Allioideae (Lauchgewächse)
Bau, Blüte und schwefelhaltige Leitstoffe der Lauchgewächse, dazu Knoblauch, Küchenzwiebel und Bärlauch als Arzneipflanzen.
Das Wichtigste in Kürze
- Die Allioideae (Lauchgewächse, früher Alliaceae) sind eine Unterfamilie der Amaryllidaceae innerhalb der Monokotylen, arzneilich wichtig ist die Gattung Allium.
- Die Zwiebel ist ein Spross mit extrem gestauchter Achse und fleischigen Blättern; die Wurzeln sind homorrhiz, die Blätter grundständig und parallelnervig.
- Die Blütenformel \(\ast P(3+3)\ A3+3\ G(\underline{3})\) bedeutet sechs Tepalen in zwei Kreisen, sechs Staubblätter und einen oberständigen, coenokarpen Fruchtknoten aus drei Karpellen.
- Der doldenähnliche Blütenstand steckt vor dem Aufblühen in einer häutigen Spatha.
- Leitstoffe sind S-Alkyl-L-cysteinsulfoxide wie Alliin; nach Verletzung bildet die Alliinase daraus Allicin (Diallylthiosulfinat), das zu flüchtigen Sulfiden (Lauchöl) zerfällt.
- Bärlauch hat einzeln gestielte Blätter und wird mit Maiglöckchen und Herbstzeitlose verwechselt.
Worum es geht
Zu den Lauchgewächsen gehören Knoblauch, Küchenzwiebel und Bärlauch. Botanisch erkennt man sie an Zwiebel, doldenähnlichem Blütenstand und dreizähliger Blüte, chemisch an schwefelhaltigen Aminosäuren. Aus ihnen entsteht beim Zerkleinern das Allicin, auf dem Geruch und Teile der Wirkung von Knoblauchpräparaten beruhen.
Einordnung und Erkennungsmerkmale
Die Lauchgewächse (Allioideae) sind eine Unterfamilie der Amaryllidaceae innerhalb der Monokotylen. Früher führte man sie als eigene Familie Alliaceae, beide Namen sind noch üblich. Pharmazeutisch zählt fast nur die Gattung Allium.
| Merkmal | Ausprägung |
|---|---|
| Systematik | Monokotyle, Asparagales, Amaryllidaceae, Unterfamilie Allioideae, Gattung Allium |
| Wuchsform | ausdauernde Kräuter mit Zwiebel, homorrhiz bewurzelt |
| Blätter | grundständige Rosette, meist schmal, flach oder röhrig, parallelnervig |
| Blüte | radiär, dreizählig, Perigon aus 3 + 3 Tepalen, in doldenähnlichem Blütenstand mit Spatha |
| Blütenformel | \(\ast P(3+3)\ A3+3\ G(\underline{3})\) |
| Frucht | dreifächerige Kapsel, Samen mit Endosperm |
| typische Inhaltsstoffe | S-Alkyl-L-cysteinsulfoxide (Alliin), daraus Allicin und Lauchöl |
| wichtige Arzneipflanzen | Knoblauch, Küchenzwiebel, Bärlauch |
Die Zwiebel
Mit der Zwiebel überdauern Lauchgewächse Winter oder Trockenzeit. Sie ist ein umgebauter Spross und damit kein Wurzelorgan.
Eine Zwiebel ist ein unterirdischer Spross mit extrem gestauchter Achse, dem Zwiebelboden. Daran sitzen dicht an dicht fleischig verdickte Blätter oder Blattbasen, die Reservestoffe speichern.
Die Internodien sind so kurz, dass die Achse zu einer flachen Scheibe schrumpft. Außen schützen trockene, papierartige Häute die saftigen Schuppen. Aus der Unterseite des Zwiebelbodens wachsen viele gleichartige, sprossbürtige Wurzeln. Eine durchgehende Hauptwurzel fehlt. Das Wurzelsystem ist also homorrhiz, wie bei Monokotylen üblich (Wurzelsysteme).
Beim Knoblauch entstehen in den Blattachseln viele kleine Nebenzwiebeln, die Zehen. Gemeinsam bilden sie die bekannte Knolle unter einer Hülle. Ein meterlanges Rhizom bildet Allium sativum nicht.
Woran man Lauchgewächse erkennt
Die Laubblätter stehen in einer grundständigen Rosette direkt über der Zwiebel. Sie sind parallelnervig und meist schmal-linealisch, bei Küchenzwiebel und Schnittlauch sogar röhrig hohl. Eine Netz- oder Fiedernervatur wie bei Eudikotylen kommt nicht vor. Aus der Rosette wächst ein blattloser Schaft mit kugeligem oder halbkugeligem Blütenstand.
Auf einem Foto oder einer Tafel spricht diese Kombination für Allium:
- Zwiebel oder Zwiebelhäute am Grund
- schmale, parallelnervige Blätter, keine Stängelblätter
- blattloser Schaft mit doldenähnlichem Blütenstand, oft mit häutigem Hüllrest
- sternförmige Einzelblüten mit sechs gleichartigen Tepalen
Dazu kommt der Lauchgeruch beim Zerreiben. Er entsteht erst durch Verletzung des Gewebes.
Blüte und Frucht
Die Einzelblüte ist radiär und dreizählig, gebaut nach dem Grundplan der Monokotylen. Kelch und Krone unterscheiden sich nicht. Stattdessen bilden gleichartige Tepalen ein Perigon. Sie stehen in zwei Kreisen zu je drei, insgesamt also sechs.
Daraus ergibt sich die Blütenformel (Symbole der Blütenformel):
\[\ast P(3+3)\ A3+3\ G(\underline{3})\]
- \(\ast\): radiärsymmetrisch
- \(P(3+3)\): Perigon aus zwei dreizähligen Kreisen, die Klammer zeigt die Verbindung der Tepalen am Grund
- \(A3+3\): sechs Staubblätter in zwei Kreisen
- \(G(\underline{3})\): drei verwachsene Karpelle, der Strich unter der Zahl bedeutet oberständig
Diese Formel wird im Examen gerne gefragt. Achte auf die Zahlen: Das Perigon hat sechs Tepalen und nicht drei, und es gibt ebenso sechs Staubblätter.
Der Fruchtknoten ist in der Regel oberständig und coenokarp, auch synkarp genannt. Drei Fruchtblätter sind also zu einem dreifächerigen Gehäuse verwachsen (Gynoeceum). Der Knoblauch folgt genau diesem Bau.
Blütenstand mit Spatha
Die Blüten sitzen am Ende des Schafts in einem doldenähnlichen Blütenstand, einer Scheindolde. Er wirkt wie eine Dolde, weil alle Blütenstiele scheinbar von einem Punkt ausgehen. Vor dem Aufblühen steckt er in einer häutigen Hülle.
Die Spatha ist eine häutige Scheide aus Hochblättern, die den jungen Blütenstand vollständig umhüllt. Beim Aufblühen reißt sie auf und bleibt oft als trockener Rest unter den Blüten stehen.
Beim Knoblauch läuft die Spatha in einen langen Schnabel aus. Darin entstehen zwischen wenigen, oft sterilen Blüten kleine Brutzwiebeln. Mit ihnen vermehrt sich die Pflanze vegetativ.
Frucht und Samen
Aus dem Fruchtknoten wird eine dreifächerige Kapsel, die schwarze Samen entlässt. Anders als die Gräser mit ihrer Karyopse bilden Lauchgewächse also keine einsamige Frucht mit verwachsener Frucht- und Samenwand. Als Angiosperme bildet etwa Allium cepa Samen mit triploidem Endosperm. Es geht aus der doppelten Befruchtung hervor.
Inhaltsstoffe
Lauchgewächse sind reich an schwefelhaltigen Aminosäuren. Sie sind das chemische Kennzeichen der Gattung und die Grundlage von Geruch und Wirkung.
Ein Cysteinsulfoxid ist eine nichtproteinogene Aminosäure, die sich von L-Cystein ableitet. Am Schwefel sitzt ein Alkyl- oder Alkenylrest, und der Schwefel ist zum Sulfoxid \(\ce{S=O}\) oxidiert.
Man spricht von S-Alkyl-L-cysteinsulfoxiden oder kurz von Alliinen. Leitstoff des Knoblauchs ist Alliin, das S-Allyl-L-cysteinsulfoxid. Die Küchenzwiebel enthält vor allem Isoalliin mit einer Propenylgruppe. Viele Arten führen zusätzlich Methiin mit einer Methylgruppe. Alliin selbst ist geruchlos.
S-Alkyl-L-cysteinsulfoxide, allen voran Alliin, kennzeichnen die Gattung Allium und sind besonders prüfungsrelevant. Achte darauf, dass Alliin die stabile, geruchlose Vorstufe mit Cysteinteil ist und Allicin erst nach Verletzung durch die Alliinase entsteht.
Die Alliinase-Kaskade
Im intakten Gewebe liegen Alliin und das Enzym Alliinase getrennt. Alliin befindet sich im Cytoplasma, das Enzym in der Vakuole. Erst beim Zerquetschen der Zellen treffen beide aufeinander. Das funktioniert wie ein Zweikomponentenkleber, der erst beim Mischen reagiert.
- Spaltung: Alliinase spaltet Alliin in Allylsulfensäure, Brenztraubensäure und Ammoniak.
- Kondensation: Zwei Moleküle Allylsulfensäure verbinden sich spontan unter Wasserabspaltung zu Allicin.
- Zerfall: Das instabile Allicin geht in leicht flüchtige Sulfide über, vor allem Diallyldisulfid und Diallyltrisulfid, in öliger Lösung auch in Ajoen.
\[\ce{CH2=CH-CH2-S(=O)-CH2-CH(NH2)-COOH + H2O ->[Alliinase] CH2=CH-CH2-SOH + CH3-CO-COOH + NH3}\]
\[\ce{2 CH2=CH-CH2-SOH -> CH2=CH-CH2-S(=O)-S-CH2-CH=CH2 + H2O}\]
Das Gemisch der flüchtigen Sulfide heißt Lauchöl. Es erzeugt den typischen Geruch und trägt die antimikrobielle Wirkung. In der Zwiebel bildet ein zweites Enzym aus der Sulfensäure den Tränenreizstoff Propanthial-S-oxid.
Alliin und Allicin an der Struktur erkennen
Suche zuerst nach einem Aminosäureteil. Danach zählst du Schwefelatome und Allylgruppen \(\ce{CH2=CH-CH2-}\).
- Aminosäure mit \(\ce{-NH2}\) und \(\ce{-COOH}\) (Cysteinteil)
- ein Schwefelatom, als Sulfoxid \(\ce{S=O}\)
- eine Allylgruppe
- \(\ce{CH2=CH-CH2-S(=O)-CH2-CH(NH2)-COOH}\)
- ohne Stickstoff und ohne Säuregruppe
- zwei benachbarte Schwefelatome, nur eines oxidiert: \(\ce{-S(=O)-S-}\)
- zwei Allylgruppen, symmetrisch angeordnet
- \(\ce{CH2=CH-CH2-S(=O)-S-CH2-CH=CH2}\)
Allicin heißt chemisch Diallylthiosulfinat. Fehlt der Sauerstoff an der \(\ce{S-S}\)-Brücke, liegt Diallyldisulfid vor. Anders als die Senföle der Kreuzblütler tragen diese Stoffe keine \(\ce{N=C=S}\)-Gruppe, denn sie stammen aus Cystein statt aus Glucosinolaten.
Arzneipflanzen und Drogen
Drei Allium-Arten sind pharmazeutisch bedeutsam, der Knoblauch mit Abstand am stärksten.
| Pflanze | Droge | Leitstoffe | Wirkung oder Verwendung |
|---|---|---|---|
| Knoblauch (Allium sativum) | Knoblauchpulver (Allii sativi bulbi pulvis) | Alliin, daraus Allicin, Ajoen, Diallyldisulfid | unterstützend bei erhöhten Blutfettwerten, Vorbeugung altersbedingter Gefäßveränderungen, antimikrobiell |
| Küchenzwiebel (Allium cepa) | Zwiebel (Allii cepae bulbus) | Isoalliin, daraus Thiosulfinate und Tränenreizstoff | antibakteriell, bei Appetitlosigkeit |
| Bärlauch (Allium ursinum) | Bärlauchkraut (Allii ursini herba) | Alliin, Methiin | Gewürz- und Volksheilpflanze |
Knoblauch (Allium sativum)
Knoblauch erkennst du an der Zwiebel aus vielen Zehen unter gemeinsamer weißer Hülle. Die Blätter sind flach, schmal und gekielt. Der Schaft trägt eine lang geschnäbelte Spatha. Darin sitzen Brutzwiebeln und nur wenige blassrosa Blüten.
Bentley und Trimen, Medicinal Plants · Robert Bentley und Henry Trimen · gemeinfrei
Die Droge ist das schonend getrocknete Pulver der Zwiebeln. Beim Trocknen bleiben Alliin und Alliinase erhalten. Allicin bildet sich erst, wenn das Pulver feucht wird, etwa im Darm. Ajoen hemmt die Thrombozytenaggregation. In hoher Dosis kann Knoblauch deshalb die Blutungsneigung unter Gerinnungshemmern verstärken.
Küchenzwiebel (Allium cepa)
Die Küchenzwiebel bildet eine einzelne große Zwiebel aus konzentrischen Schuppen, ohne Zehen. Blätter und Schaft sind röhrig hohl. Der Schaft ist im unteren Teil bauchig aufgetrieben und trägt eine kugelige Scheindolde mit grünlich-weißen Blüten. Ihr Isoalliin erklärt die Tränen beim Schneiden.
Bärlauch (Allium ursinum)
Bärlauch wächst im Frühjahr in feuchten, schattigen Laubwäldern. Er weicht vom typischen Lauchbild ab, denn seine Blätter sind breit-lanzettlich und einzeln gestielt. Die Blüten sind weiß und sternförmig. Zerriebene Blätter riechen deutlich nach Knoblauch, weil auch Bärlauch Alliin bildet.
Beim Sammeln droht die Verwechslung mit zwei Giftpflanzen, die zur selben Zeit austreiben. Das Maiglöckchen (Convallaria majalis) enthält herzwirksame Glykoside. Seine meist zwei Blätter entspringen gemeinsam einer Scheide. Die Herbstzeitlose (Colchicum autumnale) enthält Colchicin. Ihre ungestielten, derben Blätter stehen zu mehreren in einer Rosette.
Nach dem ersten zerriebenen Blatt riechen die Finger selbst nach Knoblauch und täuschen bei jedem weiteren Blatt. Sicherer ist der Blick auf den einzelnen Blattstiel jedes Blattes.
Quiz
Aussage 1
Knoblauch überdauert mit einem langen, kriechenden Rhizom.
Knoblauch überdauert mit einer Zwiebel aus gestauchter Sprossachse und fleischigen Blättern, die viele Nebenzwiebeln (Zehen) trägt.
Aussage 2
Bärlauchblätter entspringen einzeln gestielt dem Boden, während die meist zwei Maiglöckchenblätter aus einer gemeinsamen Scheide kommen.
Der einzelne Blattstiel unterscheidet Bärlauch zuverlässiger als die Geruchsprobe vom giftigen Maiglöckchen.
Aussage 3
Das Perigon von Allium-Arten besteht aus sechs Tepalen, die in zwei Kreisen zu je drei stehen.
Die Formel \(P(3+3)\) beschreibt zwei dreizählige Kreise gleichartiger Tepalen, also sechs.
Aussage 4
Der junge Blütenstand von Allium wird bis zum Aufblühen von einer häutigen Spatha umschlossen.
Die Spatha ist eine häutige Hochblattscheide, die beim Aufblühen aufreißt.
Aussage 5
Der Fruchtknoten der Lauchgewächse ist in der Regel unterständig.
Er ist in der Regel oberständig, erkennbar am Strich unter der 3 in \(G(\underline{3})\), und coenokarp aus drei Karpellen.
Aussage 6
In der unverletzten Knoblauchzelle liegen Alliin und Alliinase im selben Kompartiment vor und reagieren ständig miteinander.
Alliin liegt im Cytoplasma, die Alliinase in der Vakuole. Erst beim Zerstören der Zellen kommen sie zusammen und Allicin entsteht.
Aussage 7
Allicin besitzt wie Alliin eine Aminogruppe und eine Carboxylgruppe.
Allicin ist Diallylthiosulfinat \(\ce{CH2=CH-CH2-S(=O)-S-CH2-CH=CH2}\) mit zwei Allylgruppen und ohne Aminosäureteil. Den Cysteinteil trägt nur Alliin.
Aussage 8
Alliin ist eine schwefelhaltige Aminosäure, die im intakten Gewebe geruchlos vorliegt.
Alliin ist S-Allyl-L-cysteinsulfoxid. Der Geruch entsteht erst durch Allicin und Lauchöl nach Verletzung.
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