Kjemi Av En Bakrus-Alkohol Og Dens Konsekvenser Del 2

Hvordan kan et lite molekyl som etanol være roten til så mye menneskelig elendighet?
her foreslår vi å komme til bunnen av de kjemiske konsekvensene av en natt med å feire til overmål.

2.1 Etanol Metabolisme

Etanol (CH3CH2OH) oksyderes i leveren til acetaldehyd (CH3CHO, etanal), som i et andre trinn oksyderes videre til eddiksyre (CH3COOH, etansyre) (Fig. 2). Eddiksyre brytes til slutt ned til karbondioksid og vann i sitronsyresyklusen .

i prosessen leverer etanol en betydelig mengde energi: 450 kcal / 100g, en verdi mellom glukose (400 kcal/100g) og fett (930 kcal/100g). Alkoholholdige drikkevarer må derfor klassifiseres blant matvarene.

Figur 2. Etanol metabolisme i kroppen.

Etanol ⇒ Acetaldehyd

i første trinn oksyderes etanol i leverceller til acetaldehyd, MED nad+ (nikotinamid-adenindinukleotid) som oksidasjonsmiddel. Denne reaksjonen katalyseres av alkohol dehydrogenase (ADH) enzymer , hvorav menneskekroppen har mange tilgjengelige. De er alle strukturelt svært like, og består alltid av to underenheter, som hver inneholder 374 aminosyrer. De α-, β-, og γ – underenhetene egnet til etanol oksidasjon er kodet i tre gener i vårt kromosom 4, og kan kombineres du vil med noen av seks ADH dimers (αα, ββ, γγ, αβ, αγ, βγ). De katalytiske aktivitetene til de ulike kombinasjonene varierer bare litt.

i tillegg finnes det også ulike varianter av β og chennais underenheter. ADH som inneholder β 1 underenheter-vanlig Blant Europeere-oksiderer ca. 110 mg etanol per time og kg kroppsvekt, mens den β 2-versjonen, mer vanlig Blant Asiater, er betydelig mer katalytisk aktiv, ved 130 mg / kg / t.

Kronisk misbruk av alkohol induserer høyt nivå regulering i leverceller av en normalt underordnet mekanisme for etanoloksidasjon: det mikrosomale etanoloksideringssystemet (MEOS). I dette tilfellet syntetiseres en spesiell cytokrom p450 monooksygenase i økt grad, som igjen metaboliserer etanol uavhengig av ADH. I MEOS-reaksjonssekvensen oksyderes etanol direkte av molekylært oksygen, dvs. det er ingen energisk kobling til luftveiene i mitokondriene. Energi frigjort GJENNOM MEOS oksidasjon av etanol blir ganske enkelt kassert i form av varme, og — i motsetning til «normal» ADH metabolisme-lagres ikke kjemisk.

dette har blitt demonstrert imponerende hos mennesker: i en kontrollert studie ble det normale daglige kaloriinntaket doblet med en supplerende mengde etanol eller sjokolade. Resultatet: bruk av etanol, kroppsvekter etter to uker forblir uendret, men sjokolade-spisere fikk 3 kg .

Acetaldehyd ⇒ Eddiksyre

to aldehyd dehydrogenaser (ALDHs) står klar for ytterligere oksidasjon av etanol. Hurtig oksidasjon er også viktig, siden acetaldehyd er giftig. ALDHs oppfyller sin oppgave på eksemplarisk måte: giftig acetaldehyd oksyderes til ufarlig eddiksyre langs to veier: en liten brøkdel oksyderes i leverceller i cytosolen ved aldehyd dehydrogenase ALDH1, mens hovedfraksjonen oksyderes I mitokondriene VED ALDH2.

ved oksidasjon av både alkohol og acetaldehyd ER NAD+ (nikotinamid-adenindinukleotid) det faktiske oksidasjonsmidlet. Blodkonsentrasjonen av acetaldehyd forblir vanligvis under 2 µol / L, sammenlignet Med en typisk etanolkonsentrasjon på 5 mmol/L.

Figur 3. Intracellulær metabolisme av etanol.

HVER ALDH består av fire identiske underenheter, hver med 500 aminosyrer, som I TILFELLE ALDH1 — funnet i cytosol — er lokalisert på kromosom 9, MENS ALDH2 fra mitokondriene er lokalisert på kromosom 12. Sekvensen korrespondanse Mellom De To ALDHs er bare 68 %, og deres katalytiske effekter varierer tilsvarende: ALDH2 fra mitokondriene er mye mer aktiv ENN ALDH1 fra cytosol(Fig . 3).

den uvanlige alkoholfølsomheten som vises av en del av verdens befolkning, spesielt De Fra Asia, skyldes EN endret ALDH2. I motsetning Til Europeere og Afrikanere, 44% Av Japansk (Tab. 1) har EN ALDH2 enzymvariant i mitokondriene i deres leverceller. Denne modifikasjonen bærer betegnelsen ALDH2*, hvor en glutaminsyre i posisjon 487 er erstattet av en lysin . Mutasjonen er katalytisk inaktiv, og PERSONER MED ALDH2 * kan bare metabolisere acetaldehyd sakte, ved å bruke DEN mindre aktive ALDH1-ruten.

konsekvensen: innen noen få minutter med etanolforbruk øker blod-acetaldehydkonsentrasjonen dramatisk. For En Europeisk (ALDH2) med et blodalkoholinnhold på 0,5 ‰ forblir blod-acetaldehydnivået under 2 µol/L, for En Japansk med ALDH2*, kan denne verdien nå 35@mol/L .

Acetaldehyd har en kraftig vasodilaterende effekt, noe som får ansiktet til å bli rødt, eller «flush» (flushing syndrom). Samtidig oppstår voldelige bakruslignende symptomer (hodepine, skjelving, følelse av sykdom) .

Tabell 1. Prevalens av inaktiv aldehyd dehydrogenase (ALDH2*) i ulike etniske populasjoner .

de samme symptomene observeres for Europeere med aktiv ALDH2 hvis enzymet blir blokkert. Denne effekten kan induseres etter ønske med det farmasøytiske preparatet Antabuse®, en forbindelse som fullstendig blokkerer ALDH2. Den resulterende oppadgående støt i acetaldehydkonsentrasjon, med tilhørende alvorlige bakrus symptomer, plager narkomaner i tilbaketrekningsstadiet som gjennomgår behandling, etter noen overbærenhet i alkohol.

På Samme måte, etter å ha smakt en tallerken som tilfeldigvis inneholder sopp Coprinus atramentarius, vanligvis kjent som «common ink cap» eller «tippler’ s bane», bør man i de neste tre dagene strengt unngå alle alkoholholdige drikker (Fig. 4). Ellers, etter bare noen få minutter, vil store bakrus symptomer utvikle seg som rødme, hjertebank og forhøyet puls, hodepine, kvalme, oppkast, svetteangrep og skjelving av lemmer. Spesielt alvorlige tilfeller kan til og med føre til sammenbrudd . Dette kliniske bildet er kjent som Coprinus syndrom. Det kan vare i flere timer, men så langt er det ikke registrert dødsfall.

Figur 4. Coprinus syndrom.

Årsaken Til Coprinus syndrom er en kraftig økt blod-acetaldehydkonsentrasjon på grunn av en komponent i sopp som blokkerer oksidasjonen av acetaldehyd til eddiksyre. Symptomene som observeres er identiske med de som er sett etter alkoholinntak under behandling med Antabuse (disulfiram) . Den skyldige kan være coprin, N5 – (1-hydroksycyklopropyl) – L-glutamin (2), som er blitt isolert fra denne soppen . Det har nylig blitt vist at det ikke er koprin selv som blokkerer aldehyd dehydrogenase ALDH2, og derved induserer symptomene, men snarere en av dets metabolitter, sannsynligvis 1-aminocyklopropanol (3) eller hydrat av cyklopropanon (4).

2.2 Ekstra Metabolske Endringer

Etanol og dets nedbrytning — sistnevnte går i halsbrekkende fart — fører til fysiologiske endringer som vedvarer langt utover perioden av rus. Fra et kjemisk synspunkt er etanol et kaloririkt reduksjonsmiddel, hvor behandlingen gir opp betydelige mengder oksidasjonsmiddel NAD+ og senker nad+/NADH-forholdet fra 4: 1 til 2: 1. Denne senkingen av cellens oksidasjonspotensial forårsaker en massiv og vidtgående endring i metabolisme, f.eks. en reduksjon i glukosesyntese, akkumulering av melkesyre, forbedret produksjon av lipider og redusert nedbrytning av fett og protein.

Redusert glukosesyntese senker igjen blodsukkernivået, med resulterende generell fysisk svakhet. I tilfelle av en diabetiker vant til medisiner, kan dette produsere den fryktede hypoglykemi. I mellomtiden kan melkesyreakkumulering redusere pH i blodet under 7,36 (acidose).

Økt fettsyresyntese sammen med redusert lipid (fett) og proteinmetabolisme fører til fett – og proteinavsetning i leveren. Dette er en reversibel prosess ved sporadisk alkoholmisbruk, men i en kronisk situasjon fører det direkte til «fettlever», som sammen med ytterligere alkoholinducert skade på levermetabolisme kan ende i levercirrhose eller karsinom.

Etanolforbruk er imidlertid ikke bare underlagt ulemper. Plasmakonsentrasjonen AV HDL-kolesterol («godt kolesterol») øker, og blodets koagulerende evne avtar. Begge disse gir beskyttelse mot hjerteinfarkt og hjerneslag, noe som kan bidra til å forklare den lavere forekomsten av dødelige sirkulasjonssykdommer i Visse Middelhavsland (Middelhavet diett). I noen tilfeller forbrukes rødvin der i så store mengder at selv om koronar sykdom og hjerneslag er mindre vanlige, er leversykdommer — fra fettlever helt til karsinom — jo mer vanlige.

som alltid — fritt tilpasset Fra Paracelsus — moderasjon representerer trolig den gylne middelvei.

• Kjemi Av Bakrus-Alkohol Og Dens Konsekvenser Del 1

► Les mer om kjemi av en bakrus i del 3

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

Detaljer om strukturen og katalytisk mekanisme for etanol oksidasjon MED ADH: www.chemie.tu-darmstadt.de/akplenio/moproc/zink/alkoholdehydrogenase / ADH_start.htm

C. S. Lieber, Ny Utgave. J. Med. 1973, 288, 356. DOI: 10.1056 / NEJM197302152880710

Hsu et al., Proc. Natl. Acad. Sci. 1985, 82, 3771. Link

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

D. Crabb et al., J. Clin. Investere. 1989, 83, 314. DOI: 10.1172 / JCI113875

T. L. Wall et al. J. Stud. Alkohol 2000, 61, 13. Link

D. Michelot, Naturlige Giftstoffer 1992, 1, 73. DOI: 10.1002 / nt.2620010203

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

P. Lindberg et al., Chem. Kom. 1975, 946. DOI: 10.1039 / C39750000946

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

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

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

Prof. Klaus Roth

Freie Universitetä Berlin, Tyskland.

artikkelen er publisert på tysk i:

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

oversatt av W. E. Russey.

Andre artikler Av Klaus Roth publisert Av ChemViews magazine:

• I Espresso — En Tre-Trinns Forberedelse
  Viser Klaus Roth at ingen kulinarisk mesterverk kan oppnås uten grunnleggende kunnskaper i kjemi
  DOI: 10.1002/chemv.201000003
• I Sjokolade-Den Edleste Polymorfisme
  Klaus Roth beviser bare kjemi er i stand til å produsere en slik himmelsk glede
  DOI: 10.1002/chemv.201000021
• I Musserende Vin Viser Champagne &Co
  Klaus Roth at bare kjemi kan være denne prikken
  DOI: 10.1002/chemv.201000047
• I Kjemikerens Frykt For Fugu
  Klaus Roth viser kjemikerens frykt for fugu eller pufferfish strekker seg så langt som den særegne og spennende poisionen den bærer
  DOI: 10.1002/chemv.201000104