@phdthesis{Kollock2007,
  author    = {Kollock, Ronny},
  title     = {Humane Alkoholdehydrogenasen und Aldehyddehydrogenasen : Bedeutung f{\"u}r den Metabolismus von Methylpyrenderivaten und von 5-(Hydroxymethyl)-2-furfural},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-15703},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2007},
  abstract  = {Alkylierte polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (alk-PAK) kommen zusammen mit rein aromatischen polyzyklischen Kohlenwasserstoffen u.a. im Zigarettenrauch, Dieselabgasen sowie einigen Lebensmitteln (z.B. Freilandgem{\"u}se, planzliche {\"O}le und Fette) vor. Benzylische Hydroxylierung und nachfolgende Sulfokonjugation ist ein wichtiger Bioaktivierungsweg f{\"u}r einige alk-PAK. Oxidation der benzylischen Alkohole durch Alkoholdehydrogenasen (ADH) und Aldehyddehydrogenasen (ALDH) zur Carbons{\"a}ure k{\"o}nnte einen wichtigen Detoxifizierungsweg in Konkurrenz zur Aktivierung durch Sulfotransferasen (SULT) darstellen, was f{\"u}r 1-Hydroxymethylpyren in der Ratte bereits gezeigt wurde (Ma, L., Kuhlow, A. \& Glatt, H. (2002). Polycyclic Aromat Compnds 22, 933-946). Durch Hemmung der ADH und/oder ALDH ist eine verst{\"a}rkte Aktivierung zu erwarten, wie in der besagten Studie ebenfalls nachgewiesen wurde. Insbesondere Ethanol kommt in diesem Zusammenhang eine Rolle als m{\"o}glicher Risikofaktor f{\"u}r alk-PAK induzierte Kanzerogenese zu. Menschen konsumieren h{\"a}ufig große Mengen Ethanol und oft besteht eine Koexposition mit alk-PAK (z.B. durch Rauchen). {\"A}hnliches gilt f{\"u}r 5-(Hydroxymethyl)-2-furfural (HMF), einem Pyrolyseprodukt reduzierender Zucker, dem gegen{\"u}ber Menschen in recht hohen Mengen exponiert sind. Auch bei HMF steht der ADH- und ALDH-vermittelte oxidative Metabolismus in Konkurrenz zu einer Aktivierung durch Sulfokonjugation. Um die Bedeutung humaner ADH und ALDH im Metabolismus von alk-PAK und von HMF aufzukl{\"a}ren, wurden alle bekannten humanen ADH sowie die humanen ALDH2 und 3A1 (aus theoretischen {\"U}berlegungen heraus die vielversprechendsten Formen) f{\"u}r kinetische Analysen in Bakterien exprimiert. Als Enzymquelle dienten zytosolische Pr{\"a}parationen und durch Anionenaustauschchromatographie partiell gereinigte Enzyme. In der vorliegenden Arbeit wurde nachgewiesen, dass prim{\"a}re benzylische Alkohole von Methyl- und Dimethylpyrenen gute Substrate humaner ADH sind. Sekund{\"a}re benzylische Alkohole und benzylische Alkohole von alk-PAK mit gr{\"o}ßerem Kohlenwasserstoffgrundger{\"u}st erwiesen sich dagegen als schlechte Substrate. Vier Formen (ADH1C, 2, 3 und 4) wurden n{\"a}her analysiert. Dazu wurden sie partiell gereinigt, prim{\"a}r um die st{\"o}rende endogene Bakterien-ADH zu eliminieren. Alle untersuchten ADH waren in der Lage Pyrenylmethanole zu oxidieren. Insbesondere ADH2 katalysierte die Oxidation der Pyrenylmethanole effizient, aber auch f{\"u}r ADH1C und 4 waren die Pyrenylmethanole gute Substrate. ADH3 oxidierte die Pyrenylmethanole mit geringer katalytischer Effizienz. Die Reduktion der entsprechenden Pyrenaldehyde durch ADH1C, 2 und 4 wurde mit noch h{\"o}herer Effizienz katalysiert als die Oxidation der Pyrenylmethanole, was die Bedeutung von ALDH f{\"u}r die effiziente Detoxifizierung dieser Verbindungen unterstreicht. In einer an diese Arbeit angelehnten Diplomarbeit (Rost, K. (2007). Universit{\"a}t Potsdam, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakult{\"a}t) wurde auch tats{\"a}chlich gezeigt, dass humane ALDH2 aber auch ALDH3A1 in der Lage sind, die Pyrenaldehyde zu Pyrenylcarbons{\"a}uren zu oxidieren. Die bestimmten kinetischen Parameter legen nahe, dass insbesondere ALDH2 von Bedeutung f{\"u}r die Detoxifizierung von Methyl- und Dimethylpyrenen ist. Schon allein auf Grund der an der Detoxifizierung beteiligten Enzyme ist Ethanolaufnahme bei Koexposition mit Pyrenderivaten als Risiokofaktor anzusehen. Es ist wahrscheinlich, dass Ethanol und, nach dessen Oxidation, Acetaldehyd als konkurrierende Substrate die ADH- und ALDH-katalysierte Oxidation von Pyrenylmethanolen bzw. Pyrenaldehyden inhibieren und somit zu einer verst{\"a}rkten SULT-vermittelten Aktivierung der Pyrenylmethanole f{\"u}hren. In der Tat wurde eine effiziente Inhibition der ADH2-katalysierten Oxidation von 1-Hydroxymethylpyren und von 1-(Hydroxymethyl)-8-methylpyren durch physiologisch relevante Ethanolkonzentrationen nachgewiesen. Drei humane ADH (4, 2 und 3), die HMF effizient zum 2,5-Diformylfuran oxidieren k{\"o}nnen, wurden identifiziert. Durch ALDH-katalysierte Weiteroxidation dieser Substanz entsteht schließlich 2,5-Furandicarbons{\"a}ure, die nach HMF-Exposition auch tats{\"a}chlich im menschlichen Urin gefunden wurde (Jellum, E., B{\o}rresen, H. C. \& Eldjarn, L. (1973). Clin Chim Acta 47, 191-201). Weiter wurde gezeigt, dass ALDH3A1, aber auch ALDH2 HMF effizient zur 5-(Hydroxymethyl)-2-furancarbons{\"a}ure (HMFA) oxidieren k{\"o}nnen, ein weiterer nachgewiesener HMF Metabolit in vivo. Dass die ADH-katalysierte Oxidation von HMFA und nachfolgende ALDH-katalysierte Oxidation zur Bildung von 2,5-Furandicarbons{\"a}ure einen nennenswerten Anteil betr{\"a}gt, kann aufgrund der kinetischen Daten f{\"u}r HMFA als Substrat humaner ADH ausgeschlossen werden. Die beobachteten Enzymaktivit{\"a}ten lassen den Schluss zu, dass Ethanolaufnahme zu einer Reduktion des oxidativen HMF Metabolismus f{\"u}hrt und somit eine Aktivierung von HMF durch Sulfokonjugation beg{\"u}nstigt.},
  language  = {de}
}