Thomas Garbe - Naturphilosophie der Ernährung

Der chemiosmotische Atmungsprozess wird von seinem Entdecker Peter Mitchell (1978) mit der Brennstoffzelle verglichen. Die Brennstoffzelle verbindet elementaren Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser, und transformiert die freiwerdende Energie in elektrischen Strom. Die klassische Knallgasreaktion setzt die Energie dagegen in Form von Wärme frei, und wird in den mächtigen Weltraumraketen zum thermodynamischen Antrieb angewandt. Im Chemielabor gilt die klassische Knallgasreaktion als qualitativer Nachweis für Wasserstoff, der – im Reagenzglas aufgefangen – beim anstecken mit blasser Flamme abbrennt oder verpufft.

Die Entstehung toxischer Sauerstoffradikale bei der Zellatmung hängt vom Zustand der mitochondrialen Membran ab, und der wird wesentlich bestimmt durch die eingebauten Fettsäuren.

Zu einer direkten Beeinträchtigung des Membranzustands kommt es durch Exposition mit fettfreundlichen (lipophilen) Stoffen verschiedenster Art – Alkohol ist der verbreitetste. Viele lipophile Verbindungen führen dosisabhängig zu strukturellen Verzerrungen der Lipid-Membran und machen sie durchlässig für Protonen (H +), wodurch das elektrische Feld zusammenbricht. Dann kann kein ATP gebildet werden, und der Energiefluss läuft in die Bildung von unvollständig veratmetem Sauerstoff – dem Superoxid-Radikal (Abb. II-3).

Das instabile Superoxid (HO-O •) reagiert ziemlich wahllos mit Komponenten der Zelle, und richtet dadurch erheblichen Schaden an. Es reagiert auch mit sich selbst, wobei ein Molekül oxidiert, und das andere reduziert wird. Dadurch entsteht Sauerstoff als das oxidierte Produkt, und Wasserstoffperoxid als das reduzierte Produkt:

2 HO-O • →O=O + HO-OH.

Die Disproportionierung (Dismutation) wird durch Einwirkung des Enzyms Superoxid-dismutase wesentlich beschleunigt. Von den beiden Reaktionsprodukten ist der Sauerstoff unproblematisch, aber das Wasserstoffperoxid ist toxisch; es wird großenteils sofort durch das Enzym Katalase in Wasser und Sauerstoff zerlegt und dadurch entgiftet. In Anwesenheit von Eisen (Fe 2+) erfährt Wasserstoffperoxid eine reduktive Spaltung in Wasser und in das besonders reaktive (toxische) Hydroxyl-Radikal (HO •). Das dabei zu Fe 3+oxidierte Eisen wird durch Superoxid wieder zum reduktiven Fe 2+aktiviert.

Alle drei reaktiven Sauerstoffverbindungen wirken aneugen (Abb. II-4). Daher beschleunigen sie das Altern und wirken krebserregend. Auch das Eisen wird gelegentlich als karzinogen bezeichnet – wegen seiner Rolle bei der Bildung des besonders reaktiven Hydroxyl-Radikals (Abb. II-3). Es erscheint daher ratsam, Eisen – ein lebensnotwendiges Element – nicht extra in Form von chemikalischen Eisensupplementen einzunehmen. Verzichten Sie auf Eisen-fortifiziertes Weißmehl, Multivitaminpillen mit Eisen, oder Eisenpillen. Letztere werden schwangeren Frauen routinemäßig aufgedrängt, weil Schwangere generell erniedrigte Eisenwerte haben. Es mag aber sein, dass niedrige Eisenwerte eine schützende Funktion für Mutter und Leibesfrucht innehaben. Eisen ist in genuinem Vollkornbrot und in rotem Fleisch in großzügiger Menge enthalten.

Die Enzyme Katalase und Superoxid-dismutase sind in allen Mitochondrien, sauerstoffatmenden (aeroben) und sauerstofftoleranten Mikroben präsent. Die allgegenwärtige Präsenz indiziert die Entstehung von Freien Sauerstoffradikalen als normales Vorkommnis in Gegenwart von Sauerstoff. Die Enzymaktivitäten verhindern, dass großer Schaden durch die Radikale angerichtet wird – aber sie können ihn nicht völlig verhindern, so dass ein minimaler Beitrag zur Alterung des Organisms laufend stattfindet.

Neben den reaktiven Freien Sauerstoffradikalen, die in der lebenden Zelle entstehen, gibt es eine große Zahl von technischen Oxidantien. Zu ihnen gehören die Peroxide (R−OOH), die als Bleichmittel guten Vollwaschmitteln zugesetzt werden, sodann Chlorbleiche (NaClO), Kaliumchlorat (KClO 3), Kaliumpermanganat (KMnO 4), Kaliumnitrat (KNO 3). Sie alle setzen bei ihrer Anwendung atomaren Sauerstoff frei, der hoch reaktiv ist und viele Kohlenstoffverbindungen (Fett, Teer, Ruß, verkohlte Speisen in Kochtöpfen) zu Kohlendioxid und Wasser abbaut. Im Kochtopf angebrannte Speisen können Sie leicht entfernen, indem Sie in ihm etwas Waschpulver in wenig Wasser langsam zum kochen bringen.

Der im Kaliumnitrat (KNO 3) gebundene Sauerstoff verbrennt die Holzkohle und den Schwefel des Schießpulvers augenblicklich zu glühender Asche und sehr viel heißem Gas – mit enorm erhöhtem Volumen. Noch sehr viel schneller erfolgt die Verbrennung in organischen Nitraten, wo der oxidative Nitrat-Rest mit dem reduktiven Kohlenstoff-Rest atomar verbunden ist. Bekannte Beispiele für brisante Explosivstoffe sind das Dynamit (Nitro-glycerin, genauer: Glycerin-tri-nitrat), TNT (Tri-nitro-toluol) und Hexogen (Tri-nitro-perhydro-triazin) ‒ der berüchtigte Plastiksprengstoff.

Von allgemeiner toxikologischer Bedeutung ist das als Mineraldünger verwendete Nitrat. Erhöhte Nitratwerte finden sich in Treibhausgemüse, besonders im Winter und selbst in ungedüngtem BIO-Gemüse. Ins Trinkwasser gelangt Nitrat durch Mineraldünger und durch mikrobiell abgebaute Gülle aus der Massentierhaltung. Das unmittelbare Reduktionsprodukt von Nitrat ist das besonders reaktive Nitrit (NO 2ˉ), das Wurst- und Pökelwaren zur Geschmackskonservierung und zur reaktiven Rotfärbung zugesetzt wird (in Form des Natriumsalzes NaNO 2). Der traditionell zugesetzte Chilesalpeter besteht aus Natriumnitrat; es wird von anaeroben Bakterien zu Nitrit reduziert. Diese Bakterien sind für Qualität und Geschmack gutartig, so dass der Zusatz von Nitrat dem von Nitrit vorzuziehen ist; der technische Nachteil von Nitrat ist der Zeitaufwand, der für die Vermehrung der Nitrat-atmenden Bakterien erforderlich ist.

Sulfite (SO 3 2ˉ und HSO 3ˉ) – die Salze der Schwefligen Säure (H 2SO 3) – können als Oxidations- wie auch als Reduktionsmittel wirken. Sie werden viel als Bleich- und Konservierungsmittel verwendet; im Wein werden sie gern für unersetzlich deklariert, weil Sulfit den schlecht schmeckenden Acetaldehyd (Abb. III-3) bindet, der bei der Weingärung sich anreichern kann.

Eine wichtige Gruppe natürlicher und technischer Oxidantien sind die Alkyl-hydroperoxide (R−OOH). Sie können als organische Derivate von Wasserstoffperoxid (HOOH) aufgefasst werden, wo einer der beiden Wasserstoffe durch einen organischen Rest ersetzt ist. Hydroperoxide entstehen in Nahrungsmitteln meist durch spontane Reaktion ungesättigter Fettsäuren (Tab. IV-1) mit dem Luftsauerstoff (Autoxidation). Die Autoxidation verläuft um so schneller, je mehr Doppelbindungen im Fettsäuremolekül vorliegen. So soll Leinöl, das besonders reich an mehrfach ungesättigten Fettsäuren ist, bei feiner Verteilung auf flauschigem Tuch so heftig autoxidieren, dass die dabei entstehende Wärme zur Selbstentzündung führen kann.

Hydroperoxide verursachen den bitteren, schlechten bis abscheulichen ranzigen Geschmack von älteren Nüssen, Sämereien, Vollkornreis und Getreide – sowie den faden Geschmack von wiederaufgewärmtem Fleisch von profitmaximiert-ernährten Tieren ( siehe IV-2).

Wegen ihrer geringen Stabilität zerfallen viele Hydroperoxide binnen kurzer Zeit in weitere schlecht schmeckende Verbindungen, wobei sich viele Sauerstoffradikale entwickeln. Mithin verursachen autoxidierende organische Verbindungen erhebliche oxidative Toxizität, obwohl sie selbst keine Oxidantien sind. Es sind Pro-oxidantien. Zu den Pro-oxidantien gehören beispielsweise die mehrfach ungesättigten Pflanzenöle, die aus den Ölsamen der gemäßigten Breiten gewonnen werden. Entgegen der Propaganda scheint es daher klug, Samenöle von einheimischen Pflanzen zu meiden – selbst wenn sie von extra-virgin BIO-Qualität sind.