chimia mahmurelii-alcoolul și consecințele sale Parte 2

cum poate o moleculă minusculă ca etanolul să fie la baza atâtor suferințe umane?
aici ne propunem să ajungem la fundul consecințelor chimice ale unei nopți de sărbătoare în exces.

2.1 metabolismul etanolului

etanolul (CH3CH2OH) este oxidat în ficat la acetaldehidă (CH3CHO, etanal), care într-o a doua etapă este oxidat în continuare la acid acetic (CH3COOH, acid etanoic) (Fig. 2). Acidul acetic este în cele din urmă descompus în dioxid de carbon și apă în ciclul acidului citric .

în acest proces, etanolul furnizează o cantitate considerabilă de energie: 450 kcal/100g, o valoare între cele ale glucozei (400 kcal/100g) și grăsimilor (930 kcal/100g). Prin urmare, băuturile alcoolice trebuie clasificate printre produsele alimentare.

Figura 2. Metabolismul etanolului în organism.

etanol acetaldehidă

în prima etapă, etanolul este oxidat în celulele ficatului la acetaldehidă, cu nad+ (nicotinamidă adenină dinucleotidă) ca agent oxidant. Această reacție este catalizată de enzimele alcool dehidrogenază (ADH), dintre care corpul uman are multe disponibile. Toate sunt foarte asemănătoare din punct de vedere structural și constau întotdeauna din două subunități, fiecare conținând 374 aminoacizi. Α-, β-și γ – subunități potrivite pentru oxidarea etanolului sunt codificate de trei gene în nostru cromozomul 4, și pot fi combinate după dorință cu oricare dintre șase ADH dimeri (αα, ββ, γγ, αβ, αγ, βγ). Activitățile catalitice ale diferitelor combinații diferă doar ușor.

în plus, există, de asemenea, diverse soiuri ale subunităților de la categoriile de vârstă și de vârstă. ADH care conține subunități de la sec1-frecvente în rândul europenilor-oxidează cca. 110 mg de etanol pe oră și kg de greutate corporală, în timp ce versiunea cu un volum de 130 mg/kg/h, mai frecventă în rândul asiaticilor, este semnificativ mai activă din punct de vedere catalitic, la 130 mg / kg / h.

abuzul cronic de alcool induce reglarea la nivel înalt în celulele hepatice a unui mecanism normal subordonat de oxidare a etanolului: sistemul microzomal de oxidare a etanolului (MEOS). În acest caz, o monooxigenază specială a citocromului P450 este sintetizată într-o măsură crescută, care la rândul său metabolizează etanolul independent de ADH. În secvența de reacție MEOS, etanolul este oxidat direct de oxigenul molecular, adică nu există o cuplare energetică la lanțul respirator din mitocondrii. Energia eliberată prin oxidarea MEOS a etanolului este pur și simplu aruncată sub formă de căldură și — spre deosebire de metabolismul „normal” al ADH — nu este stocată chimic.

acest lucru a fost demonstrat impresionant la oameni: într-un studiu controlat, aportul zilnic normal de calorii a fost dublat cu o cantitate suplimentară de etanol sau ciocolată. Rezultatul: folosind etanol, greutățile corporale după două săptămâni au rămas neschimbate, dar mâncătorii de ciocolată au câștigat 3 kg .

acetaldehidă acid Acetic

două aldehide dehidrogenaze (ALDHs) sunt pregătite pentru oxidarea ulterioară a etanolului. Oxidarea rapidă este importantă, deoarece acetaldehida este toxică. ALDH-urile își îndeplinesc sarcina în mod exemplar: acetaldehida toxică este oxidată în acid acetic inofensiv de-a lungul a două căi: o mică fracțiune este oxidată în celulele hepatice din citosol de aldehidă dehidrogenază ALDH1, în timp ce fracția principală este oxidată în mitocondrii de ALDH2.

în oxidarea atât a alcoolului, cât și a acetaldehidei, NAD+ (nicotinamidă adenină dinucleotidă) este agentul oxidant real. Concentrația în sânge a acetaldehidei rămâne, în general, sub 2 mmol/L, comparativ cu o concentrație tipică de etanol de 5 mmol/L.

Figura 3. Metabolizarea intracelulară a etanolului.

fiecare ALDH este format din patru subunități identice, fiecare cu 500 de aminoacizi, care în cazul ALDH1 — găsit în citosol — este localizat pe cromozomul 9, în timp ce ALDH2 din mitocondrii este localizat pe cromozomul 12. Corespondența secvenței dintre cele două ALDHs este de numai 68 %, iar efectele lor catalitice diferă în consecință: ALDH2 din mitocondrii este mult mai activ decât ALDH1 din citosol (Fig. 3).

sensibilitatea neobișnuită la alcool afișată de o parte a populației lumii, în special a celor din Asia, se datorează unei ALDH2 modificate. Spre deosebire de europeni și africani, 44% dintre japonezi (Tab. 1) au o variantă de enzimă ALDH2 în mitocondriile celulelor hepatice. Această modificare poartă denumirea ALDH2*, unde un acid glutamic la poziția 487 a fost înlocuit cu o lizină . Mutația este inactivă catalitic, iar persoanele cu ALDH2* sunt capabile să metabolizeze acetaldehida doar încet, folosind calea ALDH1 mai puțin activă.

consecința: în câteva minute de la consumul de etanol, concentrația lor de sânge-acetaldehidă crește dramatic. În timp ce pentru un european (ALDH2) cu un conținut de alcool în sânge de 0,5%, nivelul de acetaldehidă în sânge rămâne sub 2%/l, pentru un japonez cu ALDH2*, această valoare poate ajunge la 35%/l .

acetaldehida are un puternic efect vasodilatator, determinând fața să devină roșie sau „flush” (sindromul de înroșire). În același timp, apar simptome violente asemănătoare mahmurelii (dureri de cap, tremurături, senzație de rău) .

Tabelul 1. Prevalența aldehidei dehidrogenazei inactive (ALDH2*) în diferite populații etnice .

simptomele identice sunt observate pentru europenii cu ALDH2 activ dacă enzima devine blocată. Acest efect poate fi indus după bunul plac cu preparatul farmaceutic antabuse XV, un compus care blochează complet ALDH2. Șocul ascendent rezultat în concentrația de acetaldehidă, cu simptomele sale grave de mahmureală însoțitoare, afectează dependenții de droguri în stadiul de retragere care urmează tratament, după orice indulgență în alcool.

în mod similar, după ce savurați un fel de mâncare care se întâmplă să conțină ciuperca Coprinus atramentarius, cunoscută în general sub numele de „capacul comun de cerneală” sau „otrava tippler”, ar trebui să evitați cu strictețe toate băuturile alcoolice în următoarele trei zile (Fig. 4). În caz contrar, după doar câteva minute, se vor dezvolta simptome majore de mahmureală, cum ar fi înroșirea feței, palpitații cardiace și puls crescut, dureri de cap, greață, vărsături, atacuri de transpirație și tremurături ale membrelor. Cazurile deosebit de grave pot duce chiar la colaps . Această imagine clinică este cunoscută sub numele de sindromul Coprinus. Poate persista câteva ore, deși până acum nu au fost înregistrate cazuri de deces.

Figura 4. Sindromul Coprinus.

cauza sindromului Coprinus este o concentrație crescută de sânge-acetaldehidă datorită unei componente a ciupercii care blochează oxidarea acetaldehidei în acid acetic. Simptomele observate sunt identice cu cele observate după consumul de alcool în timpul tratamentului cu Antabuse (disulfiram) . Vinovatul poate fi coprin, N5-(1-hidroxiciclopropil)-L-glutamina (2), care a fost izolată de această ciupercă . S-a demonstrat mai recent că nu coprinul în sine blochează aldehida dehidrogenază ALDH2, inducând astfel simptomele, ci mai degrabă unul dintre metaboliții săi, probabil 1-aminociclopropanol (3) sau hidratul ciclopropanonei (4) .

2.2 modificări metabolice suplimentare

etanolul și degradarea acestuia — acesta din urmă procedând la o viteză amețitoare — duc la modificări fiziologice care persistă mult dincolo de perioada de intoxicare. Din punct de vedere chimic, etanolul este un agent reducător bogat în calorii, a cărui prelucrare înghite cantități considerabile de agent oxidant NAD+ și scade raportul NAD+/NADH de la 4:1 la 2:1. Această scădere a potențialului de oxidare al celulei determină o modificare masivă și de anvergură a metabolismului, de exemplu, o diminuare a sintezei glucozei, acumularea de acid lactic, creșterea producției de lipide și scăderea degradării grăsimilor și proteinelor.

sinteza diminuată a glucozei scade, la rândul său, nivelul zahărului din sânge, rezultând o slăbiciune fizică generală. În cazul unui diabetic obișnuit cu medicația, acest lucru poate produce temuta hipoglicemie. Între timp, acumularea de acid lactic poate scădea pH-ul sângelui sub 7,36 (acidoză).

sinteza crescută a acizilor grași, împreună cu scăderea metabolismului lipidelor (grăsimilor) și proteinelor, conduc la depunerea de grăsimi și proteine în ficat. Acesta este un proces reversibil în cazul abuzului ocazional de alcool, dar într-o situație cronică duce direct la „ficat gras”, care, împreună cu alte leziuni induse de alcool la metabolismul hepatic, se pot termina în ciroză hepatică sau carcinom.

consumul de etanol este supus nu numai dezavantajelor. Concentrația plasmatică a colesterolului HDL („colesterolul bun”) crește, iar capacitatea de coagulare a sângelui scade. Ambele oferă protecție împotriva atacurilor de cord și a accidentului vascular cerebral , ceea ce poate ajuta la explicarea prevalenței mai scăzute a bolilor circulatorii fatale în anumite țări mediteraneene (dieta mediteraneană). Cu toate acestea, în unele cazuri, vinul roșu este consumat acolo în cantități atât de mari încât, deși bolile coronariene și accidentul vascular cerebral sunt mai puțin frecvente, bolile hepatice — de la ficatul gras până la carcinom — sunt cu atât mai frecvente.

ca întotdeauna — adaptat liber de la Paracelsus — moderarea reprezintă probabil mijlocul de aur.

• chimia unei mahmureli-alcoolul și consecințele acestuia 1

► citiți mai multe despre chimia unei mahmureli în partea 3

K. Roth, Chem. Unserer Zeit 2005, 39, 348. DOI: 10.1002 / ciuz.200590067

Detalii privind structura și mecanismul catalitic al oxidării etanolului cu ADH: www.chemie.tu-darmstadt.de/akplenio/moproc/zink/alkoholdehydrogenase / ADH_start.htm

C. S. Lieber, Noua Engl. J. Med. 1973, 288, 356. DOI: 10.1056 / NEJM197302152880710

Hsu și colab., Proc. Natl. Acad. Sci. 1985, 82, 3771. Link

H. W. Goedde, D. P. Argawal, Alcoolism, Pergamon Press, New York 1989.

D. Crabb și colab., J. Clin. Investește. 1989, 83, 314. DOI: 10.1172 / JCI113875

T. L. Wall și colab., J. Armăsar. Alcool 2000, 61, 13. Legătură

D. Michelot, Toxine Naturale 1992, 1, 73. DOI: 10.1002 / nt.2620010203

G. M. Hatfield, J. P. Schaumberg, Lloydia 1975, 38, 489. PMID: 1241098

P. Lindberg și colab., Chem. Comm. 1975, 946. DOI: 10.1039 / C39750000946

P. Lindberg și colab., J. Chem. Soc. Perkin I 1977, 684. DOI: 10.1039 / P19770000684

J. S. Wiseman, R. H. Abeles, Biochimie 1979, 18, 427. DOI: 10.1021 / bi00570a006

K. Roth, Chem. Unserer Zeit 2004, 38, 426. DOI: 10.1002 / ciuz.200490092

Prof. Klaus Roth

Freie Universit Din Berlin, Germania.

articolul a fost publicat în limba germană în:

• Chem. Unserer Zeit, 2007, 41, 46-55.
  DOI: 10.1002 / ciuz.200700409

și a fost tradus de W. E. Russey.

Alte articole ale lui Klaus Roth publicate de revista ChemViews:

• în Espresso — un preparat în trei etape
  Klaus Roth dovedește că nici o capodoperă culinară nu poate fi realizată fără o cunoaștere de bază a chimiei
  DOI: 10.1002/chemv.201000003
• în ciocolată — cel mai nobil polimorfism
  Klaus Roth dovedește că numai chimia este capabilă să producă o astfel de plăcere cerească
  DOI: 10.1002/chemv.201000021
• în vin spumant, șampanie & Co
  Klaus Roth arată că numai chimia poate fi această furnicătură
  DOI: 10.1002/chemv.201000047
• în frica chimistului de Fugu
  Klaus Roth arată frica chimistului de fugu sau pufferfish se extinde până la poezia distinctivă și intrigantă pe care o poartă
  DOI: 10.1002/chemv.201000104