Artturi  Virtanen (1960) - On Biologically Active Substances in Our Crops (German presentation)

Hochverehrte Damen und Herren, das Thema meines Vortrags umfasst ein so großes Gebiet, dass ich mich von Vornherein hauptsächlich auf ein Thema beschränken möchte, nämlich: schwefelhaltige Stoffe pflanzlicher Herkunft, welche hemmend auf die Schilddrüsenfunktion wirken. Zum Schluss werde ich ganz kurz über neue schwefelhaltige Substanzen in Zwiebeln berichten. Damit auch diejenigen unter meinen Hörern, die mit der Biochemie der Schilddrüse nicht vertraut sind, meinem Vortrag folgen können, möchte ich zuerst einen ganz kurzen Überblick geben, wie und wo Hemmstoffe bei der Biosynthese von Schilddrüsenhormonen eingreifen. Der tägliche Jodbedarf des Menschen ist sehr gering. Nach Schätzung der Weltgesundheitsorganisation sollte eine tägliche Zufuhr von etwa 100 Gamma Jod schon ausreichend sein. Die Schilddrüse ist dazu befähigt, die minimale Jodidmenge im Blut selektiv zu absorbieren und dadurch enorm anzureichern. Nun gibt es Substanzen, welche aufgrund ihres ähnlichen Ionenradius Jodidionen verdrängen und dadurch den Anreicherungsprozess stören oder hemmen können. Eine Verdrängung durch solche Fremd-Ionen kann durch ein erhöhtes Angebot von Nahrungsjodid überwunden werden. Also, hier ist diese erste Hemmung: Jodid, Jod-Ionen im Blut werden in der Schilddrüse angereichert. Eine Anzahl schwefelhaltiger Substanzen, wie zum Beispiel Thioharnstoff und Thiouracil, verhindern sowohl die Oxidation des Jodids zum Jod – also diese Reaktion – als auch, und zwar in ganz besonderem Maße, die Biosynthese der Schilddrüsenhormone aus jodierten Tyrosinen. Also, die Hemmung 3 hier. Die Oxidation des Jodids in der Schilddrüse ist eine enzymatische Reaktion, welche zum 3-Mono- und 3,5-Diiodtyrosin führt. Ob bei dem Jodierungsprozess spezifische Enzyme mitwirken, ist nicht bekannt. Die Jodierungsreaktionen und die oxidative Kondensierung der jodierten Tyrosine und Diiodtyrosin, welche zu Triiodthyronin führt – also hier – welche dann noch jodiert wird, sodass Tetraiodthyronin oder -thyroxin entsteht. Diese Reaktion ist mehr wahrscheinlich als die andere hier, wobei zwei Diiodtyrosine miteinander kondensiert werden und wobei direkt Thyroxin entsteht. Ja, diese Jodierungsreaktionen alle finden wahrscheinlich innerhalb der Proteinkette an gebundenen Tyrosinresten statt. Die Wirkung der Hemmstoffe dieser Gruppe kann durch Erhöhung des Nahrungsjodids natürlich nicht verhindert werden. Thyroxinzusatz dagegen hilft bei viel frühen Störungen dieser Art. Mehrere Beobachtungen weisen darauf [hin], dass eine Anzahl aromatischer Substanzen unspezifisch die Jodierung von Tyrosin in der Schilddrüse dadurch hemmen kann, dass sie selbst jodiert werden und somit an die Stelle von Tyrosin treten. Dieser „aromatic thyroid inhibitors“, wie Paraaminobenzoesäure Resorcin, Phloroclucin und viele andere, können die Jodierung in falsche Bahnen natürlich nur in dem Falle lenken, dass sie in der Schilddrüse sich anreichern. Jodidzusatz zur Nahrung kann eine Hemmung durch diese Substanzgruppe kompensieren. Die strumigene Wirkung der Erdnuss wird erklärt durch Jodierung von phenolischen Körpern, welche aus dem Glukosid der roten Haut dieser Nüsse in der Schilddrüse entstehen. Ob Hemmungen von dieser Art in vivo wirklich von Bedeutung sind, ist doch nicht sichergestellt. Also ist hier (in Parenthese) diese Reaktion: Jod reagiert mit anderen aromatischen Verbindungen. Die Ausschüttung von freiem Thyroxin und Triiodthyronin in den Blutstrom findet unter Einwirkung von Schilddrüsen-Proteasen statt. Mono- und Diiodtyrosin werden dabei nicht freigemacht. Es gibt keine Kenntnisse über Substanzen in der Nahrung, welche die Freisetzung der Schilddrüsenhormone beeinflussen würden. Nachdem das radioaktive Jod 131, dessen Halbwertzeit acht Tage ist, leicht erhältlich wurde, wurde dieses Isotop als Indikator bei Untersuchungen über die Störungen der Schilddrüsenfunktion allgemein in Gebrauch genommen. Bei Versuchen an Menschen können nur die Veränderungen der Totalradioaktivität der Schilddrüse verfolgt werden. Bei den Versuchstieren können die Schilddrüsen dagegen herauspräpariert und die verschiedenen Jodverbindungen durch geeignete Aufarbeitungsmethoden fraktioniert werden. Somit kann man die Verteilung des Radiojods in verschiedenen Fraktionen bestimmen. Hier sehen wir ein Papierchromatogramm. Man hat in diesem Falle in der Ratte Vinylthiooxazolidon injiziert Sie sehen, hier haben wir Jodid, also anorganisches Jodid, und hier Thyroxin, und wir sehen sehr deutlich, wie stark Thyroxinsynthese gehemmt wird. Und hier ist Monoiodtyrosin und Diiodtyrosin. In diesem Falle mit Thiocyanat sinkt der Jodidgehalt stark, wie man sieht, und hier auch: Thyroxingehalt, aber das ist mehr sekundär. Als Lösungsmittel wurde hier auf Kollidin-Wasser in Ammoniakatmosphäre gebraucht. Hier haben wir eine quantitative Analyse von dem Experiment. Hier sehen wir die Hemmung der verschiedenen Fraktionen. Nach diesem Überblick gehe ich zu den antithyroiden Substanzen in Pflanzen, insbesondere in Nahrungs- und Futterpflanzen über. Im Jahre 1928 beobachten Chesney und Mitarbeiter, dass sich bei Kaninchen nach einseitiger Kohlfütterung enorme Kröpfe entwickelten. Diese Beobachtung konnte einigermaßen auch in einigen anderen Laboratorien bestätigt werden, obwohl auch negative Ergebnisse in der Literatur angeführt wurden. Diese widerspruchsvollen Ergebnisse führten zu der Annahme, dass unter verschiedenen klimatischen Verhältnissen gewachsener Kohl verschiedene Wirkung besaß. Der Kohlkropf konnte durch reichliche Jodzufuhr in der Nahrung verhindert werden. In einigen Gebieten, wo die arme Bevölkerung große Mengen Kohl täglich isst, hat man den Kropf von diesem Typ auch bei Menschen festgestellt. McCarrison führte das Vorkommen von Kohlkropfen in einigen Distrikten Indiens an. Tschechische Forscher haben in den letzten Jahren besondere Aufmerksamkeit auf Kröpfe von diesem Typ in Slowenien gerichtet. Es existieren verschiedene Auffassungen von den Faktoren, welche den Kohlkropf verursachen. Bei dem Begriff „Brassica-Faktor“ dürfte es sich in Wirklichkeit um mehrere Substanzen handeln. Hierbei ist während der letzten Jahre besondere Aufmerksamkeit Thiocyanat oder Rhodanid geschenkt worden. Die erste Beobachtung, dass Rhodanid eine Kropf erzeugende Wirkung hat, stammt offenbar von Barker, der 1934 überraschend die Entwicklung von Kropf bei zwei Patienten fand, die wegen hohen Blutdrucks mit Rhodanid behandelt wurden. Die späteren, oft widerspruchsvollen Beobachtungen über die Wirkung von Rhodanid wurden durch den Befund erklärt, dass die strumigene Wirkung von Rhodanid vom Jodgehalt der Nahrung abhängt. Jirousek hält Rhodanid für eine normale und körpereigene Substanz des tierischen Organismus. Nach seinen Bestimmungen enthält das menschliche Blut in Kropfgebieten durchschnittlich mehr Rhodanid als in Normalgebieten. Der Rhodanidgehalt des Blutserums nimmt zu, wenn die Nahrung Substanzen enthält, aus denen Cyanwasserstoff abgespalten werden kann. Dieser wird nämlich im Organismus durch Überführung in Rhodanin entgiftet. Flux und Mitarbeiter haben experimentell bewiesen, dass cyanogene Glycoside, Lotaustralin und Linamarin im Weißklee im Rhodanidgehalt des Serums und des Urins bei Versuchstieren erhöhen. Hier haben wir cyanogene Glykoside, welche enzymatisch gespalten werden, sodass Cyan-Ionen, Cyanwasserstoff entsteht und in der Leber dann Rhodanid. Und auch aus organischen Nitrilen (ja hier steht Nitrite, das muss natürlich Nitrile sein), entsteht auch Cyanwasserstoff. Vor zwei Jahren haben jedoch Langer und Michajlowsky bedeutende Mengen präformiertes Rhodanid im Kohl gefunden. Sie machten dieses für die Steigerung des Rhodanidgehaltes im Blutserum nach Kohlfütterung verantwortlich. Gmelin und ich haben neulich gezeigt, dass Kohl kein freies Rhodanid enthält. Dagegen einen Präkursor oder mehrere, aus welchem Rhodanid enzymatisch entsteht, wenn Kohl zerkleinert oder gepresst wird. Der Präkursor wird durch Myrosinase gespalten, wobei Rhodanid entsteht. Der Präkursor, oder vielleicht einer von den Präkursoren hat die RF-Werte Die Spaltung mit Myrosinase und bestimmte Farbreaktionen auf dem Papierchromatogramm deuten darauf, dass der Präkursor ein Senfölglykosid ist. Versuche zur Isolierung dieses Präkursors aus Kohl sind in unserem Laboratorium im Gang. Es soll in diesem Zusammenhang betont werden, dass, abgesehen von der soeben erschienenen Mitteilung von Bachelard über die antithyroide Wirkung von Cheirolin bei Senfölen keine solche Wirkung festgestellt worden ist. Also, hier haben wir zuerst Senfölglykoside, aus welchen normal enzymatisch organische Isothiocyanate oder Senföle entstehen. Und hier das zeigt es, dass jetzt aus etwaigen Senfölglykosiden Rhodanid entsteht, Rhodanidjod. Cheirolin ist ein Senföl, welches Sulfongruppe enthält und diese genannten Forscher, welche ich erwähnte, Bachelard und Trikojus haben gefunden, dass im Pansensaft in vitro aus Cheirolin, wie Cheirolin Thioharnstoff entsteht, sodass es möglich ist, dass diese Substanz Ja, hier sehen wir einige Analysen, betreffend die Bildung von Rhodanid durch Myrosinase auf verschiedenen Brassicaarten. Hier ist Brassica oleracea sabauda, aber es entstehen ungefähr 30 mg Rhodanid-Ionen und dann sind wir für verschiedene Brassicaarten, Brassica rapa entsteht, ganz minimale Mengen Rhodanid-Ionen. Die Variationen sind, wie man hier auch wieder auf der Tabelle sehen kann, auch sehr groß. Die in zerkleinertem Wirsingkohl, also das ist diese Brassica oleracea sabauda, gefundene Menge bedeuten schon 300 mg Rhodanid, wenn der Mensch ein Kilo frischen Kohls pro Tag isst. Diese Kohlmenge enthält nur ca. 80 Gramm Trockensubstanz und entspricht eben noch 250 Kalorien. Wenn der Mensch mit Kohl einen wesentlichen Teil seines Energiebedarfs decken müsste, hätte er täglich mehrere Kilo davon zu essen. In einer solchen Situation ist es schon wahrscheinlich, dass die dabei zugeführte Rhodanidmenge zur Kropfbildung führt, auch wenn die Nahrung an sich genügend oder sogar mehr als genügend Jodid enthält. Bei normalem Gebrauch von Kohl liegt dagegen keine Gefahr vor. Gmelin und ich beobachteten im letzten Jahr, dass in einigen Cruciferae-Pflanzen aus Senfölglykosiden neben oder statt Isothiocyansäureestern, also Senfölen, entsprechende Thiocyansäureester enzymatisch entstehen. Es handelt sich hier um einen neuen Typ von Naturstoffen. Die Umlagerungsreaktionen verlaufen normal, sodass Senföle entstehen. Aber wir haben gefunden, dass die Umlagerungsreaktion auch zu normalen Thiocyanaten führen kann. Und diese Reaktion ist früher ganz unbekannt gewesen. Wir haben kristallines Benzylthiocyanat isoliert aus Lepidium-Arten – Lepidium ruderale und Lepidium sativum. Und in Thlaspi arvense entsteht Allylthiocyanat. Organische Thiocyanate unterscheiden sich hinsichtlich ihrer chemischen Eigenschaften und physiologischen Wirkungen wesentlich von Senfölen. Wird Benzylthiocyanat einer Ratte injiziert, so steigt der Rhodanid-Gehalt im Blut. Die schilddrüsenhemmende Wirkung von Benzylrhodanid scheint nach den bisherigen Resultaten dieser abgespalteten Rhodanidmenge zu entsprechen. Die eigentliche Ursache dafür, dass die Senfölglykoside in zwei verschiedenen Richtungen gespalten werden können, ist noch ungeklärt. Gerade jetzt haben Gaines und Goering experimentelle Beweise gebracht, dass Myrosinase in Wirklichkeit ein Gemisch von zwei Enzymen ist, von denen das eine Glukose, das andere Schwefelsäure abspaltet. Also Glukose und Schwefelsäure müssen abgespalten werden, wenn diese Verbindungen entstehen. Wenn das stimmt, könnte es möglich sein, dass die relative Aktivität dieser Enzyme ungleich in verschiedenen Pflanzen ist und dass die Richtung der Umlagerung davon abhängt. Von den in Pflanzen entstehenden antithyroiden Substanzen, welche die Oxidation von Jodid zu Jod und die Hormonsynthese hemmen ... (also Hemmung 2 und 3 in dem ersten Schema) ... sind die Thiooxazolidone gut charakterisiert. Hercus und Purves machten 1936 die wichtige Beobachtung, dass sich bei den Ratten regelmäßig Kropf entwickelt, wenn sie mit den Samen einiger Brassicapflanzen gefüttert wurden. Diese Beobachtung hat man überall ohne Ausnahme bestätigen können. Es zeigte sich, dass der „Brassicasamen-Kropf“ nur mit Thyroxin, aber nicht mit Jodid verhindert werden konnte und sich dadurch von dem Kohlkropf unterscheidet. Im Jahre 1949 gelang es Astwood, Greer und Ettlinger, das Goitrin, L-5-Vinyl-2-Thiooxazolidon aus den zerkleinerten Kohlrüben und den mit Wasser behandelten zerkleinerten Brassicasamen zu isolieren. Hier haben wir dieses Thiooxazolidon. Der antithyroide Effekt dieser Substanz ist beim Menschen ebenso groß wie der von Propylthiouracil, das zu den stärksten Hemmstoffen der Schilddrüsenfunktion gezählt werden kann. Es sind auch andere Thiooxazolidone, [die] isoliert werden. Aus Conringia orientalis hat Hopkins Dimethylthiooxazolidon ... also hier sind zwei Methylgruppen – und von Kjaer und Gmelin aus Barbarea vulgaris Phenylthiooxazolidon isoliert. Die Bildung dieser Thiooxazolidone sehen wir in diesen Formen. Also, nur aus solchen Senfölglykosiden, welche Hydroxylgruppe an Kohlenstoffatom-2 enthalten, können Thiooxazolidone gebildet werden. Es wird primär also Senföl, normales Senföl gebildet, aber diese Senföle werden ganz spontan so zu Thiooxazolidon verwandelt. Somit fand sich eine Erklärung für das Zustandekommen des sogenannten „Brassicasamen-Kropfes“. Astwood und Mitarbeiter konnten damals mit der von ihnen verwendeten Analysenmethode Vinylthiooxazolidon in Brassica-Frischpflanzen nicht nachweisen. In unserem Laboratorium haben Kreula und Kiesvaara nun eine Analysenmethode entwickelt, welche die Bestimmung von Vinylthiooxazolidon auch in den Frischpflanzen ermöglicht. Es hat sich gezeigt, dass auch in Weiß- und Rotkohl, besonders im Herbst, Vinylthiooxazolidon enzymatisch entstehen kann. Der Gehalt des Kohls an dieser Substanz ist jedoch so niedrig, im Herbst etwa 20 Gamma pro Milliliter Presssaft, im März nur ein Gamma, sodass er bei normalem Verbrauch die Schilddrüsenfunktion nicht stören kann. Bei einseitiger Kohlernährung könnte es dagegen durch das Zusammenwirken von Vinylthiooxazolidon und Rhodanid zu Störungen in der Schilddrüse führen. Aus den Analysewerten in dieser Tabelle sehen wir zuerst, dass aus den Samen vieler Cruciferae-Pflanzen bedeutende Mengen Vinylthiooxazolidon gebildet werden, aber auch in Frischpflanzen, welche als Grünfutter den Kühen gefüttert wird. Und weil diese Frischpflanzen 90 Prozent oder sogar mehr Wasser enthalten, so sind diese Mengen doch ziemlich bedeutend, wenn man die Trockensubstanz berechnet. Ja, in Silage ... haben wir auch in Silageproben die Bildung von Vinylthiooxazolidon bestimmt, und die Werte sind bedeutend niedriger, als wie sie in Wiesen, als in diesem Frischland sind. Ich glaube, dass das Enzym in vielen diesen Proben zerstört ist. Und das ist die Ursache für die niederen Werte. Der Mensch isst zwar kein Grünfutter, aber er trinkt Milch, welche von Kühen stammen kann, die mit Brassicapflanzen gefüttert wurden. Es erhebt sich darum die wichtige Frage, ob und in welchem Umfang strumigene Substanzen von Pansen in die Milch übergehen können. Da in den vergangenen Jahren hier und dort von der medizinischen Seite wiederholt behauptet wurde, dass Milch strumigene Eigenschaften besitzen kann, haben wir uns diesem Problem näher zugewandt. Zuerst bestimmten wir qualitativ und quantitativ den Übergang von Vinylthiooxazolidon und Rhodanid vom Futter in Milch. Da die enzymatische Bildung dieser Substanzen in den Pansen der Kuh offenbar quantitativ stattfindet, bei 40 °C und bei pH etwa 6,5, ist die Bildung von Vinylthiooxazolidon im Pansenhomogenat schon in zwei Stunden, und von Rhodanid in noch kürzerer Zeit vollständig, wäre ihr Übergang vom Pansen in das Blut und von hier aus in die Milch wenigstens einigermaßen denkbar. Aus der Tabelle geht hervor, dass nur ca. 0,05 Prozent von dem gefütterten oder im Futter enzymatisch gebildeten Vinylthiooxazolidon in Milch übergeht. Der Übergang ist schnell, denn zwei Stunden nach der Fütterung von reinen, kristallinen Vinylthiooxazolidon enthält die Milch so in etwa zwei Drittel des erreichbaren Maximalwertes für Vinylthiooxazolidon. Also, das sieht man hier. Also es ist nach zwei Stunden in Milch etwa zwei Drittel von der Totalmenge, die in Milch übergeht, zu finden. Das ist ein Beweis dafür, dass die Substanz schon vom Pansen aus ins Blut übergeht. Wurde der Kuh kristallines Progoitrin, also das Glukosid ohne Brassicapflanzen gefüttert, so konnte keine messbare Vinylthiooxazolidonmenge in der Milch gefunden werden. Das sehen wir hier: Wir haben eine bedeutende Menge Progoitrin gefüttert, aber nur Spuren von VTO in Milch gefunden. Das ist von dem praktischen Standpunkt aus eine wichtige Beobachtung, denn die Rapskuchen, welche als eiweißreiches Kraftfutter gebraucht werden, enthält viel Progoitrin, aber kein Enzym, welches das Progoitrin hydrolisiert, und darum kann aus diesem Rapskuchen nicht Vinylthiooxazolidon gebildet werden. Nach diesen Ergebnissen kann Milch zwar minimale Mengen Vinylthiooxazolidon enthalten, aber die Menge ist so klein, dass dadurch keine Gefahr für eine strumigene Wirkung der Milch bestehen kann. Den Übergang von Rhodanid in Milch haben wir sowohl durch Fütterung von Rhodanid als auch von Kohl, Markstammkohl oder Kohlrüben untersucht. Die Milch von finnischen Molkereien enthält während der Stallfütterung durchschnittlich nur etwa 0,2 Milligrammprozent Rhodanid. Wenn große Mengen von Kohlrüben oder Markstammkohl den Versuchskühen gefüttert wurden, stieg der Rhodanidgehalt der Milch auf etwa 0,8 Milligrammprozent. Wenn so große Mengen als sechs Gramm Rhodanid aus Kalium und Ammoniumsalz auf einmal einer Kuh gegeben wurde, enthielt die Milch, welche zehn Stunden nach der Fütterung gemolken wurde, 1,75 Milligrammprozent Rhodanid. Hier sehen wir also, wie rasch der Rhodanidgehalt in Milch steigt, in den zwölf Stunden haben wir praktisch schon das Maximum erreicht. Hier hat man binnen vier Tagen gefüttert und mit drei Gramm zweimal per Tag, dann haben wir ungefähr 1,2 Milligrammprozent Rhodanid in der Milch. Nach diesen Bestimmungen scheint es nicht möglich zu sein, in der Praxis Kuhmilch zu produzieren, deren Rhodanidgehalt bedeutend über 1 Milligrammprozent liegt. In einem Liter Milch kann der Mensch folglich höchstens ungefähr 10 mg Rhodanid erhalten. Eine Menge, welche bei Erwachsenen sicherlich keine Störungen der Schilddrüsenfunktion verursacht, und auch für Kinder wahrscheinlich unschädlich ist. In drei Monate dauernder Fütterungsversuche mit wachsenden Ratten hat eine tägliche Dosis von 0,5 Milligrammprozent Rhodanid pro 100 Gramm Lebendgewicht keine Wirkung auf die Größe der Schilddrüsen gemacht. Mit der zehnfachen Menge von Rhodanid resultierte eine 18-prozentige Vergrößerung der Schilddrüsen, gleichzeitig erhöhte sich die Jodaufnahme um 114 Prozent. Allerdings war die Jodmenge in der Nahrung der Ratten sehr hoch, und man weiß darum nicht, wie sich die kleineren Rhodanidmengen bei sehr knapper Jodzufuhr ausgewirkt hätten. Vorläufig können wir jedenfalls aufgrund der Rattenversuche die Auffassung vertreten, dass die in Milch übergegangenen Mengen von Vinylthiooxazolidon und Rhodanid viel zu gering sind, um die Milch strumigen zu machen. Ja, hier haben wir einen Versuch mit Mäusen. Wir haben... [inaudible 00:31:36] Resultate ergeben haben. Also hier sind die Kontrollmäuse, also das Gewicht in Gramm hier. Und diese Mäuse haben 50 Gamma Rhodanid im Trinkwasser erhalten, und wie man sieht, sind die größer geworden als die normalen Tiere. Und diese Mäuse hier haben 500 Gamma Rhodanid im Trinkwasser erhalten, dann ist die Kurve ungefähr wie von den Kontrolltieren. Woraus dieser Zuwachs kommt, das wissen wir noch nicht. Auch in Finnland, wo der Jodgehalt der täglichen Nahrung bei vielen ... warten Sie mal... Aus den letzten Jahren sind mir besonders zwei experimentelle Arbeiten bekannt, in denen eine strumigene Wirkung der Milch behauptet wird. Clements und Wishart teilten vor vier Jahren mit, dass in bestimmten Teilen Tasmaniens gehäufte Strumafälle auftraten, obwohl dort Prophylaxe mit Jodidgaben regelmäßig betrieben wurde. Sie nahmen an, dass die Zunahme der Kropffälle auf einen vermehrten Anbau und Fütterung einer Futtersorte Brassica oleracea moelleria zurückzuführen ist. Sie stützten ihre Auffassung auf einige Versuche mit Ratten und Menschen. Bei ihren Schlussfolgerungen haben diese Forscher jedoch nicht berücksichtigt, dass schon allein die Salze, welche in ihrem Ethanolextrakt aus Milch enthalten sind, eine Hemmung der Jodaufnahme hervorrufen können. In unseren analogen Nachprüfungen konnten wir bereits mit einem Ethanolextrakt aus Konsummilch eine 54-prozentige Hemmung finden. Ähnliche Hemmeffekte ließen sich jedoch auch mit künstlichen Salzmischungen erzielen, welche in ihrer Zusammensetzung den Ethanolextrakten der Milch entsprach. Wir haben bei unseren Versuchen beobachtet, dass auch mit beliebigen Ethanolextrakten aus Pflanzen oft unspezifische Hemmungen der Jodaufnahme auftreten, und haben deshalb die Auffassung, dass man mit Schlussfolgerungen sehr vorsichtig sein muss, wenn die Wirkung der Extrakte von unbekannter Zusammensetzung auf die Hemmung der Jodaufnahme der Schilddrüse geprüft werden soll. Auch in Finnland, wo der Jodgehalt der täglichen Nahrung bei vielen Leuten nur etwa 30 bis 50 Gamma ist, und im Seengebiet endemische Struma sehr verbreitet ist, vertreten einige Mediziner die Ansicht, dass nicht der Jodmangel, sondern strumigene Stoffe in der Milch dafür verantwortlich sind. Das experimentelle Material von Peltola, auf welches diese Auffassung sich stützt, ist jedoch nicht beweiskräftig und wird hier darum nicht näher behandelt. Obwohl eigentliche Beweise für eine strumigene Wirkung der Milch fehlen, ist es doch wegen der großen Bedeutung, die der Milch in der menschlichen Ernährung zukommt, angebracht, nach einer endgültigen Klarstellung dieses Problems zu streben. Allein schon darum, dass uns durch voreilige, entstellte oder falsch verstandene Mitteilungen in der Tagespresse die Milch allzu leicht in einen unverdienten Misskredit kommen könnte. Arbeiten auf diesem Gebiet werden in unserem Laboratorium fortgesetzt. Das andere Thema, das ich noch kurz behandeln werde, betrifft bestimmte Inhaltsstoffe in der Küchenzwiebel, Allium cepa. Schon vor zwei Jahren habe ich hier in meinem Vortrag über das Vorkommen von S-Methyl- und S-n-Propyl-cysteinsulfoxiden in Zwiebeln berichtet. Aus diesen Aminosäuren entstehen enzymatisch die stark antibiotischen Methyl- und Propylthiosulfinate. Also hier sehen wir diese Aminosäuren, also Sulfoxide, in Propyl und Methyl. Es entstehen Sulfoxide, aus welchen die entsprechenden Thiosulfinate entstehen. Und hier haben wir eine quantitative Analyse, etwa in Finnland gewachsene Zwiebeln und solche Mengen von diesen Aminosäuren wurden gefunden. Dann haben wir Cycloaliin bestimmt, welches sehr nahe dieser Substanz entsteht, und das wir in Zwiebel gefunden haben. Cycloaliin kommt in bedeutend größeren Mengen vor als diese Cysteinsulfoxid. Die enzymatisch entstandenen Thiosulfinate sind hauptsächlich verantwortlich für die hohe antimikrobielle Wirkung der zerkleinerten Zwiebel. Inaktiviert man die Enzyme durch Erhitzung der Zwiebel vor der Zerkleinerung, so ist die antimikrobielle Wirkung von Zwiebel unbedeutend. In diesem Zusammenhang ist zu erwähnen, dass, obwohl Kohl und viele andere Kruziferen, bedeutende Menge S-Methyl-Cysteinsulfoxid enthalten, Methylthiosulfinat in diesen Pflanzen wegen des Fehlens des erforderlichen Enzyms nicht entsteht. Im weiteren Verlauf dieser Untersuchung über die Inhaltsstoffe wurde von Mattikala und mir eine große Anzahl Gamma-Glutamylpeptide gefunden. Von den bisher rein isolierten sechs Gamma-Glutamylpeptiden enthalten drei eine S-haltige Aminosäure, von zwei Gamma-Glutamyltripeptiden, welche zurzeit bearbeitet werden, ist eine S-haltig. Also hier sehen wir, die sehr näher untersuchten Gamma-Glutamylpeptide, also Gamma-L-Glutamyl-L-phenylalanin und Gamma-L-Glutamyl-S-[Beta-carboxy-n-propyl]-cysteinyl-glycin, Gamma-L-Glutamyl-S-methyl-cystein und Gamma-L-Glutamyl-L-isoliopsin. Und dann auch diese Verbindung, welche ..., also die Struktur der schwefelhaltigen Aminosäure ist noch nicht sichergestellt, aber ist wahrscheinlich diese Struktur. Der Umstand, dass erst später S-[ Beta-Carboxy-n-propyl]-cystein nicht als freie Aminosäure sondern nur als ein Anteil des Gamma-Glutamylpeptids gefunden ist, weist möglicherweise darauf hin, dass dieses Cysteinderivat im Glutathionmolekül aus Cysteinrest und Beta-Hydroxyisobuttersäure synthetisiert wird und dass durch CO2-Abspaltung und Oxidation aus dem Aminosäurerest S-n- Propylcysteinsulfoxide entstehen. Also ist wahrscheinlich, dass diese Bildung von dieser Aminosäure aus diesem Isobuttersäurederivat entsteht. Das müssen wir mit markierten Substanzen näher untersuchen. Die zahlreichen Gamma-Glutamylpeptide kommen in der Allium cepa nur in den ruhenden Zwiebeln vor. Wenn die angefeuchteten Zwiebeln austreiben und grüne Blätter bilden, verschwinden die Peptide. In den grünen Teilen sind sie nicht zu finden. Sobald aber neue kleine Tochterzwiebeln gebildet werden, treten diese Peptide wieder in diesen auf. Es scheint also, dass die Gamma-Glutamylpeptide Reservesubstanzen in der ruhenden Zwiebel sind, welche aktiv an dem Stickstoffmetabolismus teilnehmen, wenn die Zwiebeln austreiben. Wie diese Beteiligung stattfindet, ist bisher noch nicht bekannt. Neben der Küchenzwiebel sind auch in Knoblauch Gamma-Glutamylpeptide vorhanden. Ihre Isolierung und Charakterisierung ist im Gang. Das Vorkommen von zahlreichen, verschiedenen S-haltigen Verbindungen in Zwiebel von Alliumarten, die Jahrtausende als Heilpflanzen betrachtet wurden, ist vom Gesichtspunkt der menschlichen Ernährung besonders interessant.

Artturi Virtanen (1960)

On Biologically Active Substances in Our Crops (German presentation)

Artturi Virtanen (1960)

On Biologically Active Substances in Our Crops (German presentation)

Comment

Virtanen’s work was strongly focused on agriculture and agricultural chemistry. Because one major purpose of agriculture is making food and because the properties of food largely impact our bodily functions, certain aspects of his work also reach into the sphere of human biochemistry. The present talk is a good example of this.

Virtanen discusses food goitrogens, substances that can disturb the function of the thyroid and cause thyroid enlargement (goiter). A principal, well-established cause of this disease is a lack of iodine. However, a large excess of iodine may also cause goiter and iodine may hence be considered a goitrogen itself. Other goitrogens can interfere with the iodine uptake of the thyroid or affect its enzymatic machinery.

Virtanen reviews the scientific knowledge with respect to goitrogens in food, mentioning several foodstuffs that have been associated to goiter development in laboratory animals. These include peanuts and plants of the Brassica genus, such as broccoli or cabbage. On this basis, he describes his own experiments, in which the transfer of goitrogens from cattle feed to milk is investigated. While some carryover was detected, Virtanen’s experiments ultimately suggested that only insignificant quantities of the goitrogens investigated are transferred to milk. He hence concludes that milk is essentially safe for the thyroid.

Today, more goitrogenic compounds are known than in 1960. They are not all covered by Virtanen’s experiments. It has furthermore been established that goitrogen precursors, which are inactive themselves, can be metabolically activated after ingestion. It is hence not sufficient to measure active goitrogens in a given foodstuff in order to assess its goitrogenic potential. In fact, there have been occasional reports on goiter endemics associated to milk since Virtanen’s talk [1].

Still, the issue is complex and other sources of goitrogens, such as bacterially contaminated drinking water, have also been identified. Furthermore, region-specific environmental conditions also play a strong role, making linking of endemic goiter to specific goitrogens a difficult task.

David Siegel

[1] E. Gaitan, Annual Review of Nutrition, 1990, 10, pages 21-39.

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