Hvad er kemien bag østrogenlignende
forbindelser?
Det svirrer i dagspressen med navne og begreber , der kædes
sammen: østrogenlignende forbindelser, forringet sædkvalitet,
plastblødgørere, nonylphenoler, pesticider, kønsskifte
hos krybdyr og snegle. Er vi alle sammen ved at blive hermafroditter?
Her er tale om et komplekst spørgsmål, som kræver
sammentænkning mellem forskellige discipliner, medicin,
kemi, biologi. Nedenfor ridses nogle af grundelementerne op.
Østrogener
De naturligt forekommende kvindelige kønshormoner er
østradiol, østriol og østron, samlet kaldet
østrogener. Hormoner virker ved at de bindes til receptorer
(se f.eks. Smertekemi1). Når denne binding sker
på den rigtige måde f.eks. i form af østron
eller østradiol (Fig. 1), udløses et respons. Receptoren
stiller store krav til rumlige opbygning hos forbindelsen, der
bindes. Når vi kan sige det skyldes det bl.a. at cholesterol
og testosteron (det mandlige kønshormon) (Fig.1 ) ikke
bindes på trods af at de også tilhører gruppen
af forbindelser med samme steroidkulstofskelet (Fig.2). Omvendt
kan der godt være mindre forskelle. Østron bindes
svagere en østradiol. Østron har en karbonyl-gruppe
(C=O) i stedet for en CHOH gruppe på kulstof C-17.
Klik her for 3D-strukturer
Fig 1.
Østrogenlignende
Hvornår blev man først opmærksom på
at østrogenlignende forbindelser kunne være farlige?
Allerede i 1982 viste en undersøgelse, at drenge født
af kvinder, der havde været behandlet med stoffet DES (diethylstilbestrol)
(Fig.3), havde lave sædtal som voksne.2 Forbindelsen
DES er østrogenlignende og blev givet til 5 mill. kvinder
for at forhindre for tidlig fødsel. DES har også
været anvendt som væksthormon i kvægbruget.3
Fig. 2
Plastblødgørere
Plastblødgørere har været stærkt
fremme i debatten. De anvendes i en række plasttyper, mest
polyvinylchlorid (PVC) men også i andre (det er lidt svært
at sige præcis hvilke, da dette sjældent eller aldrig
oplyses). De almindeligste blødgørere er DEHP (di-2-ethylhexylphthalat)
og DBP (dibutylphthalat).
Klik her for 3D-strukturer
Fig. 3
Phthalaterne er nemme at lave ud fra oxidation af naphthalen og
efterfølgende esterificering af den dannede phthalsyre
og anvendes i meget store mængder. DEHP har lange alkylkæder
og det kædet sammen med benzenringen gør den meget
lidt vandopløselig, men til gengæld fedtopløselig.
Den tilsvarende butylester er tydeligvis mere vandopløselig.
Hvad der i denne sammenhæng er vigtigt er, hvordan de nedbrydes
i naturen og i mennesker, da vi jo ofte ikke kun eksponeres for
forbindelsen selv, men også dens nedbrydningsprodukter.
Phthalaterne er jo estere, og de kan derfor hydrolyseres i to
trin (Fig.4). Monoesteren er tydeligvis mere vandopløselig.
Fig.4
Brugen af blødgjort plast til rør, indpakning osv.
gør, at en del af phthalaterne ender i vores mad eller
f.eks. i donorblod (fra posen) og ofte ad omveje. Kaffefiltre
indpakket i blødgjort plast får ved kontakt med plasten
lidt phthalat overført til overfladen af filtret, der så
ved kaffebrygningen med varmt vand ekstraheres fra filtret og
ender i kaffen.
Når DEHP er næsten uopløseligt i vand, hvordan
kan det så spredes i miljøet? F.eks gennem emulsionsdannelse
(emulsion, tænk på mælk). Denne emulsionsdannelse
kan evt. understøttes af andre forureninger f. eks. fedtstoffer
og proteiner. Phthalaterne er fundet kun at have lidt østrogen
virkning. En mulig større effekt kunne opnås ved
at forbindelserne ophobes i fedtvæv, da de jo som omtalt
er meget lipofile (fedtelskende). Dette synes dog heller ikke
at være tilfældet.
Bisphenol-A
Bisphenol-A (Fig.3) anvendes bl.a. til fremstilling af polycarbonat,
der igen anvendes til fremstilling af klare engangsflasker og
til indvendigt overtræk af dåser. Polycarbonat er
således en polyester på linje med terylene og dacron.
Når engangsflasker steriliseres med damp, hydrolyseres polymeren
til bestanddelene og bisphenol-A kan således findes i flaskens
indhold (Krishnan, 1993)4 i små mængder.
Nonylphenol
Nonylphenol (Fig.3 og Rude 1) anvendes ikke direkte, men fremkommer
ved nedbrydning af alkylphenol-polyethoxylater (Fig. 5). Som alkyl
antyder er det ikke kun nonyl, men f.eks også octylphenoler,
der indgår.
Fig. 5
Alkylphenol-polyethoxylaterne anvendes i stort omfang som tilsætningsstoffer
til vaskemidler, lakker, men er under udfasning i Skandinavien,
Tyskland og Schweiz, men på ingen måde i den øvrige
del af verden, og der fremstilles ca. 300000 tons på årsbasis.5
At fastslå giftvirkningen er en yderst vanskelig proces.
For det første er der jo ikke tale om rene forbindelser,
men om en isomerblanding (Rude 1) og denne kan selvfølgelig
variere fra fabrikat til fabrikat. Det er langt fra en ligetil
sag at analysere denne isomerblanding isoleret fra f.eks. spildevandsslam.
For det andet er det ikke givet at alle isomerene nedbrydes på
samme måde og med samme hast, og endelig kan de enkelte
isomerer have forskellig opløselighed og ikke mindst forskellig
østrogen virkning.
Østrogenteorien halter
Dette var overskriften på en artikel i Ingeniøren
nr. 18 1996.6 Hvorfor nu det? Jo, sagen er at der i
mange madvarer findes naturlige østrogenlignende forbindelser.
Her kan nævnes chrysin (i æbler), quercetin (i løg
og kål) og daidzin (i soya) (Fig.6). Sidstnævnte har
en meget stærk østrogenlignende effekt. Disse forbindelser,
som der vel at mærke er meget af, skulle give en effekt,
der nemt kan være en milliard gange større end fra
den forurening, man ellers er eksponeret for. I samme åndedrag
skal nævnes at disse forbindelser er gode antioxidanter
og anses for vigtigt kosttilskud i forebyggelse af cancer.
Klik her for 3D-strukturer
Fig.6
Fælles for disse forbindelser er at de indeholder
et isocoumarinskelet (Fig.6) her i form af flavoner. I kløver
findes bl.a. flavonen og genistein. Bønderne har længe
vidst, at hvis drægtige får græsser på
marker med for meget kløver, risikerer de at få lam,
der som væddere har problemer med at forplante sig.
QSAR
QSAR (Quantitative Structure and Activity Relationship).
Som allerede antydet er det jo ikke alle forbindelser, der ligner
østrogen, der har en østrogen effekt. Tænk
bare på cholesterol eller testosteron. For at afklare dette
prøver man ved hjælp af sammenligninger mellem struktur
og aktivitet at udpege de vigtige strukturelle elementer. Processen
kaldes QSAR. Se f.eks. Fig.7 Det er tydeligt at forskellen mellem
cholesterol og østrogenerne eller mellem testosteron og
østradiol er at østradiol har en phenolgruppe, hvad
de andre ikke har. En anden vigtig faktor er det elektronegative
atom på C-17. Et kig på stereomodellen i Fig. 8 (måske
kan du se den med det blotte øje ved at fokusere ellers
må du bruge et par stereobriller) viser at strukturen er
flad, fordi ringene B og C (Fig. 2) udgør en transdecalin.
Som allerede nævnt må phenolringen anses for at være
yderst vigtige, og de to oxygener på C-3 og C-17skal være
i en afstand af ca. 9 Å fra hinanden. Spiller ringene B
og C en rolle udover at holde molekylet fladt? Hvad med methylgruppen
på C-13. Her viser en sammenligning med DES (Fig.3), at
der er alkylgrupper på de samme pladser, og DES er mere
effektiv end østradiol, så svaret er nok ja. En sammenligning
af østradiol med genistein viser en god overensstemmelse.
Fig.7
Andre sammenligninger kan nemt laves ved at lægge
overheads af den ene ovenpå den anden.
Afrunding
For at svare på spørgsmålet på forsiden.
Nej, vi er ikke alle sammen ved at blive hermafroditter. Østrogenlignende
forbindelsers indvirkning på kønsorganer og lign.
sker primært i fostertilstanden.7 For at en forbindelse
kan virke, skal det altså påvirke fostret og derfor
indtages af moderen enten aktivt eller passivt, og det skal så
være i stand til at komme frem til og gennemtrænge
placenta (livmoderkagen). På nuværende tidspunkt er
der mange spørgsmål, der stadig er ubesvarede. Phthalater,
bisphenol-A, nonylphenoler og mange andre f.eks sprøjtegifte
synes kun hver for sig at give små effekter, men hvad med
blandinger (synergi)? Det er ved at blive undersøgt.9
Selvom forbindelser ved testning viser østrogeneffekter,
er denne effekt måske ikke tilstede i den menneskelige organisme,
da forbindelserne kan være bundet til andre komponenter
og derfor ikke tilgængelige for hormonreceptoren. Det gælder
iøvrigt også for en stor del for østrogenerne
selv. Her er tale om en kompliceret feedbackmekanisme, som ikke
er fuldt afklaret. Men hvor meget udsættes vi for? Hvordan
transporteres de omtalte stoffer etc. Den analytisk kemiske side
af sagen er et kapitel for sig. En vigtig faktor i opklaringen
af et så kompliceret, tværvidenskabeligt problem er
gode internationale netværk, og der arbejdes på fuld
kraft.
Fig. 8
REFERENCER
- N.E.Foldberg, J.Josephsen og P.E.Hansen, Smertekemi. Skrifter fra Institut for Biologi og Kemi, nr. 5 (1987).
- R.J.Stillman, In utero exposure to diethylstilbestrol: adverse effects on the reproductive tract and reprodutive performance in male and female offspring. Am.J.Obstet.Gynec. 142 (1982) 905.
- Male Reproductive Health and Environmental Chemicals with Estrogenic Effects, Miljøprokt 290 (1995).
- A.V.Krishnan, P.Stathis, S.F.Permuth, L.Tokes og D.Feldman, Bisphenol A: An estrogenic substance is released from polycarbonate flasks during autoclaving. Endocrinology, 132 (1993) 2279.
- T.Breinholt, Ingeniøren, 13.januar 1995.
- T.Breinholt, Ingeniøren, 3.maj 1996.
- T. K. Jensen, Er miljøøstrogener medvirkende årsag til faldende sædkvalitet og stigning i antallet af testikelkræft tilfælde. Dansk Kemi 76, (5) 14 (1991).
- Lone Frederiksen og M.Nielsen, Udvikling af analysemetode til detektion af nonylphenol og nonylphenoxyethylat i slam. Kemirapport, Institut for Biologi og Kemi, RUC, 1996.
- T.Breinholt, Ingeniøren, 26.juli 1996.
- M. F. Vine, Cigarette smoking and semen quality, Fertility and Sterility, 65 (1996) 835.
Denne tekst i serien Kemi for Tiden er skrevet af Poul Erik Hansen, Jens Peter Nielsen
og Morten Langgård, Institut for Biologi og Kemi, RUC.
Løst og fast:
Er man i øvrigt interesseret i at søge kemisk
information på Internettet findes der henvisninger til udvalgte
danske Web-sites på Kemisk Forenings Hjemmeside (http://frederik.ruc.dk/dis/chem/kemfor/kemfor.htm).
Det anbefales at starte med de af Roskilde Universitetsbibliotek
(RUb) eller Danmarks Tekniske Biblioteks Videnscenter (DTV) udvalgte
Internetresourcer. Det grafiske interface kombineret med et udvalg
af hjælpeprogrammer gør det muligt at præsentere
kemisk information på en ny måde, f.eks. 3D-præsentationsform
(wireframe, ball-and-stick, spacefill), og man kan rotere molekylet
om x, y og z akserne. Se også Dansk Kemi, November 1995,
s 10-12 eller http://frederik.ruc.dk/dis/chem/keminet.htm