Karl-Heinz Franzen

Über die Bildung flüchtiger Produkte bei der Lipoxigenase-Linolsäure-Reaktion

SummarySoya-lipoxigenase (E.C.1.13.1.13) is incubated by linoleic acid at room temperature; the arising volatile products are isolated by different methods, concentrated, and investigated by means of gas chromatography.If the non-volatile hydroperoxides, formed during the incubation are also injected, 15–20% are decomposed to volatile products superposing the primarily enzymatically formed volatile components as artefacts and consequently falsifying the result. Without separating the linoleic acid hydroperoxides (LHPO) the quantitative proportion Hexanal/Decadienal is approximately in accordance with the proportion 13-linoleic acid hydroperoxide/9-linoleic acid hydroperoxide (this means for soya-lipoxigenase and pH 7 about 1:1). After separating the linoleic acid hydroperoxides only these volatile products are found which are arising during the lipoxigenase reaction. These are 1–2% in relation to the LHPO.In this case, the quantitative ratio Hexanal/Decadienal is not corresponding to the 13-/9-linoleic acid hydroperoxide proportion. Nearly the only product formed by this process is Hexanal.ZusammenfassungSoja-Lipoxigenase (EC 1.13.1.13) wird bei Raumtemperatur mit Linolsäure incubiert; die dabei entstehenden flüchtigen Produkte werden nach verschiedenen Methoden isoliert, angereichert und gaschromatographisch untersucht. Werden die während der Incubation gebildeten, nicht flüchtigen Hydroperoxide mitinjiziert, so zerfallen diese zu etwa 15–20% unter Bildung von flüchtigen Produkten, die als Artefakte die primär enzymatisch gebildeten flüchtigen Komponenten überlagern und somit das Ergebnis verfälschen. Bei Nichtabtrennung der Linolsäurehydroperoxide (LHPO) entspricht das Mengenverhältnis Hexanal/Decadienal etwa dem Verhältnis 13-Linolsäurehydroperoxid/9-Linolsäurehydroperoxid (dies bedeutet bei Soja-Lipoxidase und bei pH 7 etwa 1:1). Werden die LHPO abgetrennt, so erfaßt man nur die flüchtigen Produkte, die während der Lipoxigenase-Reaktion entstehen. Bezogen auf die LHPO sind dies nur etwa 1–2%. Das Mengenverhältnis Hexanal/Decadienal entspricht in diesem Fall nicht dem von 13-LHPO/9-LHPO; es wird fast ausschließlich Hexanal gebildet.Soya-lipoxigenase (E.C. 1.13.1.13) is incubated by linoleic acid at room temperature; the arising volatile products are isolated by different methods, concentrated, and investigated by means of gas chromatography. If the non-volatile hydroperoxides, formed during the incubation are also injected, 15-20% are decomposed to volatile products superposing the primarily enzymatically formed volatile components as artefacts and consequently falsifying the result. Without separating the linoleic acid hydroperoxides (LHPO) the quantitative proportion Hexanal/Decadienal is approximately in accordance with the proportion 13-linoleic acid hydroperoxide/9-linoleic acid hydroperoxide (this means for soya-lipoxigenase and pH 7 about 1:1). After separating the linoleic acid hydroperoxides only these volatile products are found which are arising during the lipoxigenase reaction. These are 1-2% in relation to the LHPO. In this case, the quantitative ratio Hexanal/Decadienal is not corresponding to the 13-/9-linoleic acid hydroperoxide proportion. Nearly the only product formed by this process is Hexanal.

Untersuchungen über die Entstehung flüchtiger Verbindungen aus radikalischen Reaktionszwischenstufen bei der Lipoxygenase-Reaktion

SummaryThe development of volatile compounds arising from radicals during intermediate reaction steps of the lipoxygenase-linoleic-acid-reaction (from soy) was investigated in model experiments with defined conditions. The results indicate as follows: Among the volatile compounds formed, hexanal has a special position. Its development is closely connected to the enzymatic formation of the 13-linoleic-acid-hydroperoxide because it is formed from the 13-linoleic-acid-peroxy-radical, which is a direct precursor of the 13-linoleic-acid-hydroperoxide. The other volatile products are apparently formed in the same way as by autoxidation. Their development is favoured by lack of oxygen, when the primarily formed linoleic-acid-radicals cannot react rapidly with the oxygen-radicals to form hydroperoxides.A small part of the volatile compounds is formed by autoxidation which always accompanies the enzymatic reaction.ZusammenfassungDurch Modellversuche unter definierten Bedingungen wurde die Entstehung flüchtiger Verbindungen aus radikalischen Reaktionszwischenstufen der Lipoxygenase-Linolsäure-Reaktion (Soja) untersucht.Diese Versuche zeigten folgende Ergebnisse: Hexanal nimmt unter den entstehenden flüchtigen Verbindungen eine Sonderstellung ein. Seine Bildung ist sehr eng mit der enzymatischen Bildung der 13-Hydroperoxy-9-cis,11-trans-octadecadiensäure (13-LHPO) verknüpft; es entsteht aus der direkten Vorstufe des 13-LHPO, dem 13-Linolsäureperoxyradikal. Die anderen flüchtigen Produkte scheinen bei der Lipoxygenase-Reaktion auf den gleichen Wegen zu entstehen wie bei der Autoxydation [1, 2]. Ihre Bildung ist vor allem bei Sauerstoffmangel begünstigt, wenn die zunächst gebildeten Linolsäureradikale nicht schnell mit Sauerstoffradikalen zu Hydroperoxiden reagieren können.Ein kleiner Teil der flüchtigen Substanzen wird auch durch die neben der enzymatischen Reaktion ablaufenden Autoxydation gebildet.The development of volatile compounds arising from radicals during intermediate reaction steps of the lipoxygenase-linoleic-acid-reaction (from soy) was investigated in model experiments with defined conditions. The results indicate as follows: Among the volatile compounds formed, hexanal has a special position. Its development is closely connected to the enzymatic formation of the 13-linoleic-acid-hydroperoxide because it is formed from the 13-linoleic-acid-peroxy-radical, which is a direct precursor of the 13-linoleic-acid-hydroperoxide. The other volatile products are apparently formed in the same way as by autoxidation. Their development is favoured by lack of oxygen, when the primarily formed linoleic-acid-radicals cannot react rapidly with the oxygen-radicals to form hydroperoxides. A small part of the volatile compounds is formed by autoxidation which always accompanies the enzymatic reaction.

Radiogaschromatographische Analyse flüchtiger Aldehyde, die bei der mit Soja- und Hafer-Lipoxygenase katalysierten Linolsaure-Oxidation entstehen

SummarySoya- and oats-lipoxygenase (E. C. 1. 13. 1. 13.) are incubated by14C-marked linoleic acid. The volatile aldehydes arising thereby are isolated. The activity of the components separated by gaschromatography is written down by a printing indicator and the impulses/min are registered and printed out by a ratemeter. Thus the aldehydes which are produced by the enzymatic oxydation with lipoxygenase from the molecule of the linoleic acid can be determined. The composition of the mixture of aldehydes is calculated in mol-% from the measured impulses per peak. A possible origin of pathway is indicated for the main reaction products hexanal (soya-lipoxygenase) and non-trans-2-enal (oats-lipoxygenase).ZusammenfassungSoja- und Hafer-Lipoxygenase (E. C. 1. 13. 1. 13.) werden mit14C-mar-kierter Linolsäure incubiert. Die dabei entstehenden flüchtigen Aldehyde werden isoliert, angereichert und radiogaschromatographisch untersucht. Die Aktivität der gasehromatographisch getrennten Komponenten wird gemessen, and die Impulse/min von einem Ratemeter registriert. So lassen sich die Aldehyde, die bei der enzymatischen Oxydation mit Lipoxygenase aus dem Molekül der Linolsäure entstehen, bestimmen. Aus den gemessenen Impulsen je Peak wird die Zusammensetzung des Aldehydgemisches in Mol-% berechnet. Für die Hauptreaktionsprodukte Hexanal (Soja-Lipoxygenase) and Non-trans-2-enal (Hafer-Lipoxygenase) wird ein möglicher Entstehungsweg angegeben.

Untersuchungen über Entstehungswege flüchtiger Substanzen bei der Lipoxygenase-Linolsäure-Reaktion

SummaryDuring incubation of soja-Lipoxygenase with Linolic acid, volatile compounds are formed the development of which can be seen in two possible ways: from preformed Linolic-acid-hydroperoxides splitproducts arise or volatile substances of different chemical nature are built depending on the reaction conditions like temperature, O2-pressure, partner-concentration etc. By trials with hydroperoxdde-decomposing enzymes (peroxidase) and by means of radioactive labelled Linolic-acid-hydroperoxides the pathways mentioned above were investigated. The results indicate that the volatile compounds are built from by-products; n-hexanal was formed from these by-products as well as from decomposed hydroperoxide. The previously proposed reaction-scheme has this been ascertained by experimental means.ZusammenfassungWährend der Incubation von Soja-Lipoxygenase mit Linolsäure entstehen flüchtige Verbindungen, für deren Genese sich mindestens zwei Möglichkeiten abzeichnen: Die eine Möglichkeit besteht darin, daß aus bereits vorgebildeten Linolsäurehydroperoxiden Spaltprodukte auftreten. Zum andern können — je nach äußeren Bedingungen (Temperatur, O2-Druck, Partnerkonzentration, u.a.) — flüchtige Stoffe verschiedener chemischer Natur aus radikalischen Reaktionszwischenstufen entstehen. Durch Versuche mit Hydroperoxid-abbauenden Enzymen (Peroxidasen) und unter Verwendung radioaktiv markierter Linolsäurehydroperoxide wurden die angedeuteten Bildungswege untersucht. Unsere epxerimentellen Ergebnisse zeigen, daß die Bildung der hier untersuchten flüchtigen Verbindungen aus Reaktionszwischenstufen vor sich geht. Festzuhalten ist jedoch, daß n-Hexanal neben der Bildung aus Reaktionszwischenstufen auch aus dem Zerfall vorher gebildeter Hydroperoxide entsteht. Das schon von uns früher angegebene Rekationsschema [2] konnte nunmehr durch diese Untersuchungen experimentell gesichert werden.During incubation of soja-lipoxygenase with linolic acid, volatile compounds are formed the development of which can be seen in two possible ways:from preformed linolic-acid-hydroperoxides splitproducts arise or volatile substances of different chemical nature are built depending on the reaction conditions like temperature, O2-pressue, partner-concentration etc. By trials with hydroperoxyde-decomposing enzymes (peroxidase) and by means of radio-active labelled linolic-acid-hydroperoxides the pathways mentioned above were investigated. The results indicate that the volatile compounds are built from by-products; n-hexanal was formed from these by-products as well as from decomposed hydroperoxide. The previously proposed reaction-scheme has this been ascertained by experimental means.