Antioxidantien in Pflanzen – Bedeutung und Funktionen einfach erklärt

Antioxidantien sind keine einheitliche chemische Stoffgruppe. Der Begriff „antioxidativ“ beschreibt vielmehr eine Wirkung oder chemische Reaktivität unter bestimmten Bedingungen.

Pflanzen besitzen komplexe Redoxnetzwerke. In ihnen werden reaktive Sauerstoffspezies gezielt oder als Folge normaler Stoffwechselprozesse gebildet, als Signale genutzt und durch verschiedene Systeme weiterverarbeitet beziehungsweise reguliert. Daran beteiligt sind Enzyme, kleinere Moleküle und unterschiedliche pflanzliche Inhaltsstoffe.

Wichtig ist dabei die Abgrenzung zu den sekundären Pflanzenstoffen: Beide Themen können sich überschneiden, sind aber nicht gleichbedeutend.

Kurze Antwort:
„Antioxidativ“ bezeichnet keine bestimmte chemische Stoffklasse. Pflanzen besitzen ein Netzwerk aus enzymatischen und nicht-enzymatischen Komponenten, das an der Regulation reaktiver Sauerstoffspezies beteiligt ist. ROS sind dabei nicht grundsätzlich schädlich, sondern können auch wichtige Signalaufgaben übernehmen. Ein antioxidativer Laborwert ist zudem nicht mit einer Funktion in der lebenden Pflanze oder einer gesundheitlichen Wirkung beim Menschen gleichzusetzen.

Was bedeutet „antioxidativ“?

Oxidation und Reduktion sind miteinander gekoppelte chemische Vorgänge. Vereinfacht ausgedrückt werden dabei Elektronen übertragen.

Oxidation ist nicht automatisch schädlich. Redoxreaktionen gehören zu den normalen chemischen und biologischen Vorgängen lebender Zellen.

Als antioxidativ kann eine Wirkung bezeichnet werden, wenn ein Stoff oder System unter bestimmten Bedingungen beispielsweise oxidative Reaktionen begrenzt oder reaktive Verbindungen umwandelt.

Dabei ist wichtig:

„Antioxidativ“ bezeichnet keine einheitliche chemische Stoffklasse.
Verschiedene Stoffe und Systeme wirken über unterschiedliche Mechanismen.
Die Reaktivität hängt unter anderem von Konzentration und chemischer Umgebung ab.
Dieselbe Verbindung kann sich unter unterschiedlichen Bedingungen verschieden verhalten.
Ein Ergebnis aus einem chemischen Labortest lässt sich nicht unmittelbar auf ein lebendes biologisches System übertragen.

Was sind reaktive Sauerstoffspezies (ROS)?

Reaktive Sauerstoffspezies werden häufig mit ROS für reactive oxygen species abgekürzt. Der Begriff umfasst verschiedene reaktive sauerstoffhaltige Verbindungen.

Dazu gehören beispielsweise:

Superoxid
Wasserstoffperoxid
Singulett-Sauerstoff
Hydroxylradikale

In Pflanzen entstehen ROS unter anderem im Zusammenhang mit:

Photosynthese
Zellatmung
normalem Zellstoffwechsel
Reaktionen auf Umweltbedingungen
Abwehr- und Signalprozessen

ROS sind nicht grundsätzlich schädlich. In kontrollierten Mengen und an bestimmten Orten können sie wichtige Signale vermitteln. Sie sind beispielsweise an Entwicklung, Abwehr und Anpassungsreaktionen beteiligt.

Werden reaktive Spezies dagegen nicht ausreichend reguliert oder treten sie in ungeeigneter Menge beziehungsweise am falschen Ort auf, können Zellbestandteile verändert oder geschädigt werden.

Für ihre biologische Wirkung sind deshalb unter anderem wichtig:

die Art der reaktiven Spezies
ihre Konzentration
der Ort ihrer Entstehung
die Dauer und der zeitliche Verlauf
der Zustand der jeweiligen Zelle

Was bedeuten Redoxhomöostase und oxidativer Stress?

Pflanzen müssen reaktive Sauerstoffspezies nicht vollständig beseitigen. Bildung, Nutzung, Weiterleitung und Umwandlung reaktiver Verbindungen werden vielmehr fortlaufend reguliert.

Diese dynamische Redoxregulation wird vereinfacht häufig als Redoxhomöostase bezeichnet. Gemeint ist kein starres chemisches Gleichgewicht, sondern ein laufend angepasstes biologisches System.

Von oxidativem Stress spricht man vereinfacht, wenn die Redoxregulation so stark gestört wird, dass oxidative Prozesse mit nachteiligen Veränderungen oder Schäden verbunden sind.

Einfach gemerkt:
ROS sind nicht grundsätzlich „schlecht“. Pflanzen erzeugen und regulieren reaktive Sauerstoffspezies als Teil ihres normalen Stoffwechsels und ihrer Signalprozesse. Ob ROS als Signal wirken oder zu Schäden beitragen, hängt vom jeweiligen biologischen Zusammenhang ab.

Welche antioxidativen und redoxregulierenden Systeme besitzen Pflanzen?

Pflanzen besitzen ein vernetztes System aus enzymatischen und nicht-enzymatischen Komponenten.

Bereich	Beispiele	Einfache Einordnung
Enzymatische Systeme	Superoxid-Dismutase, Katalase, Peroxidasen	Enzyme, die an der Umwandlung und Regulation reaktiver Sauerstoffspezies beteiligt sind
Redoxmoleküle	Ascorbat, Glutathion	Kleine Moleküle innerhalb miteinander verbundener Redoxsysteme
Lipophile Komponenten	Tocopherole, bestimmte Carotinoide	Können je nach Verbindung und Zellbereich an Schutz- und Redoxprozessen beteiligt sein
Spezialisierte Metaboliten	bestimmte Flavonoide und andere phenolische Verbindungen	Können je nach Struktur und Umgebung antioxidative Aktivität zeigen

Diese Komponenten arbeiten nicht isoliert voneinander. Pflanzliche Redoxregulation entsteht vielmehr durch das Zusammenspiel verschiedener Moleküle, Enzyme und Zellbereiche.

Was ist das Ascorbat-Glutathion-System?

Ein bekanntes Beispiel für dieses Zusammenspiel ist das Ascorbat-Glutathion-System. Dabei wirken Ascorbat, Glutathion und mehrere Enzyme in miteinander verbundenen Reaktionsschritten zusammen.

Dieses System verdeutlicht, warum die Vorstellung eines einzelnen „Antioxidans“, das allein sämtliche reaktiven Sauerstoffspezies beseitigt, die Vorgänge in einer Pflanzenzelle zu stark vereinfacht.

Sind Antioxidantien dasselbe wie sekundäre Pflanzenstoffe?

Nein. Die Begriffe beschreiben unterschiedliche Ebenen.

Sekundäre Pflanzenstoffe ist ein traditioneller Sammelbegriff für zahlreiche pflanzliche Metaboliten. „Antioxidativ“ beschreibt dagegen eine bestimmte Funktion beziehungsweise chemische Reaktivität.

Deshalb gilt:

Nicht alle Bestandteile pflanzlicher Redoxsysteme sind sekundäre Pflanzenstoffe.
Nicht alle sekundären Pflanzenstoffe besitzen dieselben antioxidativen Eigenschaften.
Antioxidative Aktivität kann von Umgebung und Konzentration abhängen.
Ein Pflanzenstoff kann neben Redoxeigenschaften zahlreiche weitere biologische Funktionen besitzen.

Welche Rolle spielen Polyphenole, Flavonoide und Carotinoide?

Bestimmte Pflanzenstoffe können unter definierten Bedingungen antioxidative Eigenschaften zeigen. Daraus lässt sich jedoch keine pauschale Aussage über eine gesamte Stoffgruppe ableiten.

Polyphenole und Flavonoide

Polyphenole umfassen zahlreiche chemisch unterschiedliche Pflanzenstoffe. Flavonoide gehören zu den bekannten Gruppen innerhalb verbreiteter Polyphenol-Einteilungen.

Bestimmte Vertreter können in chemischen oder biologischen Systemen antioxidative Aktivität zeigen. Nicht jedes Polyphenol oder Flavonoid verhält sich jedoch unter allen Bedingungen gleich.

Carotinoide

Carotinoide besitzen wichtige Funktionen in photosynthetischen Systemen und bei der Photoprotektion. Bestimmte Carotinoide können ausserdem an der Regulation reaktiver Spezies beteiligt sein.

Ihre biologische Bedeutung geht deshalb deutlich über die vereinfachte Bezeichnung als „Antioxidantien“ hinaus.

Kann man Antioxidantien an der Farbe einer Pflanze erkennen?

Nein. Eine kräftige Pflanzenfarbe ist kein allgemeiner Nachweis einer hohen antioxidativen Aktivität.

Farben können Hinweise auf bestimmte Pigmente geben. Daraus lässt sich jedoch weder die gesamte chemische Zusammensetzung einer Pflanze noch ihr Verhalten in einem bestimmten chemischen oder biologischen System ableiten.

Mehr über natürliche Pflanzenfarben erfahren Sie auf der Seite Pflanzenfarbstoffe.

Wie wird antioxidative Aktivität im Labor untersucht?

Für Pflanzenmaterial, Lebensmittel und Pflanzenextrakte werden verschiedene chemische Testverfahren eingesetzt. Häufig verwendete Methoden sind beispielsweise DPPH, ABTS und FRAP.

Verfahren	Vereinfachte Einordnung
DPPH	Untersucht die Reaktion einer Probe mit einem stabilen organischen Radikal.
ABTS	Untersucht die Reaktion einer Probe mit einem erzeugten organischen Radikalkation.
FRAP	Erfasst das Reduktionsvermögen einer Probe gegenüber einem definierten Eisenkomplex.

DPPH, ABTS und FRAP messen nicht exakt dasselbe. Die Verfahren beruhen auf unterschiedlichen chemischen Testprinzipien und können unterschiedlich auf Zusammensetzung und Versuchsbedingungen reagieren.

DPPH und ABTS verwenden künstliche chemische Testsysteme. Die dabei eingesetzten Radikale beziehungsweise Radikalkationen sind nicht mit den natürlichen reaktiven Sauerstoffspezies einer lebenden Pflanzenzelle gleichzusetzen.

Eine einzige universelle und methodenunabhängige „Antioxidantienzahl“ gibt es deshalb nicht.

Was sagt ein hoher Antioxidantienwert im Labor aus?

Ein Ergebnis aus einem DPPH-, ABTS-, FRAP- oder anderen Test beschreibt zunächst das Verhalten einer Probe unter den Bedingungen des jeweiligen Laborverfahrens.

Drei Ebenen unterscheiden:

Labor: Wie reagiert eine Probe unter definierten Testbedingungen?
Pflanze: Welche Funktion besitzt eine Verbindung im lebenden pflanzlichen System?
Mensch: Was geschieht nach Verzehr, Verdauung, Aufnahme und Stoffwechsel?

Laboraktivität, Funktion in der Pflanze und Wirkung beim Menschen sind drei unterschiedliche Ebenen.

Ein hoher Laborwert ist deshalb kein Nachweis dafür, dass eine Verbindung dieselbe Funktion in einer lebenden Pflanzenzelle besitzt oder nach dem Verzehr eine bestimmte gesundheitliche Wirkung hervorruft.

Eine Inhaltsstoffangabe oder ein Laborwert ist ausserdem nicht automatisch eine zulässige gesundheitsbezogene Aussage. Weitere Informationen finden Sie unter Health Claims und Gesundheitsversprechen bei Pflanzen.

Typische Missverständnisse zu Antioxidantien

Missverständnis	Bessere Einordnung
Antioxidantien sind eine einheitliche chemische Stoffgruppe.	Nein. „Antioxidativ“ beschreibt eine Wirkung oder Reaktivität unter bestimmten Bedingungen.
Alle Antioxidantien sind sekundäre Pflanzenstoffe.	Nein. Zur pflanzlichen Redoxregulation gehören auch Enzyme sowie Moleküle wie Ascorbat und Glutathion.
ROS sind immer schädlich.	Nein. Bestimmte ROS übernehmen wichtige Signal- und Regulationsfunktionen.
Kräftige Farbe bedeutet hohe antioxidative Aktivität.	Nein. Sichtbare Farbe erlaubt keine allgemeine Aussage über antioxidative Eigenschaften.
Alle Antioxidantientests messen dasselbe.	Nein. DPPH, ABTS, FRAP und andere Verfahren beruhen auf unterschiedlichen Testprinzipien.
Ein hoher Laborwert beweist eine Gesundheitswirkung.	Nein. Chemischer Labortest, Funktion in der Pflanze und Wirkung beim Menschen müssen getrennt betrachtet werden.

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Fazit: Antioxidantien in Pflanzen richtig einordnen

Antioxidantien sind keine einheitliche chemische Stoffgruppe. Der Begriff antioxidativ beschreibt eine Wirkung oder Reaktivität in einem bestimmten chemischen oder biologischen Zusammenhang.

Pflanzen besitzen komplexe Redoxnetzwerke aus enzymatischen und nicht-enzymatischen Komponenten. Reaktive Sauerstoffspezies sind dabei nicht grundsätzlich schädlich, sondern übernehmen auch wichtige Signal- und Regulationsaufgaben.

Besonders wichtig ist die Trennung zwischen antioxidativer Aktivität in einem Labortest, der Funktion im lebenden pflanzlichen System und einer möglichen Wirkung beim Menschen.

Häufige Fragen zu Antioxidantien in Pflanzen

Was sind Antioxidantien in Pflanzen?

Der Begriff bezeichnet keine einheitliche chemische Stoffgruppe. Pflanzen besitzen verschiedene antioxidative und redoxregulierende Systeme aus Enzymen und nicht-enzymatischen Molekülen.

Was sind reaktive Sauerstoffspezies?

Reaktive Sauerstoffspezies oder ROS sind verschiedene reaktive sauerstoffhaltige Verbindungen. Dazu gehören beispielsweise Wasserstoffperoxid, Superoxid und Singulett-Sauerstoff.

Sind ROS immer schädlich?

Nein. Bestimmte ROS erfüllen wichtige Funktionen bei Signalübertragung, Entwicklung, Abwehr und Anpassungsreaktionen. Entscheidend sind unter anderem Art, Menge, Entstehungsort und zeitlicher Verlauf.

Was bedeutet Redoxhomöostase?

Redoxhomöostase beschreibt vereinfacht die dynamische Regulation von Redoxprozessen innerhalb eines biologischen Systems. Es handelt sich nicht um ein starres Gleichgewicht.

Was bedeutet oxidativer Stress?

Oxidativer Stress beschreibt vereinfacht einen Zustand, in dem die Redoxregulation so stark gestört ist, dass oxidative Prozesse mit nachteiligen Veränderungen oder Schäden verbunden sind.

Sind Antioxidantien immer sekundäre Pflanzenstoffe?

Nein. Zu pflanzlichen Redoxsystemen gehören beispielsweise auch Enzyme sowie Moleküle wie Ascorbat und Glutathion.

Sind Polyphenole automatisch Antioxidantien?

Nein. Bestimmte Polyphenole können unter definierten Bedingungen antioxidative Aktivität zeigen. Die Eigenschaften hängen jedoch von der konkreten Verbindung und dem jeweiligen chemischen oder biologischen System ab.

Messen DPPH, ABTS und FRAP dasselbe?

Nein. Die Verfahren beruhen auf unterschiedlichen chemischen Testprinzipien. Ergebnisse sollten deshalb immer zusammen mit der verwendeten Methode und den Versuchsbedingungen betrachtet werden.

Sind DPPH und ABTS reaktive Sauerstoffspezies?

Nein. DPPH und das bei der ABTS-Methode verwendete Radikalkation sind künstliche chemische Testsysteme. Sie sind nicht mit den natürlichen reaktiven Sauerstoffspezies einer lebenden Pflanzenzelle gleichzusetzen.

Gibt es einen universellen Antioxidantienwert?

Nein. Unterschiedliche Verfahren erfassen unterschiedliche chemische Eigenschaften. Eine allgemeine, methodenunabhängige Antioxidantienzahl für eine Pflanzenprobe gibt es deshalb nicht.

Beweist ein hoher Antioxidantienwert eine gesundheitliche Wirkung?

Nein. Ein Laborwert beschreibt zunächst das Verhalten einer Probe im jeweiligen Testsystem und ist kein Nachweis einer gesundheitlichen Wirkung beim Menschen.