Benzopyren, C20H12, ist ein polyzyklischer aromatischer Kohlenwasserstoff mit fünf Ringen, der mutagen und hochgradig krebserregend ist. Es handelt sich um einen kristallinen gelben Feststoff. Benzpyren ist ein Produkt unvollständiger Verbrennung bei Temperaturen zwischen 300 und 600 °C. Benzopyren wurde 1933 als der Bestandteil des Steinkohlenteers identifiziert, der für die ersten anerkannten berufsbedingten Krebserkrankungen, die rußigen Warzen (Hodensackkrebs) der Schornsteinfeger im England des 18. Im 19. Jahrhundert wurde bei den Arbeitern der Brennstoffindustrie eine hohe Zahl von Hautkrebsfällen festgestellt. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts wurden bei Labortieren bösartige Hauttumore erzeugt, indem man sie wiederholt mit Steinkohlenteer bestrich.

• 1 Quellen von Benzopyren
• 2 Toxizität von Benzopyren
• 3 Wechselwirkung mit DNA
• 4 Referenzen
• 5 Siehe auch

Quellen von Benzopyren

Benzopyren ist in Steinkohlenteer enthalten, in Autoabgasen (insbesondere von Dieselmotoren), Tabakrauch, Marihuanarauch, Holzrauch und in gegrillten Lebensmitteln. Jüngste Studien haben gezeigt, dass die Benzpyrenkonzentration in verbranntem Toast wesentlich höher ist als früher angenommen, obwohl nicht bewiesen ist, ob verbrannter Toast selbst krebserregend ist.

Toxizität von Benzpyren

Eine große Anzahl von Studien aus den letzten drei Jahrzehnten hat Verbindungen zwischen Benzpyren und Krebserkrankungen dokumentiert. Es war schwieriger, Krebserkrankungen mit bestimmten Benzopyren-Quellen in Verbindung zu bringen, insbesondere beim Menschen, und es war schwierig, die Risiken zu quantifizieren, die von verschiedenen Expositionsmethoden (Einatmen oder Verschlucken) ausgehen. Forscher der Kansas State University entdeckten kürzlich einen Zusammenhang zwischen Vitamin A und Emphysemen bei Rauchern. Als Ursache für den Mangel wurde Benzpyren ermittelt, das bei Ratten einen Vitamin-A-Mangel hervorruft.

Im Jahr 1996 wurde eine Studie veröffentlicht, die den eindeutigen molekularen Nachweis erbrachte, dass Bestandteile des Tabakrauchs mit Lungenkrebs in Verbindung stehen. Das im Tabakrauch enthaltene Benzpyren verursachte nachweislich genetische Schäden in Lungenzellen, die mit den Schäden in der DNA der meisten bösartigen Lungentumore identisch waren.

Eine Studie des National Cancer Institute aus dem Jahr 2001 ergab, dass der Benzpyrengehalt in Lebensmitteln, die auf dem Grill durchgebraten wurden, insbesondere in Steaks, Hühnchen mit Haut und Hamburgern, deutlich höher war. Japanische Wissenschaftler wiesen nach, dass gekochtes Rindfleisch Mutagene enthält, Chemikalien, die die chemische Struktur der DNA verändern können. Die Lebensmittel selbst sind jedoch nicht zwangsläufig krebserregend, selbst wenn sie Spuren von Karzinogenen enthalten, da sich der Magen-Darm-Trakt vor Karzinomen schützt, indem er seine äußere Schicht ständig abstreift. Außerdem haben Entgiftungsenzyme wie die Cytochrome P450 im Darm eine erhöhte Aktivität, da sie sich normalerweise vor Toxinen aus der Nahrung schützen müssen. Daher werden in den meisten Fällen geringe Mengen Benzopyren durch Darmenzyme verstoffwechselt, bevor sie in das Blut übergehen. Die Lunge ist auf keine der beiden Arten geschützt.

Eine neuere Studie hat ergeben, dass Cytochrom P450 1A1 (CYP1A1) und Cytochrom P450 1B1 (CYP1B1) sowohl schützend wirken als auch – verwirrenderweise – für die Benzopyren-Toxizität notwendig sind. Experimente mit Mäusestämmen, bei denen CYP1A1 und CYP1B1 ausgeschaltet wurden (Knockout), zeigen, dass CYP1A1 in erster Linie Säugetiere vor niedrigen Benzopyren-Dosen schützt und dass die Ausschaltung dieses Schutzes die biologische Akkumulation hoher Benzopyren-Konzentrationen bewirkt. Wenn CYP1B1 nicht ebenfalls ausgeschaltet wird, resultiert die Benzopyren-Toxizität aus der Bioaktivierung von Benzopyren zur endgültigen toxischen Verbindung, dem Benzopyren-7,8-dihydrodiol-9,10-epoxid (siehe unten).

Wechselwirkung mit der DNA

Genau genommen ist Benzopyren ein Prokarzinogen, was bedeutet, dass der Mechanismus der Karzinogenese von Benzopyren vom enzymatischen Metabolismus von Benzopyren zum ultimativen Mutagen, dem Benzopyren-Diol-Epoxid, das rechts abgebildet ist, abhängt. Dieses Molekül lagert sich in die DNA ein und bindet sich kovalent an die nukleophilen Guanin-Nukleobasen an der N2-Position. Röntgenkristallographische und kernmagnetische Resonanzstrukturstudien zeigen, dass diese Bindung die DNA verzerrt und durch Störung der doppelhelikalen DNA-Struktur Mutationen hervorruft. Dadurch wird der normale Prozess der DNA-Kopie gestört und Mutationen werden ausgelöst, was das Auftreten von Krebs nach der Exposition erklärt. Dieser Wirkmechanismus ähnelt dem von Aflatoxin, das an die N7-Position von Guanin bindet.

Es gibt Hinweise darauf, dass Benzopyren-Diol-Epoxid spezifisch auf das schützende p53-Gen wirkt. Dieses Gen ist ein Transkriptionsfaktor, der den Zellzyklus reguliert und somit als Tumorsuppressor fungiert. Durch die Induktion von G (Guanin) zu T (Thymidin) Transversionen in Transversions-Hotspots innerhalb von p53 besteht die Wahrscheinlichkeit, dass Benzopyren-Diol-Epoxid die Fähigkeit zur Tumorsuppression in bestimmten Zellen inaktiviert und so zu Krebs führt.

Benzopyren-Diol-Epoxid ist das krebserregende Produkt dreier enzymatischer Reaktionen:

(1) Benzopyren wird zunächst durch Cytochrom P4501A1 oxidiert, um eine Reihe von Produkten zu bilden, darunter (+)Benzopyren-7,8-Epoxid. (2) Dieses Produkt wird durch Epoxidhydrolase metabolisiert, wobei der Epoxidring geöffnet wird und (-)Benzopyren 7,8-Dihydrodiol entsteht. (3) Das endgültige Karzinogen entsteht nach einer weiteren Reaktion mit Cytochrom P4501A1 unter Bildung des (+)Benzopyren-7,8-dihydrodiol-9,10-Epoxids. Dieses Diol-Epoxid bindet sich kovalent an die DNA.

Benzopyren induziert Cytochrom P4501A1 (CYP1A1) durch Bindung an den AHR (Aryl-Kohlenwasserstoff-Rezeptor) im Zytosol. Nach der Bindung transloziert der transformierte Rezeptor in den Zellkern, wo er mit ARNT (aryl hydrocarbon receptor nuclear translocator) dimerisiert und dann Xenobiotic response elements (XREs) in der DNA bindet, die stromaufwärts von bestimmten Genen liegen. Dieser Prozess erhöht die Transkription bestimmter Gene, insbesondere von CYP1A1, gefolgt von einer erhöhten CYP1A1-Proteinproduktion. Dieser Prozess ähnelt der Induktion von CYP1A1 durch bestimmte polychlorierte Biphenyle und Dioxine.

Kürzlich wurde festgestellt, dass Benzopyren ein Transposon, LINE1, beim Menschen aktiviert

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Siehe auch

• Zigarette
• Grill
• Benzol
• Pyren, ein Vierring-Analog