Wat is choline?
Choline [62-49-7], ook bekend als trimethyl(2-hydroxyethyl)ammoniumhydroxide, is een quaternaire ammoniumverbinding met de moleculaire formule C5H15O2N. Het werd voor het eerst geïsoleerd uit varkensgal in 1849 door Stecker en is vervolgens aangetroffen in hersenweefsel.
De chemische structuur van choline kan worden weergegeven als (CH3)3N+CH2CH2OH∙OH–. Vrije choline bestaat in kleine hoeveelheden in biologische materialen. Frequentere vormen zijn fosforylcholine, fosfatidylcholine (lecithine) en acetylcholine.
Inhoudsopgave
Choline speelt een rol in het metabolisme en de synthese van glycine, betaïne, cysteïne, serine, methionine en verschillende andere methylbevattende biologische verbindingen.
Choline heeft vier primaire functies in het lichaam:
- Structurele component: Als fosfatidylcholine (lecithine) en sfingomyeline vormt choline een belangrijk onderdeel van celmembranen.
- Lipotrope stof: Choline voorkomt leververvetting.
- Neurotransmitter: Acetylcholine, een derivaat van choline, fungeert als neurotransmitter.
- Methylgroepdonor: Choline dient als bron van labiele methylgroepen.
Hoewel choline historisch gezien een vitamine wordt genoemd, voldoet het niet strikt aan de definitie vanwege het gebrek aan een functie als enzymatische cofactor. Net als vitaminen speelt choline echter een belangrijke rol in voeding. De dagelijkse inname-aanbevelingen zijn aanzienlijk hoger voor choline vergeleken met vitaminen (zie Tabel 1).
| Bevolking | Categorie | Adequate inname (mg/dag) |
|---|---|---|
| Baby's | 0 – 5 maanden | 125 |
| Baby's | 6 – 11 maanden | 150 |
| Kinderen en adolescenten | 1 – 3 jaar | 200 |
| 4 – 8 jaar | 250 | |
| 9 – 13 jaar | 375 | |
| Mannen (14 – 18 jaar) | 550 | |
| Vrouwen (14 – 18 jaar) | 400 | |
| Volwassenen | Mannen (19 jaar en ouder) | 550 |
| Vrouwen (19 jaar en ouder) | 425 | |
| Zwangerschap | Alle leeftijden | 450 |
| Lactatie | Alle leeftijden | 550 |
De United States Pharmacopeia ontwikkelt monografieën voor cholinechloride en cholinebitartraat voor opname in USP 24-supplementen.
Vette lever en verminderde groeisnelheid zijn de primaire tekenen van cholinetekort bij zich ontwikkelende dieren. Onderzoeken hebben aangetoond dat verschillende soorten, waaronder ratten, muizen en pluimvee, choline nodig hebben voor optimale groei en een gezonde leverfunctie.
Cholinezouten (chloride, diwaterstofcitraat en bitartraat) worden vaak toegevoegd aan diervoeder als voedingssupplement.
1. Eigenschappen van choline
Choline is een basische verbinding met een pKa van 5,06 die koolstofdioxide en waterdamp uit de atmosfeer kan absorberen. Commercieel verkrijgbare choline wordt doorgaans geleverd als oplossingen in methanol of water, met concentraties die over het algemeen niet hoger zijn dan 45% per volume.
Oplosbaarheid:
- Oplosbaar in ethanol
- Licht oplosbaar in aceton en chloroform
- Onoplosbaar in ether, benzeen, tolueen en koolstoftetrachloride
Choline reageert gemakkelijk met zuren om stabiele zouten te vormen. Kristallisatie is echter een uitdaging voor de meeste cholinezouten, behalve de chloride-, bitartraat- en diwaterstofcitraatvormen. Bovendien kan choline reageren met zuren om esters te vormen.
Als quaternair ammoniumhydroxide ondergaat choline zelfontleding bij verhitting. Deze reactie, bekend als de Hofmann-eliminatie, verloopt als volgt:
Het onstabiele vinylalcohol-tussenproduct kan zich ofwel herschikken tot aceetaldehyde of reageren met water om ethyleenglycol te vormen. Acetaldehyde kan verdere aldolcondensatie ondergaan, wat leidt tot gekleurde producten. De vrijgekomen trimethylamine geeft een sterke “visachtige” geur aan de oplossing.
2. Cholinezouten
Choline vormt verschillende zouten met verschillende fysieke en chemische eigenschappen. Hier is een beschrijving van enkele veelvoorkomende cholinezouten:
2.1. Cholinechloride [67-48-1]
- Formule: C5H14ONCl
- Molaire massa: 139,63 g/mol
- Uiterlijk: Een witte, kristallijne vaste stof met een lichte amine-achtige geur en een sterke brakke smaak.
- Oplosbaarheid:
- Het is zeer oplosbaar in water
- Vrij oplosbaar in alcohol
- Licht oplosbaar in aceton en chloroform
- Bijna onoplosbaar in ether en benzeen
- Eigenschappen: Hygroscopisch; ontleedt rond 180 °C.
- pH: neutraal voor lakmoespapier.
2.2. Cholinewaterstoftartraat [87-67-2]
- Formule: C9H19O7N
- Molaire massa: 253,26 g/mol
- Smeltpunt: 149 – 153 °C
- Uiterlijk: wit kristallijn poeder met een zure smaak en een lichte aminegeur.
- Oplosbaarheid:
- Het is zeer oplosbaar in water
- Licht oplosbaar in alcohol
- Bijna onoplosbaar in ether, benzeen en chloroform
- pH: Een 25% waterige oplossing heeft een pH van ongeveer 3,5.
2.3. Cholinediwaterstofcitraat [77-91-8]
- Formule: C11H21O8N
- Molaire massa: 295,30 g/mol
- Smeltpunt: 105 – 107,5 °C
- Uiterlijk: wit korrelig tot fijn kristallijn poeder met een zwakke amine-achtige geur en een zure smaak.
- Oplosbaarheid:
- Hygroscopisch en zeer oplosbaar in water
- Oplosbaar in alcohol
- Bijna onoplosbaar in ether, benzeen en chloroform
- pH: Een 25% waterige oplossing heeft een pH van ongeveer 4,3.
2.4. Cholinebicarbonaat [78-73-9]
- Formule: C6H15NO4
- Molaire massa: 165,2 g/mol
- Uiterlijk: Heldere vloeistof, kleurloos tot lichtgeel, met een karakteristieke amine-achtige geur.
- Oplosbaarheid:
- Het is zeer oplosbaar in water
- Vrij oplosbaar in alcohol
- Licht oplosbaar in benzeen
- pH: De waterige oplossing (75% cholinebicarbonaat) heeft een pH tussen 9,0 en 11,5.
2.5. Cholinegluconaat [608-59-3]
- Formule: C11H25O8N
- Molaire massa: 299,33 g/mol
- Uiterlijk: hygroscopische gele massa.
- Oplosbaarheid:
- Oplosbaar in water
- Licht oplosbaar in ethanol
3. Productie van choline
Choline wordt voornamelijk commercieel geproduceerd door de reactie van trimethylamine, ethyleenoxide en water. Dit proces kan worden aangepast om cholinezouten te produceren door een zuur toe te voegen tijdens de reactie. De productie vindt doorgaans plaats in batch- of continue productieopstellingen.
Er bestaan alternatieve synthesemethoden voor choline, maar deze specifieke reactie blijft het dominante industriële proces vanwege de efficiëntie en schaalbaarheid.
Cholinechloride kan worden geproduceerd door de reactie van trimethylamine met chlorohydrin.
4. Toepassingen van choline
4.1. Dierlijke voeding
Cholinetekort bij gedomesticeerde dieren is goed begrepen en kan effectief worden voorkomen door voedingssupplementen met cholinezouten.
4.2. Menselijke therapieën
Onderzoek naar menselijke voeding verkent het potentieel van choline om verschillende ziekten te verlichten. Hoewel veel onderzoeken zich nog in een vroeg stadium bevinden, bieden ze hoop voor een dieper begrip van de rol van choline in de menselijke gezondheid.
Cholinezouten zoals chloride, waterstoftartraat, diwaterstofcitraat en gluconaat worden therapeutisch gebruikt bij patiënten met levercirrose (niet-fibrotisch stadium). Orale toediening van choline lijkt effectief te zijn bij het omkeren van leververvetting en het stoppen van de progressie van cirrose.
De behandeling bestaat doorgaans uit een vetarm, eiwitrijk en calorierijk dieet aangevuld met vitaminen en choline. Daarnaast kunnen orale cholinezouten worden gebruikt om de aanbevolen dagelijkse inname voor mensen te halen.
4.3. Farmacologische toepassingen
Verschillende cholinederivaten bezitten verschillende farmacologische eigenschappen:
- Acetylcholine wordt gebruikt als vaatverwijder.
- Methacholinechloride functioneert als een parasympathisch stimulerend middel en anti-epinefrinestof.
- Carbamoylcholinechloride verbetert de perifere bloedsomloop bij vasospasmen veroorzaakt door perifere vaataandoeningen.
4.4. Industriële toepassingen
De groeiende vraag naar veilige en effectieve oppervlakteactieve stoffen heeft de aandacht getrokken naar choline in de voedings- en cosmetica-industrie. Acylcholineverbindingen, zoals stearoylcholinechloride, zijn voorgesteld als ingrediënten in haarconditioners.
4.5. Landbouwtoepassingen
Het cholinederivaat chlorocholinechloride wordt in de landbouw gebruikt als plantengroeiregulator, waarbij de compactheid van de plant wordt bevorderd in tegenstelling tot de groeiversnellende effecten van gibberellinezuur. Het wordt gebruikt voor sierplanten zoals kerststerren en azalea’s.
Het wordt ook gebruikt om te voorkomen dat tarwegewassen gaan liggen en door de wind plat worden en in kassen om etiolatie (verlenging door onvoldoende licht) bij tomaten te voorkomen, wat leidt tot eerdere en grotere fruitopbrengsten.
5. Toxicologie van choline
Choline vertoont een lage inherente toxiciteit. Studies hebben aangetoond dat orale toediening van cholinechloride bij ratten resulteerde in een LD50-waarde (letale dosis, 50%) tussen 3-6 gram per kilogram lichaamsgewicht. Vanwege het sterke basische karakter kan choline echter bijtend zijn voor weefsels bij direct contact. Dit vereist voorzorgsmaatregelen om huid- en oogirritatie te voorkomen.
Referenties
- Choline; Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. – https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/14356007.a07_039
- Choline; Present Knowledge in Nutrition, Tenth Edition. – https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/9781119946045.ch26
- Choline; Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology. – https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/0471238961.0308151207090404.a01
- Choline: an essential nutrient for public health. – https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1753-4887.2009.00246.x
