Oxidativer Metabolismus von Kynurensäure und ihren Analoga

Abstract

In der vorliegenden Arbeit wurde der oxidative Metabolismus der Kynurensäure unter Berücksichtigung enzymatischer wie nicht-enzymatischer Reaktionsschritte untersucht. Hierbei wurde zum einen ein ei nzelliger Modellorganismus, Lingulo-dinium polyedrum, eingesetzt und zum anderen wurden diver-se ch emische Systeme verwendet. Die Bidung von Kynuren-säure wurde bei L. polyedrum anhand zweier Enzyme verfolgt, der L-Kynurenin:2-Oxoglutarat-Aminotransferase und der L-Tryptophan:2-Oxoglutarat-Aminotransferase, ferner durch Mes-sung der Freisetzung ins Medium nach Inkubation der Zellen mit L-Kynurenin. Beide Enzyme zeigen nennenswerte Aktivi-täten und weisen bimodale tagesperiodische Muster auf. Bei Messu ng der Kynurensäure-Freisetzung im Licht liegen die Enzymaktivitäten ca. eine Größenordnung unter d en Frei-setzungsraten, können diese also nicht erklären. Freisetzung und demnach offenbar auch Bild ung sind in hohem Maße lichtabhängig. In belichteten Homogenaten wird die Kynuren-säure-Bildung dur ch CCCP und Paraquat erhöht, durch DCMU erniedrigt. Diese offenkundige Beziehung zur Photo-synthese legt eine Generierung durch Oxidantien aus den Photosystemen nahe. In diesem Zusammenhang konnte e in neuer Stoffwechselweg der Kynurensäure-Synthese aus Ky-nurenin identifiziert werden: Eine unspez ifische Hämoperoxi-dase vermag in Gegenwart von H2O2 Kynurensäure zu bilden. Analog zur Bildung von Kynurensäure aus Kynurenin wurde der Umsatz von 3-Hydroxykynurenin zu Xanthu rensäure bei L. polyedrum untersucht. Auch hier war der Umsatz lichtabhän-gig, doch nicht in dem st arken Maße wie bei der Kynurensäu-re. Neben Xanthurensäure traten in den HPLC-Chromatogram-men mind estens ein, manchmal auch zwei weitere Produkte auf, was mit dem verzweigenden Stoffwechsel in Eink lang steht. Kynurensäure, Indol-3-pyruvat, 4-Hydroxychinolin, Chi-naldinsäure und Xanthurensäure wu rden auf ihre Eigenschaf-ten als Radikalfänger anhand folgender Systeme untersucht: einem Kompetiti onstest mit ABTS, der das Fangen von Hyd-roxylradikalen wiedergibt; einem ABTS-Kationradikal-Reduk- tionstest, der Einelektronentransferreaktionen mit orga-nischen Radikalen reflektiert; einem Hämato xylinautoxida-tionstest, der das Fangen von Superoxidanionen mißt; einem schwach alkalischen H2O2-S ystem, das sich sowohl für Mes-sungen der radikalabhängigen Chemilumineszenz wie auch nachfolgender Produktanalyse eignet. Die Kynurensäure-Vor-stufe Indol-3-pyruvat besitzt eine hinreichend hohe Rea ktivität, um nicht nur Hydroxyl- und ABTS-Kationradikale, sondern auch Superoxidanionen ohne zusätz liche Katalyse zu fangen. Die Chemilumineszenz in Gegenwart der kompetierenden Ra-dikalfänger DMSO und Tiron zeigt, daß zwei Reaktionen ne-beneinander ablaufen. In diesem System ließ sich das Pro-du kt Kynurensäure nachweisen. Kynurensäure erwies sich als Hydroxylradikalfänger, jedoch ohne besonde rs auffällige Reaktivität. ABTS-Kationradikale vermochte die Kynurensäure nur wenig effizient zu fa ngen, desgleichen Superoxidanionen in Abwesenheit eines Katalysators. Die Chemilumineszenz-studien zeigten, daß die Emitterbildung weitgehend von der Interaktion mit Hydroxylradikalen abhängig ist, daß anschlie-ßend jedoch von einem Intermediat Superoxidanionen gefan-gen werden können. Vergleiche mit den Strukturanaloga 4-Hydroxychinolin und Chinaldinsäure ergaben, daß sowohl die Carboxylgrupp e als auch der 4-Hydroxylrest für die Eigen-geschaftten als Radikalfänger und als Luminophoren entsc hei-dend sind. Das weitere Analogon Xanthurensäure zeigte auf-grund der zusätzlichen Hydroxylgruppe eine höhere Reaktivi-tät als Kynurensäure. Sie erwies sich als ein potenter Fän-ger von Hydroxyl- und ABTS-Kationradikalen sowie von Super-oxidanionen. Die Chemilumineszenz bei der Oxidation von Ky nurensäure, 4-Hydroxychinolin, aber mehr noch von Xanthu-rensäure fiel durch ungewöhnlich lange Dau er, verbunden mit langsamen Anstiegen, auf, die die Bildung stabiler Zwischen-produkte nahelegen. F ür die Bildung eines isolierten und wei-teranalysierten Hauptprodukts aus der Kynurensäure-Oxida-ti on wird ein Mechanismus vorgeschlagen, bei dem zwei Hyd-roxylradikale und ein Superoxidanion gefang en sowie ein Stickstoffmonoxid freigesetzt werden. Das Produkt wäre ein 2-Hydroxychromanon bzw. des sen Tautomer 2,4-Dihydroxychro-men. Die antioxidative Wirkung von Kynurensäure wurde, im Vergleich zum indolischen Radikalfänger Melatonin, anhand der Hemmung der 2-Desoxyribose-Destruktion in einem Sys-tem nachgewiesen, das auf der kontinuierlichen Generierung von Hydroxylradikalen durch Belichtu ng von N-Hydroxy-2-pyri-dinthion beruht. Xanthurensäure erwies sich in diesem Sys-tem noch wesentli ch potenter. In einem entsprechenden pho-tokatalytischen System auf der Basis von Aminolävulinsäure (ALA) verhielt sich Kynurensäure jedoch stark prooxidativ. Das prooxidative Verhalten der Kombinat ion von Kynuren-säure und ALA ist von potentieller Bedeutung bei Porphyrien.