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Tutorial MenueChemie für MedizinerLerneinheit 15 von 19

Chemie für Mediziner: Carbonyl-Verbindungen

Chinoide Systeme

Chinone enthalten zwei C=O-Gruppen die in einem Sechsring durch konjugierte Doppelbindungen verbunden sind. Die C=O-Gruppen können in Para- oder in Ortho-Stellung zueinander stehen. Chinone weisen keine Aromatizität mehr auf, sondern man spricht von einem chinoiden System.

Abb.1
1,4-Benzochinon (para-Chinon)
Abb.2
1,2-Benzochinon (ortho-Chinon)
Abb.3
Anthrachinon
Abb.4
4-Cyclopenten-1,3-dion (kein Chinon)

Die C=O-Gruppen der Chinone lassen sich leicht wieder zu OH-Gruppen reduzieren (reversible Reaktionen). Das Redoxpotential einer Verbindung hängt von deren Substituenten ab. Fehlen die konjugierten Doppelbindungen oder ist der Ring kleiner, liegt kein chinoides System vor.

Chinoide Systeme in der Natur

In der Zelle wird das chinoide Strukturmerkmal z.B. von Ubichinonen als Redox-System in der Atmungskette genutzt.

Die mit den Ubichinonen strukturverwandten Plastochinone (PQ) und das pflanzliche Vitamin K1 (Phyllochinon) sind Bestandteil des Elektronen- und Wasserstoff-Transports im Photosynthese-Komplex.

Im menschlichen Organismus übernimmt das Vitamin K eine wichtige Funktion in der Aktivierung von Proteinen: Bei der Glutamyl-Carboxylierung ist es ein essentieller Cofaktor der Carboxylierung der C-4-Position von Glutaminsäure-Resten. Das Hydrochinon-System des reduzierten Vitamin K fungiert hierbei als Reaktionspartner für molekularen Sauerstoff unter Bildung eines Vitamin K-Epoxids.

Abb.5
Vitamin K
Abb.6
Emodin

Anthrachinon-Derivate sind eine weit verbreitete Naturstoffklasse. Emodin z.B. wird von verschiedenen Schimmelpilzen und höheren Pflanzen gebildet (Rhabarber, Sauerampfer, Faulbaumrinde). Es wirkt stark abführend und ist Inhaltsstoff verschiedener pflanzlicher Abführmittel. Wegen toxischer Nebeneffekte - u.a. Schädigung der Darmwand, Förderung von Blutungen - ist insbesondere der längerfristige therapeutische Einsatz abführender, Anthrachinon-haltiger Präparate umstritten.

Chinoide Systeme und Tumorentstehung

Viele Chinone sind als α,β-ungesättigte Carbonyl-Verbindungen zur Michael-Addition von Nucleophilen befähigt. Sie können daher, zumindest in vitro, DNA-, RNA- oder Enzym-Addukte bilden. DNA-Addukte können im Zusammenhang mit weiteren Zellveränderungen zum Entstehen einer Krebszelle führen.

Bei der Oxidation eines Hydrochinon-Systems zum entsprechenden Chinon können die abgegebenen Elektronen zur Bildung von Superoxid-Radikalen (O2-•) und anderer reaktiver Sauerstoff-Spezies (ROS) führen. Auch die ROS werden mit der Entstehung von Tumoren in Verbindung gebracht. Das antioxidative Schutzsystem übernimmt die Aufgabe, diese ROS unschädlich zu machen.

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