Biliverdin (vom lateinischen Wort für grüne Galle) ist ein grünes Tetrapyrrol- Gallenfarbstoff und ein Produkt des Häm -Abbaus . [ 1 ] [ 2 ]

Häm B
 
 
 
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2D-Darstellung der chemischen Struktur von Biliverdin.
Biliverdin
 
 
 
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2D-Darstellung der chemischen Struktur von Bilirubin.
Bilirubin

Es handelt sich um das Pigment, das für die manchmal bei Blutergüssen zu sehende grünliche Färbung verantwortlich ist . [ 2 ]

Stoffwechsel

Häm-Stoffwechsel

Biliverdin entsteht durch den Abbau des Häm- Anteils des Hämoglobins in Erythrozyten . Makrophagen bauen alternde Erythrozyten ab und spalten das Häm in Biliverdin und Hämosiderin , wobei Biliverdin normalerweise rasch zu freiem Bilirubin reduziert wird . [ 1 ] [ 3 ]

Biliverdin ist während des Heilungsprozesses von Blutergüssen nachweisbar und für die grüne Farbe eines heilenden Blutergusses verantwortlich. Sein weiterer Abbau zu Bilirubin führt zu einer gelblichen Verfärbung des Blutergusses. [ 2 ]

Rolle bei der Krankheit

Bei Menschen mit Lebererkrankungen wurde Biliverdin in erhöhter Konzentration im Blut nachgewiesen. Gelbsucht entsteht durch die Anreicherung von Biliverdin oder Bilirubin (oder beidem) im Blutkreislauf und im Gewebe. [ 1 ] Gelbfärbung der Haut und der Skleren (des Augenweißes) ist charakteristisch für Leberversagen.

Rolle bei der Behandlung von Krankheiten

Obwohl Biliverdin üblicherweise als bloßes Abfallprodukt des Häm-Abbaus betrachtet wird, mehren sich die Hinweise darauf, dass Biliverdin – und andere Gallenfarbstoffe – eine physiologische Rolle im menschlichen Körper spielen. [ 4 ] [ 5 ]

Gallenfarbstoffe wie Biliverdin besitzen ausgeprägte antimutagene und antioxidative Eigenschaften und könnten daher eine wichtige physiologische Funktion erfüllen. [ 5 ] Biliverdin und Bilirubin sind nachweislich starke Fänger von Hydroperoxylradikalen . [ 4 ] [ 5 ] Sie hemmen außerdem die Wirkung von polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen , heterozyklischen Aminen und Oxidationsmitteln – allesamt Mutagene . Einige Studien haben gezeigt, dass Menschen mit höheren Bilirubin- und Biliverdin-Konzentrationen im Körper seltener an Krebs und Herz-Kreislauf-Erkrankungen erkranken . [ 4 ] Es wird vermutet, dass Biliverdin – wie auch viele andere Tetrapyrrol-Farbstoffe – als HIV-1- Protease-Inhibitor wirken [ 6 ] und positive Effekte bei Asthma haben könnte [ 5 ] , obwohl weitere Forschung erforderlich ist, um diese Ergebnisse zu bestätigen. Derzeit gibt es keine praktischen Hinweise auf eine Anwendung von Biliverdin in der Behandlung von Krankheiten.

Bei nicht-menschlichen Tieren

Biliverdin ist ein wichtiger Pigmentbestandteil von Vogeleierschalen , insbesondere von blauen und grünen. Blaue Eierschalen weisen eine deutlich höhere Biliverdinkonzentration auf als braune Eierschalen. [ 7 ]

Untersuchungen haben gezeigt, dass das Biliverdin der Eierschalen in der Schalendrüse produziert wird und nicht beim Abbau von Erythrozyten im Blutkreislauf entsteht, obwohl es keine Hinweise darauf gibt, dass die Quellen des Materials Tetrapyrrole oder freies Häm aus dem Blutplasma sind.

Neben seinem Vorkommen in Vogeleierschalen wurde Biliverdin in weiteren Studien auch im blaugrünen Blut vieler Meeresfische, im Blut des Tabakschwärmers , in den Flügeln von Motten und Schmetterlingen, im Serum und in den Eiern von Fröschen sowie in der Plazenta von Hunden nachgewiesen. [ 8 ] Bei Hunden kann dies in extrem seltenen Fällen zur Geburt von Welpen mit grünem Fell führen; die grüne Farbe verblasst jedoch kurz nach der Geburt. [ 9 ] Beim Hornhecht ( Belone belone ) und verwandten Arten sind die Knochen aufgrund von Biliverdin leuchtend grün. [ 10 ] Auch die grüne Färbung vieler Heuschrecken und Schmetterlingsraupen ist auf Biliverdin zurückzuführen. [ 11 ]

Biliverdin findet sich auch im grünen Blut, in den Muskeln, Knochen und Schleimhäuten von Skinken der Gattung Prasinohaema , die in Neuguinea vorkommen . Es ist unklar, ob dieses Vorkommen von Biliverdin eine ökologische oder physiologische Anpassung darstellt. Es wurde vermutet, dass die Anreicherung von Biliverdin vor einer schädlichen Infektion mit Plasmodium- Malariaparasiten schützen könnte , obwohl hierfür kein statistisch signifikanter Zusammenhang nachgewiesen werden konnte. [ 12 ] Auch der kambodschanische Frosch, Chiromantis samkosensis , weist dieses Merkmal sowie türkisfarbene Knochen auf. [ 13 ]

In Bakterien

Biliverdin ist das Chromophor, das in Bakteriophytochrom-Photorezeptorproteinen verwendet wird, die in verschiedenen nicht-photosynthetischen Bakterien wie Deinococcus radiodurans und Pseudomonas aeruginosa bekannt sind [ 14 ] .

In der Fluoreszenzbildgebung

Fluoreszierende Proteine ​​visualisieren den Zellzyklus. Die Fluoreszenz von IFP2.0-hGem(1/110) ist grün dargestellt und hebt die S-, G2- und M-Phasen hervor. Die Fluoreszenz von smURFP -hCdtI(30/120) ist rot dargestellt und hebt die G0- und G1 - Phasen hervor.

In einem Komplex mit gentechnisch verändertem bakteriellem Phytochrom wurde Biliverdin als IR-emittierendes Chromophor für die In-vivo-Bildgebung eingesetzt. [ 15 ] [ 16 ] Im Gegensatz zu fluoreszierenden Proteinen , die ihr Chromophor durch posttranslationale Modifikationen der Polypeptidkette bilden , binden Phytochromen einen externen Liganden (in diesem Fall Biliverdin). Die erfolgreiche Bildgebung der ersten auf Bakteriophytochrom basierenden Sonde erforderte daher die Zugabe von exogenem Biliverdin. [ 15 ] Neuere Studien haben gezeigt, dass auf Bakteriophytochrom basierende fluoreszierende Proteine ​​mit hoher Affinität zu Biliverdin in vivo allein mit endogenen Liganden und somit genauso einfach wie herkömmliche fluoreszierende Proteine ​​abgebildet werden können. [ 16 ] Die Entwicklung der zweiten und weiterer Generationen von Biliverdin-bindenden, auf Bakteriophytochrom basierenden Sonden dürfte die Möglichkeiten der nicht-invasiven In-vivo-Bildgebung erweitern.

Aus dem Phycobiliprotein α- Allophycocyanin des Cyanobakteriums Trichodesmium erythraeum wurde eine neue Klasse fluoreszierender Proteine ​​entwickelt und 2016 als kleines ultrarotes fluoreszierendes Protein ( smURFP ) bezeichnet. smURFP lagert das Chromophor Biliverdin autokatalytisch ein , ohne dass ein externes Protein , eine sogenannte Lyase , benötigt wird . [ 17 ] Fluoreszierende Proteine ​​aus Quallen und Korallen benötigen Sauerstoff und produzieren bei der Chromophorbildung eine stöchiometrische Menge Wasserstoffperoxid . [ 18 ] smURFP benötigt weder Sauerstoff noch produziert es Wasserstoffperoxid und verwendet das Chromophor Biliverdin. smURFP besitzt einen hohen Extinktionskoeffizienten (180.000 M⁻¹ cm⁻¹ ) und eine moderate Quantenausbeute (0,20), wodurch seine biophysikalische Helligkeit mit der von eGFP vergleichbar und etwa doppelt so hoch ist wie die der meisten aus Korallen gewonnenen roten oder dunkelroten Fluoreszenzproteine . Die spektralen Eigenschaften von smURFP ähneln denen des organischen Farbstoffs Cy5 . [ 17 ]

Siehe auch

Referenzen

  1. ^ a b c Boron W, Boulpaep E. Medizinische Physiologie: ein zellulärer und molekularer Ansatz, 2005. 984–986. Elsevier Saunders, Vereinigte Staaten. ISBN 1-4160-2328-3
  2. Mosqueda , L.; Burnight, K.; Liao, S. (2005). „Der Lebenszyklus von Blutergüssen bei älteren Erwachsenen“. Journal of the American Geriatrics Society . 53 (8): 1339–1343 . doi : 10.1111 / j.1532-5415.2005.53406.x . PMID 16078959. S2CID 12394659 .  
  3. ^ Seyfried, H; Klicpera, M; Leithner, C; Penner, E (1976). „Bilirubin-Stoffwechsel (Übersetzung des Autors)“. Wiener Klinische Wochenschrift . 88 (15): 477– 82. PMID 793184 . 
  4. ^ a b c Bulmer, AC; Ried, K.; Blanchfield, JT; Wagner, KH (2008). „Die antimutagenen Eigenschaften von Gallenfarbstoffen“. Mutation Research . 658 ( 1–2 ): 28–41 . doi : 10.1016/j.mrrev.2007.05.001 . PMID 17602853 . 
  5. Ohrui , T.; Yasuda, H.; Yamaya, M.; Matsui, T.; Sasaki, H. (2003). „ Vorübergehende Linderung von Asthmasymptomen bei Gelbsucht: eine mögliche positive Rolle von Bilirubin“ . The Tohoku Journal of Experimental Medicine . 199 ( 3): 193–196 . doi : 10.1620/tjem.199.193 . PMID 12703664 . 
  6. ^ McPhee, F.; Caldera, PS; Bemis, GW; McDonagh, AF; Kuntz, ID; Craik, CS (1996). „Gallenfarbstoffe als HIV-1-Proteaseinhibitoren und ihre Wirkung auf die HIV-1-Virusreifung und -Infektiosität in vitro“ . The Biochemical Journal . 320 (Pt 2): 681–686 . doi : 10.1042/bj3200681 . PMC 1217983. PMID 8973584 .  
  7. Halepas , Steven; Hamchand, Randy; Lindeyer, Samuel ED; Brückner, Christian (2017). „Isolierung von Biliverdin IXα als Dimethylester aus Emu-Eierschalen“. Journal of Chemical Education . 94 (10): 1533–1537 . Bibcode : 2017JChEd..94.1533H . doi : 10.1021/acs.jchemed.7b00449 .
  8. ^ Fang, LS; Bada, JL (1990). „Das blaugrüne Blutplasma von Meeresfischen“. Comparative Biochemistry and Physiology B. 97 ( 1): 37–45 . doi : 10.1016/0305-0491(90)90174-R . PMID 2253479 . 
  9. ^ „Diese Welpen wurden mit grünem Fell geboren“ . 13. Juni 2014. Archiviert vom Original am 7. Oktober 2024. Abgerufen am 17. November 2024 .
  10. ^ Jüttner, Frank; Maike Stiesch; Waldemar Ternes (2013). „Biliverdin: das blaugrüne Pigment in den Knochen des Hornhechts (Belone belone) und der Aalmutter (Zoarces viviparus)“ . European Food Research and Technology . 236 (6): 943–953 . doi : 10.1007/s00217-013-1932-y .
  11. ^ Shamim, G.; Ranjan, S.; Pandey, D.; Ramani, R. (2014). „Biochemie und Biosynthese von Insektenpigmenten“ (PDF) . European Journal of Entomology . 111 (2): 155. doi : 10.14411/eje.2014.021 . Abgerufen am 25. Juni 2023 .
  12. Austin , C.; Perkins, S. (2006). „Parasiten in einem Biodiversitäts-Hotspot: Eine Untersuchung von Hämatozoen und eine molekularphylogenetische Analyse von Plasmodium bei Skinken in Neuguinea“ . Journal of Parasitology . 92 (4): 770–777 . doi : 10.1645/GE-693R.1 . PMID 16995395. S2CID 1937837 .  
  13. ^ Lee Grismer, L.; Thy, Neang; Chav, Thou; Holden, Jeremy (2007). „Eine neue Art von Chiromantis Peters 1854 (Anura: Rhacophoridae) aus Phnom Samkos im nordwestlichen Kardamomgebirge, Kambodscha“. Herpetologica . 63 (3): 392–400 . doi : 10.1655/0018-0831(2007)63[392:ANSOCP]2.0.CO;2 . S2CID 84472376 . 
  14. ^ Hughes, Jon; Winkler, Andreas (22.07.2024). „Neue Erkenntnisse zu Phytochromen: Struktur und Funktion im Zusammenhang“ . Annual Review of Plant Biology . 75 (1): 153–183 . doi : 10.1146/annurev-arplant-070623-110636 . ISSN 1543-5008 . 
  15. X. Shu et al. (2009). „ Mammalian expression of infrared fluorescent proteins engineered from a bacterial phytochrome“ . Science . 324 ( 5928): 804–807 . Bibcode : 2009Sci...324..804S . doi : 10.1126 /science.1168683 . PMC 2763207. PMID 19423828 .  
  16. GSFilonov , Piatkevich, Kiryl D., Ting, Li-Min, Zhang, Jinghang, Kim, Kami, Verkhusha, Vladislav V. et al. (2011). „Helles und stabiles Nahinfrarot-Fluoreszenzprotein für die In-vivo-Bildgebung“ . Nat Biotechnol . 29 ( 8 ): 757–761 . doi : 10.1038/nbt.1918 . PMC 3152693. PMID 21765402 .  
  17. ^ a b Rodriguez, Erik A.; Tran, Geraldine N.; Gross, Larry A.; Crisp, Jessica L.; Shu, Xiaokun; Lin, John Y.; Tsien, Roger Y. (2016-08-01). „Ein fernrotes Fluoreszenzprotein, das sich aus einem Phycobiliprotein von Cyanobakterien entwickelt hat“ . Nature Methods . 13 (9): 763–9 . doi : 10.1038/nmeth.3935 . ISSN 1548-7105 . PMC 5007177. PMID 27479328 .   
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