Brazzein

Brazzein (Pentadiplandra brazzeana)
	Bändermodell nach PDB 2BRZ
	Vorhandene Strukturdaten: 1brz, 2brz
Masse/Länge Primärstruktur	54 Aminosäuren
Bezeichner
Externe IDs	UniProt: P56552;
Inhibitorklassifikation
MEROPS	I18

Brazzein ist ein in den Früchten der westafrikanischen Lianenpflanze Pentadiplandra brazzeana vorkommendes Protein. Es besitzt im Vergleich zu Zucker eine 500- bis 2.000-fache Süßkraft bei geringem Energiegehalt und Temperaturbeständigkeit. Dies macht es attraktiv als Zuckerersatzstoff in der industriellen Nahrungsmittelproduktion.[1]

Entdeckung

Bei Verhaltensstudien an Affen im zentralafrikanischen Gabun im Jahre 1984 stellten die französischen Anthropologen Marcel und Anette Hladik fest, dass die Tiere sich bevorzugt von den roten Früchten der Lianenpflanze Pentadiplandra brazzeana ernährten. Als Ursache dieses Verhaltens machten sie die enorme Süße der Früchte aus. 1994 wurde Brazzein erstmals an der University of Wisconsin–Madison isoliert.[1]

Struktur

Brazzein ist ein kleines monomeres Protein, bestehend aus 54 Aminosäuren, mit einem Pyroglutamat am N-Terminus und vier intramolekularen Disulfidbrücken, mit einer Molekülmasse von 6.473 Da.[2][3] Brazzein ist bisher der kleinste und einer der süßesten unter den proteinergen Süßstoffe. Die dreidimensionale Proteinstruktur zeigt eine α-Helix und drei anti-parallele β-Faltblätter.[4][5] Die Tertiärstruktur weist keinerlei Ähnlichkeit zu den bekannten Strukturen von Monellin und Thaumatin auf.

Brazzein aus natürlichen Quellen besteht aus einer Mischung von pGlu-Brazzein (80 %) und des-pGlu-Brazzein (20 %), wobei das des-pGlu-Brazzein doppelt so süß ist, wie das pGlu-Brazzein.[6]

Verwendung als industrieller Süßstoff

Brazzein eignet sich aufgrund seiner langanhaltenden und starken Süßkraft sowie der guten Verträglichkeit für Diabetiker als Zuckerersatz für die industrielle Massenproduktion von Nahrungsmitteln. Es ist mit 50 mg/ml gut in Wasser löslich, und sowohl über einen weiten pH-Wertbereich als auch hitzebeständig, was wichtig für die industrielle Verarbeitung z. B. in Backwaren ist.[7][8] Zudem ist sein Geschmack zuckerähnlicher als der der meisten anderen Süßungsmittel. Die US-Unternehmen Nectar Worldwide und Prodigene arbeiten daran, synthetisches Brazzein mit Hilfe von gentechnisch verändertem Mais in großen Mengen kostengünstig herzustellen.[9] Derzeit lassen sich etwa ein bis zwei Kilogramm Brazzein pro Tonne Mais gewinnen. Es wird erwartet, dass die Marktzulassung durch die Gesundheitsbehörden mehrere Jahre in Anspruch nehmen wird. Im Falle einer erfolgreichen Markteinführung von Brazzein werden einschneidende Folgen für die traditionelle Zuckerindustrie erwartet. Mit Zucker und anderen Süßungsmitteln werden weltweit jährlich etwa 70 Mrd. Euro Umsatz gemacht.[10]

Patentierungen

Obwohl die Früchte der Pentadiplandra brazzeana in Zentralafrika seit langem bekannt sind, wird Brazzein durch die Universität Wisconsin als deren eigene Erfindung beansprucht; Zusammenhänge mit den natürlichen Vorkommen in Gabun weist die Universität zurück.[11] Die Universität hält drei Patente auf Verbindungen, die aus Pentadiplandra brazzeana isoliert werden, bzw. auf die industrielle Herstellung von Brazzein (US 5,326,580, US 5,346,998, US 5,527,555). Die Patentierung von Brazzein wird daher von GRAIN und Greenpeace als Biopiraterie eingestuft.[12] Die zitierten Patente aus den 1990er Jahren sind aber bereits erloschen; Patente auf Basis der Naturstoffe – ohne die Nutzung genveränderter Organismen – sind daher nicht mehr möglich.

Einzelnachweise

H. Izawa, M. Ota, M. Kohmura, Y. Ariyoshi: Synthesis and characterization of the sweet protein brazzein. In: Biopolymers. Band 39, Nummer 1, Juli 1996, S. 95–101, ISSN 0006-3525. doi:10.1002/(SICI)1097-0282(199607)39:1<95::AID-BIP10>3.0.CO;2-B. PMID 8924630.
Ming, D. & Hellekant, G. (1994): Brazzein, a new high-potency thermostable sweet protein from Pentadiplandra brazzeana B. In: FEBS Lett. Bd. 355, S. 106–108. PMID 7957951 doi:10.1016/0014-5793(94)01184-2
UniProt P56552
Caldwell, J.E. et al. (1998): Solution structure of the thermostable sweet-tasting protein brazzein. In: Nat. Struct. Biol. Bd. 5, S. 427-31. PMID 9628478
PDB 2BRZ
Hellekant, G. & Danilova, V. (2005): Brazzein a small, sweet protein: discovery and physiological overview. In: Chem. Senses. Bd. 30, S. I88-I89. PMID 15738210 doi:10.1093/chemse/bjh127
F. Angus, J. Dalzell, G. Birch: Ingredients Hanbook - Sweeteners - 2nd edition Leatherhead Publishing ed. 2000
D. Ming, G. Hellekant: Brazzein, a new high-potency thermostable sweet protein from Pentadiplandra brazzeana B. In: FEBS letters. Band 355, Nummer 1, November 1994, S. 106–108, ISSN 0014-5793. PMID 7957951.
Alexandra Rigos: Jäger des biologischen Schatzes. (Memento vom 5. März 2017 im Internet Archive) In: Greenpeace Magazin. Nr. 2, 2002.
Christoph Corves: Süßhunger - Der heimliche Zuckerkrieg (Memento vom 13. Februar 2004 im Internet Archive) NDR, 2002, Dokumentation, 44 min, gesendet am 31. März 2003.
Environmental Audit House of Commons - Second Report - APPENDIX 7 - Trade Related Intellectual Property Rights (TRIPs) and Farmers' Rights Session 1998-99. 23 November 1999.
The European Patent Directive: License to Plunder Briefing published by Genetic Resources Action International, GRAIN, Barcelona, Mai 1998.

Literatur

Walters, D.E. & Hellekant, G. (2006): Interactions of the sweet protein brazzein with the sweet taste receptor. In: J. Agric. Food. Chem. Bd. 54, S. 10129–10133. PMID 17177550
Zhao, Q. et al. (2005): Probing the sweet determinants of brazzein: wild-type brazzein and a tasteless variant, brazzein-ins(R18a-I18b), exhibit different pH-dependent NMR chemical shifts. In: Biochem. Biophys. Res. Commun. Bd. 335, 256–263. PMID 16105551
Assadi-Porter, F.M. et al. (2003): Correlation of the sweetness of variants of the protein brazzein with patterns of hydrogen bonds detected by NMR spectroscopy. In: J. Biol. Chem. Bd. 278, S. 31331–31339. PMID 12732626

Siehe auch

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[BIO-39-95-1] H. Izawa, M. Ota, M. Kohmura, Y. Ariyoshi: Synthesis and characterization of the sweet protein brazzein. In: Biopolymers. Band 39, Nummer 1, Juli 1996, S. 95–101, ISSN 0006-3525. doi:10.1002/(SICI)1097-0282(199607)39:1<95::AID-BIP10>3.0.CO;2-B. PMID 8924630.

[2] Ming, D. & Hellekant, G. (1994): Brazzein, a new high-potency thermostable sweet protein from Pentadiplandra brazzeana B. In: FEBS Lett. Bd. 355, S. 106–108. PMID 7957951 doi:10.1016/0014-5793(94)01184-2

[3] UniProt P56552

[4] Caldwell, J.E. et al. (1998): Solution structure of the thermostable sweet-tasting protein brazzein. In: Nat. Struct. Biol. Bd. 5, S. 427-31. PMID 9628478

[5] PDB 2BRZ

[6] Hellekant, G. & Danilova, V. (2005): Brazzein a small, sweet protein: discovery and physiological overview. In: Chem. Senses. Bd. 30, S. I88-I89. PMID 15738210 doi:10.1093/chemse/bjh127

[HB-2000-7] F. Angus, J. Dalzell, G. Birch: Ingredients Hanbook - Sweeteners - 2nd edition Leatherhead Publishing ed. 2000

[FEBS-355-106-8] D. Ming, G. Hellekant: Brazzein, a new high-potency thermostable sweet protein from Pentadiplandra brazzeana B. In: FEBS letters. Band 355, Nummer 1, November 1994, S. 106–108, ISSN 0014-5793. PMID 7957951.

[GM-2-02-9] Alexandra Rigos: Jäger des biologischen Schatzes. (Memento vom 5. März 2017 im Internet Archive) In: Greenpeace Magazin. Nr. 2, 2002.

[SH-10] Christoph Corves: Süßhunger - Der heimliche Zuckerkrieg (Memento vom 13. Februar 2004 im Internet Archive) NDR, 2002, Dokumentation, 44 min, gesendet am 31. März 2003.

[HOUSE-1999-11] Environmental Audit House of Commons - Second Report - APPENDIX 7 - Trade Related Intellectual Property Rights (TRIPs) and Farmers' Rights Session 1998-99. 23 November 1999.

[GRAIN-1998-36-12] The European Patent Directive: License to Plunder Briefing published by Genetic Resources Action International, GRAIN, Barcelona, Mai 1998.