Einführung in die Biotransformation

Biotransformation ist der Prozess, bei dem eine Substanz durch eine chemische Reaktion im Körper von einer Chemikalie in eine andere umgewandelt (transformiert) wird. Metabolismus oder metabolische Umwandlungen sind häufig verwendete Begriffe für den Biotransformationsprozess. Metabolismus ist jedoch manchmal nicht spezifisch für den Umwandlungsprozess, sondern kann auch andere Phasen der Toxikokinetik umfassen.

Abbildung 1. Prozesse der Toxikokinetik
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Bedeutung der Biotransformation

Die Biotransformation ist überlebenswichtig, da sie aufgenommene Nährstoffe (Nahrung, Sauerstoff usw.) in Stoffe umwandelt, die für normale Körperfunktionen benötigt werden. Bei einigen Arzneimitteln ist es ein Metabolit, der therapeutisch wirkt, und nicht der aufgenommene Wirkstoff.

Zum Beispiel wird Phenoxybenzamin, ein Medikament zur Linderung von Bluthochdruck, der durch ein Phäochromozytom, eine Art Tumor, verursacht wird, in einen Metaboliten umgewandelt, der der Wirkstoff ist.

Die Biotransformation dient auch als wichtiger Abwehrmechanismus, da toxische Xenobiotika und Körperabfälle in weniger schädliche Substanzen und Substanzen umgewandelt werden, die aus dem Körper ausgeschieden werden können.

Toxische Substanzen, die lipophil, unpolar und von geringem Molekulargewicht sind, werden leicht durch die Zellmembranen der Haut, des Verdauungstrakts und der Lunge absorbiert. Dieselben chemischen und physikalischen Eigenschaften steuern die Verteilung einer Chemikalie im Körper und ihr Eindringen in Gewebezellen. Lipophile Giftstoffe können vom Körper nur schwer ausgeschieden werden und können sich in gefährlichen Mengen anreichern. Die meisten lipophilen Giftstoffe können jedoch in hydrophile Metaboliten umgewandelt werden, die die Membranen kritischer Zellen weniger leicht durchdringen können. Hydrophile Chemikalien sind für den Körper leichter auszuscheiden als lipophile Stoffe. Die Biotransformation ist daher ein wichtiger Abwehrmechanismus des Körpers.

Glücklicherweise verfügt der menschliche Körper über eine gut entwickelte Fähigkeit zur Biotransformation der meisten Xenobiotika sowie von Körperabfällen.

Wussten Sie das?

Hämoglobin, der sauerstofftragende Eisen-Protein-Komplex in den roten Blutkörperchen, ist ein Beispiel für einen Körperabfall, der ausgeschieden werden muss. Bei der normalen Zerstörung alter roter Blutkörperchen wird Hämoglobin freigesetzt. Bilirubin ist eines von mehreren Hämoglobin-Metaboliten. Wenn der Körper Bilirubin aufgrund von Krankheiten, Medikamenten oder Infektionen nicht über die Leber ausscheiden kann, sammelt sich Bilirubin im Körper an und das Weiße der Augen und der Haut kann gelb erscheinen. Bilirubin ist giftig für das Gehirn von Neugeborenen und kann bei hohen Konzentrationen irreversible Hirnschäden verursachen. Die Biotransformation des lipophilen Bilirubinmoleküls in der Leber führt zur Bildung von wasserlöslichen (hydrophilen) Metaboliten, die mit der Galle ausgeschieden und über die Fäzes eliminiert werden.

Abbildung 2. Menschliches Hämoglobin
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Potenzielle Komplikationen

Der Biotransformationsprozess ist nicht perfekt. Eine Entgiftung findet statt, wenn die Biotransformation zu Metaboliten mit geringerer Toxizität führt. In vielen Fällen sind die Metaboliten jedoch giftiger als die Ausgangssubstanz, ein Prozess, der Bioaktivierung genannt wird. Gelegentlich kann bei der Biotransformation ein ungewöhnlich reaktiver Metabolit entstehen, der mit zellulären Makromolekülen wie der DNA interagieren kann. Dies kann zu sehr schwerwiegenden gesundheitlichen Auswirkungen wie Krebs oder Geburtsschäden führen.

Ein Beispiel ist die Biotransformation von Vinylchlorid in Vinylchloridepoxid, das sich kovalent an DNA und RNA bindet, ein Schritt, der zu Leberkrebs führt.