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Thein, Theanin, Theacrin

Alles im Tee

08.05.2009
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PZ-Originalia

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Nun sind Forscher in Yünnan (China) auf Camellia-Pflanzen gestoßen, die sie als eigene Unterart (C. assamica var. kucha) beschreiben (3). Äußerlich unterscheiden sie sich nicht von der wohlbekannten C. assamica var. assamica, aber in ihrem Alkaloidspektrum.

 

Purinalkaloide in Camellia

 

Camellia sinensis und assamica enthalten 1 bis 4 Prozent Coffein als Hauptalkaloid (1, 4). In den Jahren nach seiner Entdeckung wurde es Thein genannt. Eine andere Camellia, C. ptilophylla, enthält knapp 5 Prozent Theobromin und kein Coffein, weshalb dieser Tee auch als Kakao-Tee bezeichnet wird (5), natürlich ohne dass er nach Kakao schmeckt. Wahrscheinlich beruht dieses Purinalkaloid-Muster auf einer Blockade des letzten Schrittes der Coffeinsynthese (6) wie bei der oben erwähnten coffeinarmen, theobrominreichen Coffea-Unterart.

 

Bei dem in C. assamica var. kucha identifizierten Xanthin (oder Purin-)-Alkaloid handelt es sich um Theacrin oder systematisch 1,3,7,9-Tetramethylharnsäure. Es ist hier mit etwa 1,5 Prozent Gehalt das Hauptpurinalkaloid; Coffein ist nur zu etwa 0,9 Prozent enthalten (3, 7). In den für Grün- und Schwarztee verwendeten Camellia-Arten und -Unterarten kommt es nicht vor, aber in manchen Coffea-Arten. Seine Biosynthese geht sowohl in Coffea- als auch in Camellia-Arten vom Coffein aus, das oxidiert und N-methyliert wird (8). Dies geschieht vornehmlich in jungen Blättern, weshalb bei jungen Kucha-Teepflanzen das Theacrin 60 Prozent des Gesamtgehaltes an Purinalkaloiden ausmacht (9). Das gehäufte Vorkommen von Theacrin in Blattknospen war namensgebend: Griechisch acros = Spitze oder Extremität (5). Die Gehalte der genannten und ähnlichen Purinderivate in Tee, Mate und Rohkaffee und ihre chemischen Formeln sind in der Abbildung (nur in der Druckausgabe) zusammengestellt (10). In Coffea-Arten wird Theacrin weiter in Liberin umgewandelt (8), was bei Camellia nicht beobachtet wurde (9). In Ilex paraguariensis, der Stammpflanze des Mate-Tees, ist kein Theacrin enthalten (1).

 

Außer »Thein« und Theacrin gibt es noch das L-Theanin - kein Purinderivat, sondern die in C. sinensis und assamica mengenmäßig am häufigsten vorkommende Aminosäure (5-N-Ethyl-L-glutamin) (11). Man findet sie auch in den Zier-Kamelien Camellia japonica und sasanqua. In diesen wurden keine Purinalkaloide gefunden (12).

 

Wo wir bei den »The...«-Verbindungen sind: Anfang des 20. Jahrhunderts wurde »Theacyclon« mit einigem Erfolg als Diuretikum und Mittel zur Behandlung der Herzinsuffizienz versucht (13). Es ist eine chemische Chimäre: Das Amid aus Salicylsäure und Theobromin.

 

Nicht nur Theacrin in Kucha-Tee, sondern auch sein biosynthetischer Vorläufer Coffein sind in »normalem« Tee in Knospen und Blättern angereichert. Unter anderem deshalb verwendet man für gute Tees Blattknospen und junge Blätter. Diese werden nach dem Pflücken möglichst schnell weiterverarbeitet. Nach dem Welken erfolgt das maschinelle Rollen der Blätter, bei dem durch Zerkleinern der Blätter Enzyme freigesetzt werden, die während des anschließenden »Fermentierungs»vorganges zwecks Herstellung von schwarzem Tee die Oxidation von Polyphenolen beschleunigen. Während dieser oxidativen Oligomerisierung ändern die Blätter ihre Farbe und werden rotbraun. Im Chinesischen heißt der »schwarze« Tee ja »roter« Tee. Bei grünem Tee fällt der Fermentationsschritt weg; dafür behandelt man die Blätter gleich nach der Ernte mit trockener Hitze oder gespanntem Wasserdampf, um Enzyme wie die Polyphenoloxidase zu inaktivieren. Im Vergleich zu schwarzem Tee enthält grüner Tee mehr monomere Catechingerbstoffe (4).

 

Die Geschichte des Theacrins

 

Obwohl noch nicht allzu viel über Verbreitung und Wirkung des Theacrin bekannt ist, beginnt seine Geschichte bereits im Jahre 1884. Emil Fischer synthetisierte im Rahmen einer systematischen Untersuchung der Stoffklasse der Xanthine aus 3,7,9-Trimethylharnsäure durch Umsetzung mit Iodmethan erstmals die 1,3,7,9-Tetramethylharnsäure (14). Er entdeckte später, dass sich auch Harnsäure- und Xanthinderivate ineinander überführen lassen, und erfand daraufhin verschiedene Synthesemöglichkeiten für 1,3,7,9-Tetramethylharnsäure. Coffein lässt sich im Labor in drei Synthesestufen in Theacrin umwandeln (15).

 

Um das Vorkommen von Theacrin in Camellia sinensis weiß man seit rund 70 Jahren. 1937 isolierte Treat Johnson, ein amerikanischer Chemiker, Tetramethylharnsäure aus riesigen Mengen von Rückständen entcoffeinierter Teeblätter (16). Die Substanz kristallisierte aus einem Methanol-Extrakt schön aus und fiel dadurch auf. Theacrin ist somit das erste in der Natur entdeckte Methylharnsäure-Derivat.

 

Eigenschaften und Wirkungen

 

Bei der Untersuchung der chemisch-physikalischen Eigenschaften der Purinalkaloide fällt Theacrin durch seine Fähigkeit auf, besonders gut stabile Komplexe mit polycyclischen Aromaten bilden zu können. Theacrin ist deshalb in der Lage, die Löslichkeit von aromatischen Systemen in Wasser stark zu erhöhen, fünfmal stärker als Coffein das kann (17). Dazu analog ist der Effekt als beziehungsweise auf Interkalanzien. Xanthinderivate wirken aufgrund ihrer Planarität interkalatorisch, das heißt sie können in die DNS eingebaut werden und Mutationen und Chromosomenbrüche hervorrufen (18). So erklärt man den toxischen Effekt von Coffein auf Insekten (1). Gleichzeitig sind Xanthine aber auch in der Lage, Interkalanzien aus bereits geschädigter DNS wieder zu entfernen und so den Effekt der Interkalanzien zu antagonisieren. Als besonders effektiv erweist sich Theacrin aufgrund der Bildung sehr stabiler Komplexe mit den interkalierenden Substanzen wie zum Beispiel dem Farbstoff Acridinorange (19).

 

Aufgrund ihrer strukturellen Ähnlichkeit mit Adenin können die Purinalkaloide Adenosinrezeptoren blockieren (20). Es sind derzeit vier Rezeptorsubtypen bekannt: A1, A2A, A2B und A3. A1 und A2a werden durch Methylxanthine blockiert. Adenosin wirkt physiologisch autoregulierend auf den Stoffwechsel der Zelle. Besteht die Gefahr eines Energiemangels, so wird ein Teil des Adenosins aus der Zelle ausgeschüttet, welches über Membranrezeptoren ein Signal zum Energiesparen auf die Zelle ausübt. Adenosin hemmt die Ausschüttung der Neurotransmitter Acetylcholin, Dopamin und GABA im ZNS, sodass die Aktivierung von Adenosinrezeptoren einen dämpfenden Effekt auf das Nervensystem hat. Werden die Rezeptoren durch Methylxanthine besetzt, so kann der dämpfende Effekt des Adenosins nicht mehr wirksam werden. Die Blockade von Adenosinrezeptoren in der Großhirnrinde durch Coffein erklärt dessen allgemein bekannte zentral anregende Wirkung.

 

Theacrin erwies sich im Tierversuch nicht als ZNS-stimulierend, sondern im Gegenteil minderte es die Aktivität der Versuchstiere. Auch verlängerte es die Wirksamkeit von Barbituraten, sodass sich die Schlafzeit der Versuchsmäuse nach Theacrin-Gabe um fast das Doppelte verlängerte, während Coffein die Schlafzeit verkürzte (3). Diese Effekte könnten auf einer agonistischen Wirkung von Theacrin an Adenosin-Rezeptoren beruhen.

 

Wie Theobromin und andere Xanthine zeigte auch Theacrin einen diuretischen Effekt, der mit der Blockade von A1-Rezeptoren zusammenhängen könnte. Durch Hemmung dieser Rezeptoren wird die Durchblutung vor allem des Nierenmarks erhöht, wodurch die glomeruläre Filtrationsrate zunimmt (20). So konnte Theacrin bei Mäusen und Ratten eine stärkere Diurese hervorrufen als Theophyllin (21).

 

Die Erforschung der diuretischen und der sedativen Wirkung hat Theacrin-Effekte gezeigt, die auf Blockierung oder Aktivierung von Adenosin-Rezeptor-Subtypen beruhen könnten. Bindungsdaten an Adenosin-Rezeptoren sind aber bisher nicht publiziert.

 

Seine ZNS-dämpfende Wirksamkeit ist vergleichbar mit einem strukturell ganz anderen Tee-Inhaltsstoff, der erwähnten Aminosäure L-Theanin, welche die zentral stimulierenden Effekte des Coffeins funktionell, aber nicht auf der Rezeptorebene, zu antagonisieren vermag (11).

 

Eine umfassende molekulare Beschreibung der experimentell beobachteten Effekte des Theacrins ist auf der Basis der derzeitigen Untersuchungen nicht möglich. Jedenfalls dürfte ein theacrin- und theaninreicher, coffeinarmer Tee aus C. assamica var. kucha als »inverser Tee« wirken, also beruhigen.

Literatur

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Blaschek, W., HagerRom 2008, Hagers Enzyklopädie der Arzneistoffe und Drogen. Stuttgart 2008. (b) Ashihara, H., Suzuki, T. Distribution and biosynthesis of caffeine in plants. Frontiers in Bioscience 9 (2004) 1864-1876. Siehe auch die Informationsseite über Coffein und coffeinhaltige Pflanzen: www.coffein.ch/coffein_chemie.html

Silvarolla, M. B., Mazzafera, P., Fazuoli, L. C., A naturally decaffeinated arabica coffee. Nature 429 (2004) 826.

Xu, J. K., Kurihara, H., Zhao, L., Yao, XS., Theacrine, a special purine alkaloid with sedative and hypnotic properties from Camellia assamica var. kucha in mice. Journal of Asian Natural Products Research 9 (2007) 665-672.

Germershaus, O., Imming, P. Kaffee und Tee: Alltagsdrogen oder Allheilmittel. Pharmaz. Ztg. 146 (2001) 4356-4361.

Chang, H., Ye, C., Zhang, R., Ma, Y., Zhang, P. Discovery of a new tea resource ­ cocoa tea tree containing theobromine from China. Zhongshan Daxue Xuebao, Ziran Kexueban 1988, 131-133.

Ashihara, H., Kato, M., Ye, C. Biosynthesis and metabolism of purine alkaloids in leaves of cocoa tea (Camellia ptilophylla). Journal of Plant Research 111 (1998) 599-604.

Yang, X. R., Rong, Y., Chuang, X., Xu, J. K., Jiang, Y. M., Simultaneous analysis of purine alkaloids and catechins in Camellia sinensis, Camellia ptilophylla and Camellia assamica var. kucha by HPLC. Food Chemistry 100 (2007) 1132-1136.

Petermann, J. B., Baumann, T. W., Metabolic relations between methylxanthines and methyluric acids in Coffea L. Plant Physiology 73 (1983) 961-964.

Zheng, X. Q., Ye, C. X., Kato, M., Crozier, A., Ashihara, H., Theacrine (1,3,7,9-tetramethyluric acid) synthesis in leaves of a Chinese tea, kucha (Camellia assamica var. kucha). Phytochemistry 60 (2002) 129-134.

Maier, H.G.; Weidner, M., Minor-Alkaloide in coffeinhaltigen Genussmitteln. Deutsche Lebensmittel-Rundschau 96 (10) (2000) 363-368.

Schneider, R., Lüdde, T., Töpper, S., Imming, P. Theaninforschung: Tee gegen den Lärm der Welt. Pharmaz. Ztg. 153 (2008) 1429-1436.

Ashihara, H., Kubota, H., Biosynthesis of purine alkaloids in Camellia plants. Plant and Cell Physiology 28 (1987) 535-539.

Hoffmann, A., Zur Behandlung chronischer Herz- und Nierenkrankheiten mit Theacyclon. Arch. Exp. Path. Pharm. 28 (1915) 1108-1110.

Fischer, E., Ueber die Harnsäure II. Ber. Dtsch. Chem. Ges. 17 (1884) 1776-1778.

Fischer, E., Ueber die Constitution des Coffeins, Xanthins, Hypoxanthins und verwandter Basen. Ber. Dtsch. Chem. Ges. 30 (1897) 549-559.

Johnson, T. B. Discovery and identification of a new purine alkaloid in tea. Science 85 (1937) 431.

Weil-Malherbe, H., The solubilization of polycyclic aromatic hydrocarbons by purines. Biochemical Journal 40 (1946) 351-363.

Kihlman, B. A. 1,3,7,9-Tetramethyluric acid ­ a chromosome-damaging agent occurring as a natural metabolite in certain caffeine-producing plants. Mutat. Res./Rev. Genet. Toxicol. 39 (1977) 297-316.

Lyles, M. B., Cameron, I. L., Caffeine and other xanthines as cytochemical blockers and removers of heterocyclic DNA intercalators from chromatin. Cell Biology International 26 (2002) 145-154.

Mutschler, Arzneimittelwirkungen. Stuttgart 2008, S. 192, 706.

Rusanov, A. M., Alekseeva, G. N., Effect of oxo derivatives of purine on diuresis. Farmakologiya i Toksikologiya (Moscow) 30 (1967) 74-76.

 

Kontakt:

Professor Dr. Peter Imming

Institut für Pharmazie der Martin-Luther-Universität

Wolfgang-Langenbeck-Straße 4

06120 Halle (Saale)

peter.imming(at)pharmazie.uni-halle.de

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