Aktive Sauerstoff- und Stickstoffspezies

Sauerstoffradikale

Sauerstoff stellt ein einzigartiges Element dar, da er zum einen im Grundzustand als Diradikal (Triplettzustand), zum anderen auch im angeregten Singulettzustand vorliegen kann.

Sauerstoffradikale wie beispielsweise das Superoxidradikal .O-2 kommen als Nebenprodukte der Atmungskette, aber auch verschiedener physiologischer Prozesse im menschlichen Körper vor. Um den schädlichen biologischen Effekten vorzubeugen, sind unterschiedliche effektive Abwehrmechanismen aktiv. Dabei stehen auch enzymatische Mechanismen wie die Superoxiddismutase zur Verfügung.

Stickstoffmonoxid

Neben den aktiven Sauerstoffspezies spielen auch aktive Stickstoffspezies eine Rolle, von denen das Stickstoffmonoxidradikal NO. zweifelsohne nicht erst seit der Verleihung des Nobelpreises für die Aufklärung seines wirksamen Prinzips im Mittelpunkt des wissenschaftlichen Interesses steht. Das janusköpfige Molekül übt protektive, regulatorische und zytotoxische Wirkungen aus.

Eine interessante Stoffgruppe mit der Eigenschaft der NO.-Freisetzung sind die NONOate, welche aus der Reaktion von NO. mit Nucleophilen resultieren. Alkylierte NONOate unterscheiden sich in der Halbwertszeit und der Aktivierung der NO.-Freisetzung, welche zwischen 2 Sekunden und 2 Tagen schwankt.

Duchstein beschrieb die Freisetzungskinetik eines idealen NO.-Donors mit der Orientierung

• am tatsächlichen Bedarf,
• am richtigen Ort und
• über den benötigten Zeitraum.

Bemerkenswerte Moleküle sind die in seinem Arbeitskreis untersuchten Vinylpyrrolo-NONOate, welche als Prodrugs einer Bioaktivierung durch Cytochrom P450 bedürfen.

Peroxynitrit

NO. reagiert mit Superoxid zu einer nicht minder reaktiven Verbindung, dem Peroxynitrit (PON), dessen Redoxpotenzial bei physiologischen pH-Werten das des Kaliumpermanganats noch übersteigt. Insbesondere spielen bei der Reaktion der beiden Radikale die Kompartimentierung und die jeweilige Konzentration die entscheidende Rolle.

PON modifiziert alle oxidationsempfindlichen Partialstrukturen; hohe Konzentrationen werden beispielsweise an Nitrotyrosin in den pathologisch veränderten Arealen bei neurodegenerativen Erkrankungen wie Morbus Parkinson gefunden. PON-Scavenger könnten als Arzneistoffe eine wichtige Rolle spielen, da ein detoxifizierendes Enzym PONase bisher nicht nachgewiesen werden konnte.

Auch bei so einfachen Molekülen wie Superoxid und NO. hat die bessere Kenntnis der chemischen Eigenschaften neue Dimensionen für die (Patho-)Biochemie und die pharmazeutisch-medizinische Chemie eröffnet.