Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Die molekularen Grundlagen des Erdbeeraromas: Warum die Erdbeere nach Erdbeere riecht

13.05.2013
Es ist Erdbeerzeit: Rot und saftig liegen die Früchte in den Auslagen der Märkte. Das Obst wird hierzulande immer beliebter: 2012 verzehrten die Deutschen pro Kopf 3,5 Kilogramm Erdbeeren – ein Kilogramm mehr als noch vor zehn Jahren. Wie das typische Aroma der Früchte entsteht, hat jetzt ein Team von Wissenschaftlern an der Technischen Universität (TUM) aufgeklärt.

Wie Nahrungsmittel schmecken, liegt nicht allein am Geschmackssinn: Zwar erkennt die Zunge Geschmackskomponenten wie süß, sauer, salzig, bitter und umami (herzhaft). Doch zu einem „runden“ Geschmackserlebnis tragen vor allem Gerüche bei – wie das Beispiel der Erdbeere zeigt.


Die Vorstufe des HDMF-Geruchstoffs (orange und rote Kugeln) bindet an das Enzym FaEO (grün). Das Co-Enzym NADPH, hier als mehrfarbiges Stabmodell dargestellt, liefert die erforderlichen Elektronen für die Bildung von HDMF, die prägende Aromakomponente reifer Erdbeeren. A. Schiefner/TUM


Die Detailsicht der Substratbindetasche (graue halbtransparente Oberfläche) zeigt die Übertragung zweier Elektronen von NADPH auf die Vorstufe des HDMF-Geruchsstoffs (orange-rote Ringstruktur). Dabei entsteht die Aromasubstanz HDMF. A. Schiefner/TUM

Das unverwechselbare Aroma der Gartenerdbeere setzt sich aus etwa einem Dutzend verschiedener Geruchsstoffe zusammen. Dabei sticht eine Komponente besonders heraus: HDMF (4-Hydroxy-2,5-dimethyl-3(2H)-furanon), auch unter dem Markennamen Furaneol bekannt.

Warum das so ist, erklärt Prof. Wilfried Schwab vom TUM-Fachgebiet Biotechnologie der Naturstoffe, der bereits seit mehreren Jahren an der biologischen Bildung dieser Substanz forscht: „In der reifen Erdbeere ist der Mengenanteil dieses Aromastoffes mit bis zu 50 Milligramm pro Kilogramm besonders hoch und liegt damit um einige Größeneinheiten über dem Geruchsschwellenwert. Es verleiht dem Aroma der reifen Früchte seinen karamellartigen Charakter.“

Außer in Erdbeeren kommt HDMF auch in der Ananas und in der Tomate vor. Die Pflanzen bilden das Aroma in mehreren Schritten aus dem Fruchtzucker (Fructose). „Uns interessierte insbesondere der abschließende Biokatalyse-Schritt zum fertigen Aroma“ berichtet Prof. Arne Skerra vom TUM-Lehrstuhl für Biologische Chemie. Dabei bindet eine Molekül-Vorstufe an das Enzym FaEO (Fragaria x ananassa Enon-Oxidoreduktase), das die Verbindung in das Endprodukt HDMF umwandelt.

Analyse offenbart neuen Syntheseweg

Den TUM-Wissenschaftlern gelang es, diesen Reaktionsweg im Detail abzubilden. Um zu verstehen, wie Enzyme die Biosynthese derartiger neuer Stoffwechsel-Produkte katalysieren, wenden sie das Verfahren der Röntgen-Strukturanalyse an. Damit lassen sich Moleküle letztlich dreidimensional darstellen. „Für das Erdbeeraroma haben wir wie bei einem Puzzlespiel sechs verschiedene Enzym-Molekül-Konstellationen durchgespielt – und so schließlich verstanden, wie FaEO den HDMF-Aromastoff herstellt“, so Dr. André Schiefner vom Lehrstuhl für Biologische Chemie.
Während dieser Untersuchungen stellten die Wissenschaftler fest, dass es sich bei der katalytischen Reaktion um einen bisher noch nicht bekannten Mechanismus handelt. Die Verbindung wird reduziert, dabei werden Elektronen zielgerichtet auf eine bestimmte Stelle des Moleküls übertragen. Das Enzym FaEO ist damit erster Vertreter einer neuen Klasse von Biokatalysatoren, was möglicherweise auch interessante Anwendungen in der industriellen (weißen) Biotechnologie eröffnet.

Die aktuelle Forschungsarbeit liefert den Weihenstephaner Wissenschaftlern wertvolle Informationen zur Geschmacksbildung der verbreiteten Kulturpflanze, wie Skerra ausführt: „Im Gegensatz zu Kaffee und Vanille sind die biochemischen Prozesse beim Erdbeeraroma sehr komplex – jetzt hat unser TUM-Team einen wichtigen Syntheseschritt geklärt.“ Damit könnte das echte Erdbeeraroma schon bald biosynthetisch aus Fruchtzucker gewonnen werden, beispielsweise um Getränke oder Lebensmittel wie Joghurt zu verfeinern.
Publikation:
Structural basis for the enzymatic formation of the key strawberry flavor compound 4-hydroxy-2,5-dimethyl-3(2H)-furanone; André Schiefner, Quirin Sinz, Irmgard Neumaier, Wilfried Schwab, and Arne Skerra; The Journal of Biological Chemistry, April 15, 2013; http://www.jbc.org/cgi/doi/10.1074/jbc.M113.453852

Kontakt:
Prof. Dr. Arne Skerra
Technische Universität München
Lehrstuhl für biologische Chemie
T: +49.8161.71-4351
E: skerra@tum.de
W: http://www.wzw.tum.de/bc

Prof. Dr. Wilfried Schwab
Technische Universität München
Fachgebiet Biotechnologie der Naturstoffe
T: +49.8161.71.2913
E: wilfried.schwab@tum.de
W: http://www.bina.wzw.tum.de/

Dr. Ulrich Marsch | Technische Universität München
Weitere Informationen:
http://www.tum.de
http://www.tum.de/die-tum/aktuelles/pressemitteilungen/kurz/article/30835/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Pfeilgiftfrösche machen auf „Kommando“ Brutpflege für fremde Kaulquappen
20.09.2017 | Veterinärmedizinische Universität Wien

nachricht Molekulare Kraftmesser
20.09.2017 | Max-Planck-Institut für Biochemie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Tiny lasers from a gallery of whispers

New technique promises tunable laser devices

Whispering gallery mode (WGM) resonators are used to make tiny micro-lasers, sensors, switches, routers and other devices. These tiny structures rely on a...

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Im Focus: Hochautomatisiertes Fahren bei Schnee und Regen: Robuste Warnehmung dank intelligentem Sensormix

Schlechte Sichtverhältnisse bei Regen oder Schnellfall sind für Menschen und hochautomatisierte Fahrzeuge eine große Herausforderung. Im europäischen Projekt RobustSENSE haben die Forscher von Fraunhofer FOKUS mit 14 Partnern, darunter die Daimler AG und die Robert Bosch GmbH, in den vergangenen zwei Jahren eine Softwareplattform entwickelt, auf der verschiedene Sensordaten von Kamera, Laser, Radar und weitere Informationen wie Wetterdaten kombiniert werden. Ziel ist, eine robuste und zuverlässige Wahrnehmung der Straßensituation unabhängig von der Komplexität und der Sichtverhältnisse zu gewährleisten. Nach der virtuellen Erprobung des Systems erfolgt nun der Praxistest, unter anderem auf dem Berliner Testfeld für hochautomatisiertes Fahren.

Starker Schneefall, ein Ball rollt auf die Fahrbahn: Selbst ein Mensch kann mitunter nicht schnell genug erkennen, ob dies ein gefährlicher Gegenstand oder...

Im Focus: Ultrakurze Momentaufnahmen der Dynamik von Elektronen in Festkörpern

Mit Hilfe ultrakurzer Laser- und Röntgenblitze haben Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik (Garching bei München) Schnappschüsse der bislang kürzesten Bewegung von Elektronen in Festkörpern gemacht. Die Bewegung hielt 750 Attosekunden lang an, bevor sie abklang. Damit stellten die Wissenschaftler einen neuen Rekord auf, ultrakurze Prozesse innerhalb von Festkörpern aufzuzeichnen.

Wenn Röntgenstrahlen auf Festkörpermaterialien oder große Moleküle treffen, wird ein Elektron von seinem angestammten Platz in der Nähe des Atomkerns...

Im Focus: Ultrafast snapshots of relaxing electrons in solids

Using ultrafast flashes of laser and x-ray radiation, scientists at the Max Planck Institute of Quantum Optics (Garching, Germany) took snapshots of the briefest electron motion inside a solid material to date. The electron motion lasted only 750 billionths of the billionth of a second before it fainted, setting a new record of human capability to capture ultrafast processes inside solids!

When x-rays shine onto solid materials or large molecules, an electron is pushed away from its original place near the nucleus of the atom, leaving a hole...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Höher - schneller - weiter: Der Faktor Mensch in der Luftfahrt

20.09.2017 | Veranstaltungen

Wälder unter Druck: Internationale Tagung zur Rolle von Wäldern in der Landschaft an der Uni Halle

20.09.2017 | Veranstaltungen

7000 Teilnehmer erwartet: 69. Urologen-Kongress startet heute in Dresden

20.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Drohnen sehen auch im Dunkeln

20.09.2017 | Informationstechnologie

Pfeilgiftfrösche machen auf „Kommando“ Brutpflege für fremde Kaulquappen

20.09.2017 | Biowissenschaften Chemie

Frühwarnsystem für gefährliche Gase: TUHH-Forscher erreichen Meilenstein

20.09.2017 | Energie und Elektrotechnik