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Toxikokinetik - Aufnahme, Verteilung und Speicherung von Fremdstoffen

Proteinbindung von Fremdstoffen

Fremdstoffe können im Blut an Plasmaproteine gebunden werden. Menschliches Blut enthält etwa 65 bis 85 g/L Protein. Mengenmäßig überwiegt das Transportprotein Albumin mit etwa 35 bis 50 g/L (ca. 50 % des Gesamtproteingehaltes des Plasmas).

Weitere Gruppen sind die Proteine des Blutgerinnungssystems, die Immunglobuline, Proteaseinhibitoren, Lipoproteine und Proteine des Komplementsystems. Neben dem Serum-Albumin sind die Lipoproteine (LDL, VLDL, HDL, ca. 15 % des Gesamtproteingehaltes) und das saure a1–Glycoprotein (ca. 1% des Gesamtproteingehaltes) für die Bindung von Fremdstoffmolekülen verantwortlich.

Für Stoffe mit geringer Wasserlöslichkeit stellen die Proteine geeignete Vehikel in dem wässrigen Milieu des Blutes dar, um in Gewebe zu gelangen.

Die Bindung von (endogenen und) exogenen Substanzen an die Serumproteine ist reversibel und nicht-kovalenter Natur. Vier Bindungsinteraktionen spielen eine Rolle:

  • Ionenbindung
  • hydrophobe Interaktionen
  • Wasserstoff-Brückenbindung
  • van der Waals-Kräfte

Die Stärke der Wechselwirkung wird von der Struktur des Fremdstoffmoleküls bestimmt. Lipophile Stoffe wie DDT oder PCBs können an Lipoproteine und vor allem Albumin binden. Zahlreiche unter den pH-Verhältnissen des Blutes (pH zwischen 7,0 und 7,5) Ladung tragende Stoffe binden an Albumin, welches bei seinem isoelektrischen Punkt von pH 5 im Blutplasma eine negative Gesamtladung trägt.

Die Bindung von Stoffen an Plasmaproteine hat folgende Konsequenzen:

  • Die Konzentration des freien Stoffes im Plasma ist reduziert.
  • Der Übergang eines Stoffes aus dem Blut in ein Gewebe ist eingeschränkt. Nur der freie Anteil des Stoffes, der mit der proteingebundenen Form im Gleichgewicht steht, kann in ein Gewebe diffundieren. Der proteingebundene Anteil kann nicht in das Gewebe gelangen, da die Transportproteine Kapillaren nicht verlassen können.
  • Die Biotransformation und die Ausscheidung eines Fremdstoffes wird verzögert. Die Halbwertzeit des Stoffes wird somit verlängert.
  • Die Bindung an Proteine ist sättigbar. Die proteingebundene Form ist in der Regel biologisch unwirksam. Ist die Proteinbindung abgesättigt, wird jede zusätzliche Fremdstoffaufnahme zur Steigerung der Blutkonzentration von biologisch aktiven Molekülen führen, die toxische Effekte auslösen können.
  • Verschiedene Stoffe können um die Bindungsstellen an Plasmaproteinen konkurrieren. Befinden sich mehrere biologisch (toxisch) wirksame Stoffe in der Blutbahn, die um die gleichen Bindungsstellen an den Proteinen konkurrieren, können sie sich gegenseitig in ihrer Wirkstärke und –dauer beeinflussen. Dies spielt vor allem in der Arzneimitteltherapie eine große Rolle.
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