, da in intakten Mitochondrien die Calciumkonzentration wesentlich höher ist als im Cytoplasma. Die Erhöhung der Calciumkonzentration im Cytoplasma leitet den Zelltod durch Apoptose ein.