Entgiftung lipophiler Xenobiotika - die Cystein-S-Konjugat-spezifische N-Acetyl-S-Transferase

Kraus, Torsten (2000)
Entgiftung lipophiler Xenobiotika - die Cystein-S-Konjugat-spezifische N-Acetyl-S-Transferase.
Technische Universität Darmstadt
Dissertation, Erstveröffentlichung

Kurzbeschreibung (Abstract)

Lebewesen, wie auch der Mensch, sind in der Natur einer Vielzahl von schädlichen Substanzen ausgesetzt. Zum einen sind Schadsubstanzen natürlichen Ursprungs, zum anderen gelangen sie aufgrund anthropogener Wirkungen in die Biosphäre. Gegenüber organischen niedermolekularen Substanzen, die nicht für das Überleben des Organismus notwendig sind, wurden im Laufe der Evolution Mechanismen entwickelt, eine in den Körper aufgenommene Verbindung auszuschleusen. Häufig handelt es sich dabei um potentiell schädliche Chemikalien. Die Entgiftung lipophiler Fremdsubstanzen (Xenobiotika) kann in drei Phasen unterteilt werden. In der ersten Phase findet eine Funktionalisierung des Substrates statt. Dabei wird eine funktionelle Gruppe enzymatisch auf das Substrat übertragen. In der zweiten Phase wird das funktionalisierte Substrat mit einer endogenen Verbindung, wie z.B. Glutathion, konjugiert. Dadurch wird die Polarität und somit die Hydrophilie des Xenobiotikums erhöht. Dies vermindert das toxische Potential und ermöglicht die Ausscheidung (Phase III). Ein wichtiger Weg, über den lipophile Xenobiotika ausgeschleust werden können, ist der Mercaptursäureweg der Entgiftung. Im ersten Schritt erfolgt die Konjugation mit dem Tripeptid Glutathion. Das Glutathion-Konjugat wird in der Folge schrittweise enzymatisch zu einem Cystein-S -Konjugat hydrolysiert. Das Cystein-S -Konjugat ist das Substrat für die membrangebundene N ?Acetyl-S -Transferase (NAcT, EC 2.3.1.80), die Gegenstand der Untersuchungen dieser Arbeit ist. Das Cystein-S -Konjugat wird meist in der Niere acetyliert und über den Urin ausgeschieden. Es entsteht ein N ?Acetyl?Cystein?S ?Konjugat, das auch als Mercaptursäure bezeichnet wird. Viele technisch wichtige Substanzen gehören der Stoffklasse der Haloalkane oder Haloalkene an, die über den Mercaptursäureweg entgiftet werden. Dabei können aufgrund von Konkurrenzreaktionen (z. B. katalysiert durch b-Lyase) toxische und cancerogene Metabolite entstehen. Die Toxizität einer Verbindung ist somit ein Maß für das Gleichgewicht, das zwischen der Acetylierung und den Konkurrenzreaktionen besteht. Für Haloalkane bzw. Haloalkene ist deshalb die Kenntnis der kinetischen Konstanten Km und Vmax dieser Reaktionen von Bedeutung. Im Rahmen der Arbeit wurden die kinetischen Konstanten der N ?Acetylierung für verschiedene Haloalkyl- und Haloalkenyl-Cystein-S ?Konjugaten (von Dr. M. W. Anders, Rochester, NY zur Verfügung gestellt) bestimmt. Dazu wurde ein quantitativ auswertbarer, radioaktiver Aktiviätstest etabliert. Das Teilreinigungverfahren für die NAcT aus der Niere wurde optimiert und konkurrierende Enzymaktivitäten (Deacetylase, Acetyl-CoA Hydrolase) konnten vollständig, bzw. fast vollständig abgetrennt werden. Aus einer früheren Arbeit [Aigner, 1995] lagen Phagenklone vor, die bei Durchmusterung einer cDNA-Expressionsbank mit einem gegen NAcT-spezifischen Antikörper erhalten worden waren. Die DNA-Sequenzen dieser Klone wurden im Rahmen der vorliegenden Arbeit ermittelt. Gemeinsame Merkmale aller cDNA-Insertionen ist die Übereinstimmung mit Proteinen, die über eine ATP-Bindestelle verfügen und an DNA binden.

Typ des Eintrags:

Dissertation

Erschienen:

2000

Autor(en):

Kraus, Torsten

Art des Eintrags:

Erstveröffentlichung

Titel:

Entgiftung lipophiler Xenobiotika - die Cystein-S-Konjugat-spezifische N-Acetyl-S-Transferase

Sprache:

Deutsch

Referenten:

Gassen, Prof. Dr. H. G. ; Dencher, Prof. Dr. N. A.

Berater:

Wolf, Dr. Sabine

Publikationsjahr:

23 Juni 2000

Ort:

Darmstadt

Verlag:

Technische Universität

Datum der mündlichen Prüfung:

7 Februar 2000

URL / URN:

urn:nbn:de:tuda-tuprints-587

Kurzbeschreibung (Abstract):

Alternatives oder übersetztes Abstract:

Alternatives Abstract

Sprache

All life forms, including human beings, are subjected to numerous harmful substances. Some of these harmful substances are of natural origin, whereas others enter the biosphere because of their anthropogenic effect. Against organic lower molecular substances that are not vital for the survival of the organism, there have developed mechanisms in the course of the evolution that exclude substances absorbed by the body. Very often, these substances are potentially harmful chemicals. The detoxication of lipophile foreign substances (xenobiotics) can be divided into three phases. In the first phase, a functionalisation of the substrate takes place through the enzymatic transmitting of a functional group to the substrate. In the second phase, the functionalised substrate is conjugated with an endogen substance, as for example glutathion. This heightens the polarity and thus the hydrophilicity of the xenobiotic, which reduces the toxic potential and facilitates the excretion (phase III). An important way by which lipophile xenobiotics can be excreted, is the mercapturic acid pathway of detoxicitation. In a first step, the conjugation with the tripeptid glutathion takes place. In the following steps, the glutathion-conjugate is hydrolysed enzymatically to a cystein-S-conjugate. The cystein-S-conjugate is the substrate for the membrane bound N-acetyl-S-transferase (NAcT, EC 2.3.1.80), which is the subject of this thesis. In most cases, the cystein-S-conjugate is acetylated in the kidney and excreted with the urine. A N-acetyl-cystein-S-conjugate develops, that is also called mercapturic acid. Many technically important substances belong to the substance class of the haloalkanes and haloalkenes which are detoxicated through the mercapturic acid pathway. During this reaction, toxic and cancerogenic metabolites can develop because of competitive reactions (for example catalysed by beta-lyase). The toxicity of a subtstance is thus a measure for the balance between the acetylation and the opposed reaction. For haloalkenes and haloalkanes, the knowledge of the kinetic constants Km and Vmax of these reactions is therefore of importance. This thesis includes the determination of the kinetic constants of the N-acetylation for various haloalkyle- and haloalkenyle-cystein-S-conjugates (provided by Dr. M. W. Anders, Rochester, NY). Therefore, a quantitative, radioactive activity test was established. A partial purification method for NAcT was optimised and competing enzyme activities (deacetylase, acetyl-CoA hydrolase) could be completely - respectively almost completely - be detached. From a previous work [Aigner, 1995], there were phage clones available, that had been obtained through the screening of a cDNA-expression bank with an antibody against NAcT. The DNA sequence of these clones was determined in the course of this thesis. A characteristic that all cDNA insertions have in common is the correspondance with proteins that dispose of an ATP-binding site and bind with DNA.

Englisch

Freie Schlagworte:

Cystein-S-Konjugate, Mercaptursäuren, Mercaptursäureweg

Sachgruppe der Dewey Dezimalklassifikatin (DDC):

500 Naturwissenschaften und Mathematik > 540 Chemie

Fachbereich(e)/-gebiet(e):

07 Fachbereich Chemie

Hinterlegungsdatum:

17 Okt 2008 09:20

Letzte Änderung:

05 Mär 2013 09:24

PPN: