- miten etanolin kaltainen pieni molekyyli voi olla syynä niin suureen inhimilliseen kurjuuteen?tässä ehdotamme, että selvitämme ylenpalttisen juhlimisen aiheuttamat kemialliset seuraukset.
- 2.1 etanolin metabolia
- etanoli ⇒ asetaldehydi
- asetaldehydi ⇒ etikkahappo
- 2, 2 metaboliset lisämuutokset
- Prof. Klaus Roth
miten etanolin kaltainen pieni molekyyli voi olla syynä niin suureen inhimilliseen kurjuuteen?
tässä ehdotamme, että selvitämme ylenpalttisen juhlimisen aiheuttamat kemialliset seuraukset.
2.1 etanolin metabolia
etanoli (CH3CH2OH) hapettuu maksassa asetaldehydiksi (CH3CHO, etanaali), joka toisessa vaiheessa hapetetaan edelleen etikkahapoksi (CH3COOH, etaanihappo) (viikuna. 2). Etikkahappo hajoaa lopulta hiilidioksidiksi ja vedeksi sitruunahappokierrossa .
prosessissa etanoli tuottaa huomattavan määrän energiaa: 450 kcal/100g, joka on glukoosin (400 kcal/100g) ja rasvan (930 kcal/100g) välinen arvo. Alkoholijuomat on sen vuoksi luokiteltava elintarvikkeiden joukkoon.
kuva 2. Etanolin aineenvaihdunta kehossa.
etanoli ⇒ asetaldehydi
ensimmäisessä vaiheessa etanoli hapetetaan maksan soluissa asetaldehydiksi hapettavana aineena NAD+ (nikotiiniamidiadeniinidinukleotidi). Tätä reaktiota katalysoivat alkoholidehydrogenaasientsyymit (ADH), joita ihmisen elimistössä on monia. Ne ovat kaikki rakenteellisesti hyvin samankaltaisia ja koostuvat aina kahdesta alayksiköstä, joista kumpikin sisältää 374 aminohappoa. Etanolin hapettamiseen soveltuvat α-, β – ja γ-alayksiköt koodataan kromosomissamme 4 kolmeen geeniin, ja ne voidaan halutessaan yhdistää mihin tahansa kuudesta ADH-dimeeristä (αα, ββ, γγ, αγ, βγ). Eri yhdistelmien katalyyttiset toiminnot eroavat toisistaan vain vähän.
lisäksi β-Ja γ-alayksiköistä on olemassa sekalaisia lajikkeita. Β1-alayksiköitä sisältävä ADH hapettaa n. 110 mg etanolia tunnissa ja painokilo, kun taas aasialaisilla yleisempi β2-versio on huomattavasti katalyyttisesti aktiivisempi, 130 mg/kg/h.
alkoholin krooninen väärinkäyttö indusoi korkean tason säätelyä maksasoluissa, joilla on normaalisti toissijainen etanolin hapettumismekanismi: mikrosomaalinen etanolin hapettumisjärjestelmä (Meos). Tällöin syntetisoidaan lisääntyvässä määrin erityistä sytokromi P450-mono-oksigenaasia, joka puolestaan metaboloi etanolia ADH: sta riippumatta. MEOS-reaktiosekvenssissä etanoli hapetetaan suoraan molekyylihapella eli mitokondrioissa ei ole energeettistä kytköstä hengitystieketjuun. Etanolin Meos-hapettumisen kautta vapautuva energia yksinkertaisesti hylätään lämmön muodossa, eikä sitä — toisin kuin” normaalia ” ADH-aineenvaihduntaa-varastoidu kemiallisesti.
tämä on osoitettu vaikuttavasti ihmisillä: kontrolloidussa tutkimuksessa normaali päivittäinen kalorimäärä kaksinkertaistettiin lisäämällä etanolia tai suklaata. Tulos: etanolia käyttämällä kehon painot pysyivät kahden viikon jälkeen ennallaan, mutta suklaata syöneet lihoivat 3 kiloa .
asetaldehydi ⇒ etikkahappo
kaksi aldehydidehydrogenaasia (Aldheja) ovat valmiina etanolin hapettumista varten. Myös nopea hapettuminen on tärkeää, sillä asetaldehydi on myrkyllistä. Aldhit täyttävät tehtävänsä esimerkillisesti: myrkyllinen asetaldehydi hapetetaan vaarattomaksi etikkahapoksi kahta reittiä pitkin: pieni osa hapetetaan maksasoluissa sytosolissa aldehydidehydrogenaasi ALDH1: llä, kun taas pääosa hapetetaan mitokondrioissa ALDH2: lla.
sekä alkoholin että myös asetaldehydin hapettumisessa varsinainen hapettava aine on nad+ (nikotiiniamidiadeniinidinukleotidi). Asetaldehydin pitoisuus veressä jää yleensä alle 2 µmol/L, kun tyypillinen etanolipitoisuus on 5 mmol / l.
kuva 3. Etanolin solunsisäinen metabolia.
jokainen ALDH koostuu neljästä identtisestä alayksiköstä, joissa jokaisessa on 500 aminohappoa, jotka sytosolissa olevan ALDH1: n tapauksessa ovat lokalisoituneet kromosomiin 9, kun taas mitokondrioiden ALDH2 on lokalisoitunut kromosomiin 12. Kahden Aldh: n sekvenssien vastaavuus on vain 68 %, ja niiden katalyyttiset vaikutukset eroavat vastaavasti: ALDH2 mitokondrioista on paljon aktiivisempi kuin aldh1 sytosolista (Fig. 3).
osalla maailman väestöstä, erityisesti Aasiasta tulleilla, esiintyvä epätavallinen alkoholiherkkyys johtuu ALDH2: n muuttumisesta. Toisin kuin eurooppalaiset ja afrikkalaiset, 44% japanilaisista (Tab. 1) on ALDH2-entsyymin variantti niiden maksasolujen mitokondrioissa. Tämä muunnos kantaa nimitystä ALDH2*, jossa glutamiinihappo asemassa 487 on korvattu lysiinillä . Mutaatio on katalyyttisesti inaktiivinen, ja ALDH2* – potilaat pystyvät metaboloimaan asetaldehydiä vain hitaasti käyttämällä vähemmän aktiivista ALDH1-reittiä.
seuraus: muutaman minuutin kuluttua etanolin nauttimisesta niiden veren asetaldehydipitoisuus kasvaa dramaattisesti. Eurooppalaisella (ALDH2), jonka veren alkoholipitoisuus on 0,5‰, veren asetaldehydipitoisuus jää alle 2 µmol/L, kun taas japanilaisella, jonka veren alkoholipitoisuus on ALDH2*, tämä arvo voi olla 35 µmol/L .
Asetaldehydillä on voimakas vasodilatoiva vaikutus, joka aiheuttaa kasvojen punoittamisen eli ”huuhtelun” (flushing syndrome). Samanaikaisesti esiintyy voimakkaita krapulan kaltaisia oireita (päänsärky, vapina, huono olo) .
Taulukko 1. Inaktiivisen aldehydidehydrogenaasin (ALDH2*) esiintyvyys eri etnisissä populaatioissa .
samat oireet havaitaan eurooppalaisilla, joilla on aktiivinen ALDH2, jos entsyymi tukkeutuu. Tämä vaikutus voidaan indusoida halutessa farmaseuttisella valmisteella Antabuse®, joka estää ALDH2: n kokonaan. Tästä johtuva asetaldehydipitoisuuden kohoaminen ja siihen liittyvät vakavat krapulaoireet vaivaavat vieroitusvaiheessa olevia huumeriippuvaisia, jotka saavat hoitoa kaiken alkoholinkäytön jälkeen.
vastaavasti nautittuaan ruokalajin, joka sattuu sisältämään herkkusientä Coprinus atramentarius, joka tunnetaan yleisesti nimellä ”tavallinen mustekorkki” tai ”tipplerin kirous”, tulee seuraavien kolmen päivän ajan ehdottomasti välttää kaikkia alkoholijuomia (viikuna. 4). Muuten vain muutaman minuutin kuluttua kehittyy suuria krapulaoireita, kuten punastelua, sydämentykytystä ja kohonnutta pulssia, päänsärkyä, pahoinvointia, oksentelua, hikoilukohtauksia ja raajojen vapinaa. Erityisen vakavat tapaukset voivat johtaa jopa romahdukseen . Tämä kliininen kuva tunnetaan Coprinus-oireyhtymänä. Se voi jatkua useita tunteja, vaikka toistaiseksi ei ole kirjattu yhtään kuolemantapausta.
.gif)
Kuva 4. Coprinus syndrooma.
Koprinusoireyhtymän syy on huomattavasti kohonnut veren asetaldehydipitoisuus, joka johtuu sienen osasta, joka estää asetaldehydin hapettumisen etikkahapoksi. Havaitut oireet ovat samat kuin alkoholin nauttimisen jälkeen Antabuse-hoidon (disulfiraami) aikana . Syyllinen voi olla kopriini, N5-(1-hydroksisyklopropyyli)-L-glutamiini (2), joka on eristetty tästä sienestä . Viime aikoina on osoitettu, ettei aldehydidehydrogenaasi ALDH2: ta salpaava kopriini itsessään indusoi oireita, vaan pikemminkin yksi sen aineenvaihduntatuotteista, todennäköisesti 1-aminosyklopropanoli (3) tai syklopropanonin hydraatti (4) .
2, 2 metaboliset lisämuutokset
etanoli ja sen hajoaminen — jälkimmäinen etenee katkonopeudella — johtavat fysiologisiin muutoksiin, jotka jatkuvat selvästi päihtymysajan yli. Kemiallisesta näkökulmasta etanoli on kaloripitoinen pelkistävä aine, jonka käsittely ahmaisee huomattavia määriä hapettavaa ainetta NAD+ ja alentaa NAD+/NADH-suhdetta 4:1:stä 2: 1: een. Tämä solun hapetuspotentiaalin alentaminen aiheuttaa massiivisen ja kauaskantoisen muutoksen aineenvaihdunnassa, esim.glukoosisynteesin vähenemisen, maitohapon kertymisen, lipidien tuotannon tehostumisen sekä rasvojen ja proteiinin hajoamisen vähenemisen.
heikentynyt glukoosisynteesi puolestaan alentaa veren sokeripitoisuutta, mistä seuraa yleinen fyysinen heikkous. Jos diabeetikko on tottunut lääkitykseen, se voi aiheuttaa pelätyn hypoglykemian. Sillä välin, maitohapon kertyminen voi laskea veren pH alle 7,36 (asidoosi).
kohonnut rasvahapposynteesi sekä vähentynyt rasva – (rasva) ja proteiiniaineenvaihdunta johtavat rasvan ja proteiinin kertymiseen maksaan. Tämä on palautuva prosessi satunnaisen alkoholin väärinkäytön tapauksessa, mutta kroonisessa tilanteessa se johtaa suoraan ”rasvamaksaan”, joka yhdessä alkoholin aiheuttaman maksan aineenvaihdunnan lisävaurion kanssa voi päättyä maksakirroosiin tai karsinoomaan.
etanolin kulutukseen liittyy kuitenkin muutakin kuin haittoja. HDL-kolesterolin (”hyvä kolesteroli”) pitoisuus plasmassa kasvaa ja veren hyytymiskyky heikkenee. Molemmat tarjoavat suojan sydänkohtauksia ja aivohalvauksia vastaan , mikä voi osaltaan selittää kuolemaan johtavien verenkiertoelinten sairauksien vähäisempää esiintyvyyttä tietyissä Välimeren maissa (Välimeren ruokavalio). Joissakin tapauksissa punaviiniä kuitenkin juodaan siellä niin suuria määriä, että vaikka sepelvaltimotauti ja aivoinfarkti ovat harvinaisempia, maksasairaudet — rasvamaksasta aina karsinoomaan asti — ovat sitäkin yleisempiä.
kuten aina-vapaasti paracelsuksesta sovitettuna-maltillisuus edustanee kultaista keskiarvoa.
-
krapulan kemia-alkoholi ja sen seuraukset Osa 1
► Lue lisää krapulan kemiasta osasta 3
K. Roth, Chem. Unserer Zeit 2005, 39, 348. DOI: 10.1002/ciuz.200590067
yksityiskohdat etanolin ADH-hapetuksen rakenteesta ja katalyyttisestä mekanismista: www.chemie.tu-darmstadt.de/akplenio/moproc/zink/alkoholdehydrogenase / Adh_käynnistä.htm
C. S. Lieber, Uusi-Engl. J. Med. 1973, 288, 356. DOI: 10.1056/NEJM197302152880710
Hsu ym., Proc. Natl. Acad. Sci. 1985, 82, 3771. Linkki
H. W. Goedde, D. P. Argawal, Alcoholism, Pergamon Press, New York 1989.
D. Crabb ym. J. Clin. Sijoittaa. 1989, 83, 314. DOI: 10.1172/JCI113875
T. L. Wall ym. J. Ori. Alkoholi 2000, 61, 13. Linkki
D. Michelot, Natural Toxins 1992, 1, 73. DOI: 10.1002 / nt.2620010203
G. M. Hatfield, J. P. Schaumberg, Lloydia 1975, 38, 489. PMID: 1241098
P. Lindberg ym., Kemiaa. Viestintä. 1975, 946. DOI: 10.1039 / C39750000946
P. Lindberg ym., J. Kem. Soc. Perkin I 1977, 684. DOI: 10.1039 / P19770000684
J. S. W. Wiseman, R. H. Abeles, biokemia 1979, 18, 427. DOI: 10.1021 / bi00570a006
K. Roth, Chem. Unserer Zeit 2004, 38, 426. DOI: 10.1002/ciuz.200490092
Prof. Klaus Roth
Freie Universität Berlin, Saksa.
artikkeli on julkaistu saksaksi:
- kemiaa. Unserer Zeit, 2007, 41, 46-55.
DOI: 10.1002/ciuz.200700409
ja sen on suomentanut W. E. Russey.
muita Klaus Rothin artikkeleita julkaissut ChemViews magazine:
- Espresso-kolmivaiheisessa valmisteessa
Klaus Roth todistaa, ettei mitään kulinaarista mestariteosta voi saavuttaa ilman kemian perustietämystä
DOI: 10.1002/kemv.201000003 - suklaassa — jaloin polymorfismi
Klaus Roth todistaa, että vain kemia pystyy tuottamaan tällaisen taivaallisen mielihyvän
DOI: 10.1002/kemv.201000021 - kuohuviinissä Samppanja & Co
Klaus Roth osoittaa, että vain kemia voi olla tätä pistelyä
DOI: 10.1002/kemv.201000047 - kemistin Fugu-pelossa
Klaus Roth osoittaa kemistin Fugu-tai pallokalan pelon ulottuvan niin pitkälle kuin sen omaleimainen ja kiehtova poisio
DOI: 10.1002/kemv.201000104