Frank Clemens

Amidrazone als Inhibitoren von Lipoxygenasen

Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades doctor rerum naturalium (Dr. rer. nat.) vorgelegt an der Mathematisch-Naturwissenschaftlich-Technischen Fakultät der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
verteidigt am 13.07.2001

Abstract
Lipoxygenasen sind Nicht-Häm-Eisen-Dioxygenasen, welche den Einbau von Sauerstoff in mehrfach ungesättigte Fettsäuren, die ein oder mehrere cis, cis-1,4-Pentadiensysteme enthalten, katalysieren, was zu den entsprechenden ungesättigten, konjugierten Hydroperoxy-Säuren führt. In Säugern wurden drei verschiedene Lipoxygenase-Haupttypen identifiziert. Im Menschen produzieren diese Isoenzyme unter anderem Leukotriene und Lipoxine, welche als Mediatoren in einer Reihe biologischer Prozesse eine Rolle spielen. Aufgrund der vermuteten Rolle in einer Anzahl pathophysiologischer Prozesse, wie zum Beispiel Asthma, Psoriasis, Krebsmetastasis und Atherosklerose, besteht noch immer ein beträchtliches Interesse an Lipoxygenase-hemmenden Verbindungen.
Verschiedene Verbindungen mit Amidrazonstruktur sind bekannt als potente Inhibitoren der Sojabohnen-Lipoxygenaseaktivität mit IC50-Werten im nanomolaren Konzentrationsbereich. Kürzlich wurde vermutet, daß Phenylhydrazone als irreversible Mechanismus-orientierte Inhibitoren der Lipoxygenasen fungieren. Aufgrund der strukturellen Ähnlicheit zwischen beiden Gruppen wurde angenommen, daß auch die Amidrazone die Lipoxygenase-Reaktion in der gleichen suizidalen Weise beeinflussen.
Zyklisierung der Amidrazon-Struktur zum entsprechenden Triazolin führte zu Verbindungen ohne Substratcharakter. Trotzdem verursachen auch diese Verbindungen eine Inaktivierung des Enzyms. Entgegen dem postulierten Suizidmechanismus konnte die Inhibition der Sojabohnen-Lipoxygenase durch eine Reihe von Amidrazonen und Triazolinen als hochaffine und zeitabhängige Interaktion nach einem Zweischritt-Mechanismus charakterisiert werden.

Lipoxygenases are non heme iron dioxygenases that catalyse the incorporation of dioxygen into polyunsaturated fatty acids containing one or several cis, cis-1,4-pentadiene system to produce conjugated hydroperoxy unsaturated acids. In mammals, three major types of lipoxygenases have been identified. In human these isoenzymes inter alia produce leukotrienes and lipoxines which mediate a number of biological processes. Due to the proposed role in a number of pathophysiological processes such as asthma, psoriasis, cancer metastasis and atherosclerotis there is a considerable interest in compounds inhibiting lipoxygenases.
Several compounds containing amidrazone moiety are known to be potent inhibitors of soybean lipoxygenase activity with IC50-values in the nanomolar range. Recently it was proposed that phenylhydrazones act as irreversible mechanism-based inhibitors of lipoxygenases. Because of the structural similarities between both compounds it was assumed for amidrazones to affect the lipoxygenase reaction in the same suicide manner.
Cyclisation of the amidrazone moiety to the corresponding triazoline should yield compounds without substrate properties. However, triazolines are still able to inactivate the enzyme. In contradiction to the postulated suicide mechanism the inhibition of soybean lipoxygenase by a series of amidrazones and triazolines has been characterised as a slow, tight binding interaction via a two-step mechanism.

Keywords:
Lipoxygenasen; Amidrazone; Triazoline; Phenylhydrazone; Enzymhemmung; Enzymkinetik; slow, tight binding; Peroxide; Suizidmechanismus

lipoxygenases; amidrazones; triazolines; phenylhydrazones; enzyme inhibition; enzyme kinetics; slow, tight binding; peroxides; suicide mechanism

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Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis, Abkürzungsverzeichnis (I-VI)
1. Einleitung (1-3)
2. Zielstellung (3-4)
3. Theoretische Vorbetrachtungen (4-19)
4. Material und Methoden (20-29)
5. Ergebnisse und Diskussion (30-97)
6. Zusammenfassung (98-99)
7. Literaturverzeichnis (100-124)
Anhang