Glycerin

Definition

Substantiv
Glyc-er-ol, ˈglɪs əˌrɔl
Ein Zuckeralkohol, der aus zwei Polyolen besteht, die bei der Verseifung von Fetten und Ölen entstehen, und fungiert vor allem als Stoffwechselzwischenprodukt und Strukturbestandteil der wichtigsten Klassen biologischer Lipide, der Triglyceride und Phosphatidylphospholipide

Details

Übersicht

Glycerin gehört zu den Zuckeralkoholen. Zuckeralkohole gehören zu einer Klasse von Polyolen, die dadurch gekennzeichnet sind, dass sie weiße, wasserlösliche, organische Verbindungen mit der allgemeinen chemischen Formel (CHOH)nH2 sind. Zuckeralkohole können durch Hydrierung von Zuckern hergestellt werden.

Geschichte und Terminologie

Glycerin wurde 1779 von dem schwedischen Chemiker Carl Wilhelm Sheele (1742-1786) entdeckt. Er erhielt Glycerin, als er das Glycerin aus einer erhitzten Mischung aus Bleioxid und Olivenöl auswusch. In Olivenöl ist Glycerin das vorherrschende Triglycerid.1 Der Name Glycerin wurde von dem französischen Chemiker Michel Eugéne Chevreul (1786-1889) geprägt. Etymologisch gesehen stammt Glycerin vom griechischen Wort glycos ab, was „süß“ bedeutet. Im Jahr 1836 bestimmte der französische Chemiker Théophile-Jules Pelouze (1807-1867) die chemische Formel (C3H8O3). Im Jahr 1872 wurde es erstmals von dem französischen Chemiker Charles Friedel (1832-1899) in einem Labor synthetisiert.2 Heute wird Glycerin für seine verschiedenen Verwendungszwecke in der Lebensmittel-, Medizin- und anderen Industrien künstlich hergestellt. Als Lebensmittelzusatzstoff wurde Glycerin von der US Food and Drug Administration (FDA) als „Generally Recognized As Safe“ (GRAS) zugelassen.3 Glycerin wird auch als Glycerin bezeichnet. Der Begriff „Glycerin“ wird jedoch häufig verwendet, um auf das Vorhandensein der Verbindung als Bestandteil eines Produkts hinzuweisen, während sich „Glycerin“ (oder Glycerin) häufig auf den Produktnamen bezieht. Beispielsweise besteht der Glycerinsirup zu 99,7 % aus Glycerin. 3

Eigenschaften

Glycerin ist ein farbloses, geruchloses, zähflüssiges, süß schmeckendes Polyol mit der chemischen Formel C3H8O3. Es ist ein dreiwertiger Alkohol, da es aus drei Kohlenstoffatomen besteht; jedes der beiden Endkohlenstoffatome ist an zwei Wasserstoffatome und eine Hydroxylgruppe gebunden; das zentrale Kohlenstoffatom ist an ein Wasserstoffatom und eine Hydroxylgruppe gebunden. 1 Aufgrund dieser Struktur ist Glycerin stark hygroskopisch (zieht leicht Feuchtigkeit an) und löslich in Wasser und Alkohol. Sein Schmelzpunkt liegt bei 18 °C. Sein Siedepunkt liegt bei 290 °C. Es ist weniger süß als Saccharose, d.h. 75% Süße im Vergleich zu Saccharose.

Biologische Aktivitäten

Glycerin kommt natürlich vor. Eine der Möglichkeiten zur Biosynthese von Glycerin besteht in der Entfernung der Phosphatgruppe von Glycerinphosphat durch die katalytische Wirkung des Enzyms Phosphatase. Glycerin kann auch aus der Hydrolyse von Fetten gewonnen werden.

Biologische Aktivitäten

Lipogenese ist der Prozess der Herstellung von Lipid oder Fett. Sie erfolgt durch Veresterung, eine chemische Reaktion zwischen einem Alkohol und einer Säure, die einen Ester (das Reaktionsprodukt) bilden. Glyceride (auch Acylglycerine genannt) sind Ester, die aus Glycerin und Fettsäure gebildet werden. Glycerin mit seinen drei Hydroxylgruppen kann mit bis zu drei Fettsäuren verestert werden. Je nach der Anzahl der an das Glycerin gebundenen Fettsäuren kann ein Glycerid ein Monoglycerid (auch Monoacylglycerin genannt), ein Diglycerid (auch Diacylglycerin genannt) oder ein Triglycerid (auch Triacylglycerin genannt) sein. Ein Monoglycerid entsteht durch die Kondensation eines Glycerins und einer Fettsäure, die über eine Esterbindung verbunden sind. Ein Diglycerid entsteht durch die Kondensation von zwei Fettsäuren und einem Glycerin, während ein Triglycerid aus drei Fettsäuren und einem Glycerin besteht. Bei der Triglyceridsynthese werden drei Fettsäuren im endoplasmatischen Retikulum zu einem Glycerin verestert. Die Zellen, die die Lipogenese durchführen, sind vor allem Adipozyten und Hepatozyten.

Biologische Aktivitäten

Glycerin kann für die Biosynthese von Glycerin-3-phosphat (Gro3P) verwendet werden. Gro3P ist ein Phosphorsäureester von Glycerin. Er entsteht durch Phosphorylierung von Glycerin durch das Enzym Glycerinkinase. Das Enzym katalysiert die Übertragung eines Phosphats von ATP auf Glycerin, um Gro3P zu bilden. Gro3P kann dann in die Triglyceridbiosynthese (Triacylglycerid), die Phospholipidbiosynthese, die Glykolyse und die Gluconeogenese eintreten.
Bei der Triacylglyceridbiosynthese und der Phospholipidbiosynthese dient Glycerin als strukturelles Rückgrat, an das die Fettsäuren gebunden werden. Bei der Triacylglyceridsynthese reagiert insbesondere das Carboxylende jeder der drei Fettsäuren mit jeder der Hydroxylgruppen des Glycerins. Durch ihre Bindung wird ein Wassermolekül pro Fettsäure freigesetzt (also insgesamt drei Wassermoleküle).
Phospholipide sind ein wichtiger struktureller Bestandteil vieler biologischer Membranen. Einige von ihnen fungieren als Botenstoffe bei der Signaltransduktion. Sie sind amphipathische Verbindungen, das heißt, sie haben einen hydrophilen Kopf und einen hydrophoben Schwanz. Der Kopf besteht im Wesentlichen aus einer Phosphatgruppe, während der Schwanz aus zwei Fettsäuren zusammengesetzt ist. Kopf und Schwanz des Phospholipids sind durch ein Glycerin verbunden. Insbesondere ist die Phosphatgruppe an eines der drei Kohlenstoffatome des Glycerin-Grundgerüsts gebunden, während die verbleibenden zwei Kohlenstoffatome an zwei Fettsäureketten gebunden sind (meist eine gesättigte Fettsäure an C-1 und eine ungesättigte Fettsäure an C-2). Das Phosphat kann außerdem gebunden sein an: Wasserstoff, Cholin, Serin, Ethanolamin, Inositol usw. Die hydrophile Komponente bestimmt die Art des Phospholipids: Phosphatidinsäure, Phosphatidylcholin, Phosphatidylserin, Phosphatidylethanolamin, Phosphatidylinositol, usw. Jedes dieser Phospholipide durchläuft einen bestimmten Biosyntheseweg. Die Phosphatidsäure ist das grundlegendste dieser Phospholipide, da sie als Vorstufe zu vielen Phospholipiden dient. Die Biosynthese von Phospholipiden beginnt in der Regel bei Gro3P.
Im glykolytischen Stoffwechselweg kann das Glycerin je nach Organismus direkt oder indirekt in den Stoffwechselweg gelangen. Beim Menschen muss das Glycerin zunächst umgewandelt werden, bevor es in die Glykolyse gelangt. Insbesondere wird Glycerin durch Glycerin-Kinase in Gro3P umgewandelt. Gro3P wird durch die enzymatische Aktivität der Glycerin-3-phosphat-Dehydrogenase und die Reduktion von NAD+ zu NADH in Dihydroxyacetonphosphat (DHAP) umgewandelt. DHAP wird durch die Wirkung des Enzyms Triosephosphat-Isomerase in Glyceraldehyd-3-phosphat umgewandelt. Die Umwandlung von Glycerin in Glyceraldehyd-3-phosphat erfolgt ebenfalls vor dem Eintritt in die Gluconeogenese. Die Glukoneogenese ist ein Stoffwechselweg, bei dem Glukose aus Nicht-Kohlenhydrat-Vorläufern, z. B. Glycerin, Laktat und Pyruvat, gebildet wird. Dies ist einer der Wege, mit denen der Körper den Blutzuckerspiegel aufrechterhält.

Biologische Aktivitäten

Nutritives Glycerin ist im Allgemeinen in Pflanzenölen und tierischen Fetten enthalten. Es kann auch künstlich hergestellt werden, um als Feuchthaltemittel, Verdickungsmittel, Lösungsmittel oder Süßungsmittel in Lebensmitteln verwendet zu werden (z. B. in Fondant, Konfitüren, verarbeiteten Lebensmitteln, Energieriegeln usw.). 3 Obwohl Glycerin eine Art Zuckeralkohol ist, wirkt es nicht abführend wie andere (z. B. Sorbit, Mannit, Isomalt). Das liegt daran, dass Glycerin im Dünndarm vollständig resorbiert wird. Bei der Verdauung einer fetthaltigen Nahrung wirken Lipasen und Galle mit. Die Lipide werden hydrolysiert und in Fragmente wie Monoglyceride, Diglyceride, Glycerin und freie Fettsäuren aufgespalten. Diese Fragmente werden von den Darmzellen (Enterozyten) absorbiert (diffundieren in sie hinein), wo sie in Triglyceride umgewandelt werden und Chylomikronen bilden. Chylomikronen sind spezielle Partikel, die im endoplasmatischen Retikulum der Enterozyten gebildet werden. Sie enthalten Triglyceride (als Hauptbestandteil), Cholesterin und fettlösliche Vitamine. An der basolateralen Oberfläche der Enterozyten werden die Chylomikronen durch Exozytose freigesetzt. Aufgrund ihrer Größe werden Chylomikronen nicht durch die kleinen Kapillaren, sondern durch die Lymphkapillaren des Darms, die so genannten Lacteals, transportiert. Die Chylomikronen werden im Lymphsystem gesammelt und vermischen sich dann mit dem Blut, wenn sie die großen herznahen Gefäße erreichen, die in den allgemeinen Kreislauf münden. Die Lipide werden also über diese Chylomikronen von den Enterozyten in den Blutkreislauf transportiert.4 Triglyceride können jedoch die Zellmembranen der Zelle nicht ohne weiteres passieren. Daher spalten spezielle Enzyme in den Wänden der Blutgefäße, die so genannten Lipoproteinlipasen, die Triglyceride (und andere Lipoproteine) in den Chylomikronen in freie Fettsäuren und Glycerin auf. Die freien Fettsäuren und das Glycerin können dann von den Zellen (z. B. des Fettgewebes, des Skelett- und Herzmuskelgewebes) über die so genannten Fettsäuretransporter aufgenommen werden. Reste der Chylomikronen werden von der Leber aufgenommen. Hepatozyten und Adipozyten speichern Triglyceride als Energieträger durch Lipogenese.

Biologische Aktivitäten

Das Hormon Glucagon veranlasst die Leber, Triglyceride über die Lipasen zur Freisetzung von Fettsäuren abzubauen. Die bei diesem Prozess freigesetzte Glycerinkomponente kann als alternative Glukosequelle dienen, insbesondere bei niedrigem Glukosespiegel. Er kann über die Glukoneogenese in Glukose umgewandelt werden und dann auch in den glykolytischen Weg eintreten. Dies ist besonders wichtig, wenn nicht genügend Glukose für das Gehirn zur Verfügung steht, abgesehen davon, dass das Gehirn Fettsäure nicht direkt als Energiequelle nutzen kann.

Biologische Aktivitäten

Lipolyse ist der Prozess des Abbaus von Lipiden durch Hydrolyse von Triglyceriden in Glycerin und freie Fettsäuren. Dieser Vorgang findet hauptsächlich im Fettgewebe statt und ist häufig eine Reaktion auf intensive körperliche Betätigung und Fasten. Die Lipasen werden phosphoryliert und aktiviert. Insbesondere katalysiert die adipöse Triglyceridlipase die Hydrolyse von Triacylglycerin zu Diacyglycerin. Die Umwandlung von Diacylglycerin in Monoacylglycerin erfolgt durch die katalytische Wirkung der hormonsensitiven Lipase. Die Monoacylglycerinlipase wiederum katalysiert die Hydrolyse von Monoacylglycerin zu Glycerin. Die freigesetzten Fettsäuren werden in den Blutkreislauf abgegeben. Hormonempfindliche Lipasen werden durch die Hormone Insulin, Glucagon, Epinephrin und Norepinephrin reguliert.

Biologische Bedeutung

Glycerin ist ein essentieller Zuckeralkohol für viele Lebewesen. Zum einen ist es ein Bestandteil von Lipiden, wie Glyceriden und Phospholipiden. Zusammen mit den Fettsäuren bildet Glycerin Glyceride, die als Energieträger dienen können. Triglyceride zum Beispiel sind ein Hauptbestandteil von tierischen Fetten und Pflanzenölen. Glycerin dient auch als eines der Substrate für die Synthese von Glycerin-3-phosphat, das in die Triglyceridbiosynthese, die Phospholipidbiosynthese, die Glykolyse und die Gluconeogenese eingehen kann. Phospholipide sind einer der Hauptbestandteile der biologischen Membranen. Sie können auch als Botenstoffe bei der Signaltransduktion fungieren. Es gibt verschiedene Arten von Phospholipiden, Phosphatidinsäure, Phosphatidylcholin, Phosphatidylserin, Phosphatidylethanolamin, Phosphatidylinositol usw., die jeweils an verschiedenen Stoffwechselaktivitäten beteiligt sind. Glycerin kann in Glukose umgewandelt werden, dem Hauptmetaboliten der Glykolyse, einem Stoffwechselweg, über den Energie (ATP) synthetisiert wird. Diese Energie treibt die verschiedenen Stoffwechselvorgänge einer Zelle an. Wenn nicht genügend Glukose vorhanden ist, ist Glycerin eine wichtige Glukosevorstufe in der Gluconeogenese. Im Gegensatz zu Fettsäuren wird Glycerin insbesondere von den Gehirnzellen leichter aufgenommen. Die Gehirnzellen können in Glycerin umgewandelte Glukose für die Glykolyse verwenden, wenn die Glukose nicht ausreicht.
Glycerin kann auf natürliche Weise synthetisiert oder durch den Verzehr glycerinhaltiger fetthaltiger Lebensmittel gewonnen werden. Es wird auch chemisch durch Verseifung oder durch die Einwirkung von Heißdampf hergestellt und als Süßungsmittel, Feuchthaltemittel, Verdickungsmittel und Emulgator in Lebensmitteln verwendet. Unter den Zuckeralkoholen wird Glycerin von der FDA als kalorischer Makronährstoff eingestuft. Glycerin liefert 4,3 Kilokalorien pro Gramm.

Ergänzend

IUPAC

• Propan-1,2,3-Triol

Chemische Formel

Synonym(e)

• 1,2,3-Trihydroxypropan oder Propan-1,2,3-Triol
• Glycerin
• Glycerin
• Propantriol
• 1,2,3-Trihydroxypropan
• 1,2,3-Propantriol

Abgeleitete Begriffe

Weiterführende Literatur

Siehe auch

• Zuckeralkohol
• Triglycerid
• Phospholipid

Referenz

1. „Glycerin.“ The Gale Encyclopedia of Science. . Abgerufen von ://www.encyclopedia.com/science/encyclopedias-almanacs-transcripts-and-maps/glycerol Link
2. „Glycerol.“ Chemical Compounds. . Abgerufen von ://www.encyclopedia.com/science/academic-and-educational-journals/glycerol Link
3. Edible Glycerin Uses, Benefits, Safety, Side Effects. (2017, June 5). Abgerufen von ://www.nutrientsreview.com/carbs/edible-glycerin.html Link
4. Verdauung und Absorption von Fetten. (2019). Abgerufen von ://courses.washington.edu/conj/bess/fats/fats.html Link