Warum verursacht das Schneiden von Zwiebeln Tränen?

Interessante Frage! Die Ursache für Tränen und Juckreiz sind die Chemikalien, die von der Zwiebel ( Allium cepa ) produziert werden. Lassen Sie uns auf einige Details eingehen.

Zwiebeln aus der Familie der Liliaceae (die auch Knoblauch, Schnittlauch, Frühlingszwiebeln und Lauch enthalten) speichern Verbindungen, die als Aminosäuresulfoxide bekannt sind, und diejenige, über die wir hier sprechen, ist S-1-Propenyl-L-cysteinsulfoxid (abgekürzt als PRENCSO). , auch Isoalliin genannt (aufgrund seiner Ähnlichkeit mit dem in Knoblauch gefundenen Alliin). Wenn eine Zwiebel beschädigt wird (geschnitten, gekaut usw.), wandelt ein Enzym Alliinase PRENCSO in 1-Propenylsulfensäure um. Diese Verbindung wird dann durch ein Enzym Tränenfaktor-Synthase in Propanthial-S-oxid umgewandelt (früher wurde diese Reaktion als spontan angesehen). Die Reaktion sieht so aus:

Propanthial-S-oxid ist die Hauptursache für den Geschmack und das Aroma von Zwiebeln. Es ist jedoch eine flüchtige Verbindung, dh es verdampft sehr schnell. Wenn seine Dämpfe das Auge erreichen, verursacht es Tränen, weil es ein Tränengas ist, dh sobald es mit der Hornhaut in Kontakt kommt, löst es eine Nervenreaktion aus, die zur Aktivierung der Tränendrüsen führt.

PS: Wenn Propanthial-S-oxid mit der Hornhaut in Kontakt kommt, reagiert eine kleine Menge davon mit Wasser zu Schwefelsäure. Diese Schwefelsäure ist die Ursache für Juckreiz und Augenreizungen durch Zwiebeln. Außerdem versuchen Wissenschaftler jetzt, die Produktion des Tränenfaktor-Synthase-Enzyms genetisch entweder zu modifizieren oder zu stoppen, um tränenlose Zwiebeln zu produzieren. Diese (Modifikation) wurde sogar mit hoher Effizienz erreicht, wie in einer anderen Antwort erörtert wird. Die Herstellung von tränenlosen Zwiebeln könnte sich jedoch in mehrfacher Hinsicht als schädlich für die Ernte erweisen, wie hier besprochen .

BEARBEITEN: Wie in den Kommentaren gefragt, werde ich einige Details darüber hinzufügen, wie die Schwefelsäure aus der Reaktion zwischen Propanthial-S-oxid und Wasser hergestellt wird.

Die einzige Quelle, die ich finden konnte, die einige Details dazu enthält, war Marta Corzo-Martínez, 2014 . Sie fassen den vollständigen Weg im folgenden Diagramm zusammen:

Nach Anwendung einiger allgemeiner chemischer Prinzipien stellt sich die betreffende Reaktion als folgende heraus:

$\ce{4~C_3H_6SO~+~4~H_2O \rightarrow 4~C_3H_6O~+~H_2SO_4~+~3~H_2S}$

Wie Sie sehen, ist eines der Hydrolyseprodukte von Propanthial-S-oxid Schwefelwasserstoff ($\ce{H_2S}$). So wie$\ce{H_2SO_4}$,$\ce{H_2S}$verursacht auch Reizungen der Augen (seine Wirkung auf die Augen ist gut dokumentiert, siehe beispielsweise Lambert et al ., 2006 ). So wird das produziert$\ce{H_2S}$erhöht nur die Reizung und den Juckreiz in den Augen, die durch verursacht werden$\ce{H_2SO_4}$.

BONUS: Ein weiterer interessanter Punkt hier ist laufende Nase. Propanthial-S-oxid ist eigentlich die Verbindung, die für den Geruch und Geschmack von Zwiebeln verantwortlich ist. Aber es verursacht Tränen, indem es die Tränendrüsen erregt, dh reflexartige Tränenbildung. Propanethial-S-oxid erregt den Nervus trigeminus (den fünften Hirnnerv) und bewirkt eine Aktivierung der Tränendrüsen. Interessanterweise sind die Nervenenden des Trigeminusnervs zusammen mit den Augen auch in der Nase vorhanden. Diese Verbindung kann also auch die Tränendrüsen Ihrer Nase aktivieren, und da der Tränengang von Auge zu Nase verbunden ist, können Sie auch eine laufende Nase zusammen mit Tränen und Reizungen in den Augen erleben.

Verweise:

• Propanthial-S-oxid | Universität Bristol

• Allin | Wikipedia

• Tränengas | Wikipedia

• Timothy William Lambert, Verona Marie Goodwin, Dennis Stefani, Lisa Strosher, Schwefelwasserstoff ($\ce{H_2S}$) und Sauergaswirkung am Auge. Eine historische Perspektive, Science of The Total Environment, Band 367, Ausgabe 1, 15. August 2006, Seiten 1-22, ISSN 0048-9697, https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2006.01.034

• Enzyklopädie der Wahrnehmung, Band 1 – E. Bruce Goldstein, SAGE, 2010

• Die Neurologie des Tränenflusses – Wie eine Ohrinfektion trockene Augen verursachen kann – von Noelle La Croix, DVM, Dip. ACVO

Dies liegt an einem Tränenmittel, das als Syn-Propanethial-S-Oxid bezeichnet wird.

Der Prozess läuft wie folgt ab:

• Tränenfaktor-Synthase wird in die Luft freigesetzt, wenn wir eine Zwiebel schneiden.

• Das Enzym Synthase wandelt die Aminosäuresulfoxide der Zwiebel in Sulfensäure um.

• Die instabile Sulfensäure lagert sich in syn-Ropanethial-S-oxid um.

• Syn-Propanethial-S-Oxid gelangt in die Luft und kommt mit unseren Augen in Kontakt. Das Gas diffundiert durch die Luft und stimuliert bei Kontakt mit dem Auge sensorische Neuronen, wodurch ein stechendes, schmerzhaftes Gefühl entsteht.

• Die Tränendrüsen werden gereizt und produzieren die Tränen.

  Tränen werden aus den Tränendrüsen freigesetzt, um den Reizstoff zu verdünnen und auszuspülen. In diesem Fall soll es die Wirkung von Schwefelsäure reduzieren, einer Chemikalie, die das Auge schädigen könnte, wäre da nicht der Tränenreflex, der die Schwefelsäure weitgehend unschädlich macht.

So können wir die Tränenproduktion stoppen, indem wir unsere Augen nicht reizen, indem wir die Zwiebeln verwenden, die weniger Reizstoffe produzieren.

Durch eine einzige genetische Transformation in der Zwiebel (Allium cepa), einer Kulturpflanze, die sich der genetischen Transformation widersetzt, unterdrückten wir das Tränenfaktor-Synthase-Gen mithilfe von RNA-Interferenz-Silencing in sechs Pflanzen. Dies reduzierte die träneninduzierende Synthase-Aktivität um das bis zu 1.544-fache, so dass die Zwiebeln bei einer Verletzung signifikant weniger träneninduzierende tränenauslösende Faktoren produzierten.

Quellen: https://www.loc.gov/rr/scitech/mysteries/onion.html

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/18583530