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Lexikon der Biologie: Xenobiotika

Xenobiotika [von *xeno- , griech. biotos = Leben], 1) körperfremde Substanzen, die eine Immunreaktion hervorrufen (z.B. Toxine, Antigene u.a.). 2) für Mikroorganismen, Tiere, Pilze und Pflanzen potentiell giftige Fremdchemikalien, die vom Menschen hergestellt und gezielt oder diffus in die Umwelt freigesetzt werden (Umweltchemikalien), z.B. Pestizide, Lösungsmittel, polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe, polychlorierte Biphenyle, Weichmacher. Die Giftwirkung von Xenobiotika auf Organismen hängt jeweils von mehreren Faktoren ab: Aufnahme und Transport im Organismus, Vorhandensein eines Reaktionspartners (z.B. Metaboliten, Proteine, Membranen), Vorhandensein von Abbaumechanismen. In Tieren ist das Hauptorgan des Xenobiotika-Metabolismus die Leber. Der Abbau der meist lipophilen Substanzen erfolgt in 3 Phasen: 1) Transformation (vor allem durch Oxidation, Reduktion, Hydrolyse, Hydroxylierung; Biotransformation), 2) Konjugation an Glutathion oder Zucker, 3) Exkretion der nun hydrophilen Konjugate über Niere oder Darm. Die einzelnen Schritte werden jeweils durch spezielle Enzyme katalysiert ( vgl. Tab. ). Auch Pflanzen nehmen über die Wurzeln oder Blätter aktiv oder passiv eine Vielzahl von Xenobiotika auf. Diese werden in der Regel anschließend ebenfalls zu unschädlichen Verbindungen um- oder abgebaut und gespeichert. In Pflanzen findet der Metabolismus von Xenobiotika ebenfalls in den 3 genannten Phasen statt, jedoch nicht lokalisiert in einem bestimmten Organ. Einige der in Tieren beteiligten Enzyme findet man auch in Pflanzen, dazu aber auch spezifisch pflanzliche Enzyme ( vgl. Tab. ). Wie in Tieren sind auch in Pflanzen jeweils ganz ähnliche oder verwandte Enzyme am normalen Sekundärstoffwechsel beteiligt, wo sie jedoch meist gänzlich andere Substrate umsetzen. Die Rolle der speziell Xenobiotika-verarbeitenden Enzyme im regulären Stoffwechsel ist dagegen noch relativ unklar. Die funktionelle Ähnlichkeit der jeweiligen Enzyme innerhalb der Pflanzen einerseits und zwischen Pflanzen und Tieren andererseits spiegelt sich auch auf Protein- und DNA-Ebene wider. Viele der pflanzlichen, Xenobiotika-verarbeitenden Enzyme sind konstitutiv (konstitutive Enzyme), manche werden jedoch induziert. Im Fall der gebildeten O-β-D-Glucosid-Konjugate erfolgt oft noch eine zusätzliche O-Malonylierung des Glucosid-Restes, die möglicherweise als Signal für den Transport in die Vakuole oder die Zellwand fungiert (Speicherung). Auch die Glutathion-Konjugate von Xenobiotika werden in Pflanzen und Tieren oft noch weiter modifiziert. Ferner nehmen zahlreiche Pilze aktiv oder passiv Xenobiotika auf und können diese dann zu ungefährlichen Substanzen abbauen. Es ist jedoch bisher noch ungeklärt, ob hiermit ein spezifischer Nutzen für den Pilz verbunden sein kann. Beispiele hierfür sind Lignin-degradierende Weißfäulepilze (Weißfäule) und Mykorrhizapilze (Mykorrhiza), darunter auch zahlreiche Großpilze. Es wird angestrebt, das experimentell demonstrierte Potential dieser Pilze für die Sanierung verschmutzter Böden (Bodensanierung) zu nutzen (z.B. in Industrieanlagen, auf Militärgelände, nach Chemieunfällen oder auf Müll-Deponien). In der Praxis bereitet allerdings die teilweise sehr feste Bindung von Xenobiotika, z.B. Kohlenwasserstoffen, an Bodenpartikel Probleme, da hierdurch der Abbau durch die Pilze verhindert wird. Es müssen also Verfahren entwickelt werden, mit denen die Xenobiotika von Trägermaterialien gelöst und für die Pilze verfügbar gemacht werden können.

M.H..

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