Bernhard Peter
Tödliche Samen (2): Paternostererbse

Woher kommt Abrin?
Abrin ist das Gift der Paternostererbse (Abrus precatorius) aus der Familie der Schmetterlingsblütler (Fabaceae). Ursprünglich war die Pflanze in Indien beheimatet, mittlerweile ist sie in den gesamten Tropen anzutreffen. Bei uns wird sie vereinzelt als Zimmerpflanze angeboten. Die Pflanze ist ein ausdauernder, schöner Kletterstrauch und besitzt Ranken mit gefiederten Blättern. Die knallroten Samen sind etwa 5 mm groß und besitzen einen schwarzen Nabelfleck. Eine besondere Gefahr stellt die Verwendung dieser Samen in Schmuckketten z. B. aus Asien oder Afrika dar.

Wie giftig ist Abrin?
Die Paternostererbse enthält ca 0,075-0.080 % Abrin in den Samen. Abrin ist dabei kein Reinstoff, sondern ein Sammelbegriff für 4 Isotoxine. Abrin setzt sich aus vier verschiedenen Komponenten zusammen, die als Abrin A, Abrin B, Abrin C und Abrin D bezeichnet werden. Abrin A ist die giftigste der vier Verbindungen. Abrin A gehört wie auch Ricin zu den stärksten biogenen Giften und zu den toxischsten Eiweißkörpern überhaupt. Es wird nicht durch Verdauungsenzyme zerstört und es ist auch für ein Eiweiß ziemlich hitzestabil. Trotz seiner Molekülgröße wird es rasch im Darm aufgenommen. Für den Menschen ist die tödliche Dosis ca. 1 mg/kg Körpergewicht (die LD50-Werte für Mäuse liegen mit ca 10 µg/kg oral noch viel niedriger).

Abrin A - ein Lektin
Es handelt sich um ein Lektin. Ein Lektin ist ein Glykoprotein, ein Eiweißkörper, der mit Zuckerresten versehen ist. Grundgerüst ist ein Protein, das aus zwei separaten Aminosäureketten besteht. Zur Lektin-Eigenschaft gehört noch dazu, daß das Gift eine spezifische Affinität zu bestimmten Monosaccharid-, Aminozucker-, Uronsäure- oder Oligosaccharidresten hat und nebenvalente Wechselwirkungen zu Oberflächen wie Zellmembranen eingehen kann, die genau diese Reste tragen. Genau das sorgt dafür, daß das Gift nur an bestimmten Zieloberflächen bindet. Die B-Kette bindet spezifisch an Galactose auf Oberflächen. Wie manche bakterielle Protein-Gifte wählt sich auch das Abrin sein Ziel selbst aus.

Abb.: 3D-Raumstruktur von Abrin A, PDB-ID 1ABR, visualisiert mit Chimera. Seitenansicht, unten die erste Untereinheit, oben die zweite Untereinheit, rote Bereiche sind die Zuckerketten.

Wie manche bakterielle Toxine (Cholera, Enterotoxin von E. coli, Pertussis) besteht das Abrin A aus zwei Untereinheiten, die hier über eine Disulfidbrücke und hydrophobe Wechselwirkungen miteinander verbunden sind. Die Disulfidbrücke, die die A-Kette mit der B-Kette verbindet, liegt zwischen Cys-247 der A-Kette und Cys-8 der B-Kette. Ein Teil, die B-Kette, ist das Transport- und Zielerkennungs-Vehikel, auch Haptomer genannt, der andere Teil, die A-Kette, ist der Schadensbringer, auch das Effektomer genannt. Die längere B-Kette (M = 31432) sorgt dafür, daß nach dem Herstellen des Kontaktes zur Membran der Zielzelle die kürzere A-Kette (M = 27977) durch Endocytose in die Zelle eindringen kann. Dann werden A- und B-Kette durch reduktive Spaltung der die beiden verbindenden Disulfidbrücke getrennt. Auch dies geschieht genauso bei Ricin sowie bei vielen Bakterien-Toxinen. Die Faltung des Proteins ist der des Ricins ziemlich ähnlich, aber in der Sekundärstruktur gibt es einige Unterschiede, hauptsächlich in der A-Kette. Die B-Kette ist das Glycoprotein mit zwei Zuckerseitenketten. Die B-Ketten von Ricin und Abrin sind sehr ähnlich, die Übereinstimmung beträgt 60%. Die A-Ketten haben nur eine Übereinstimmung von 42% - was aber eine ganze Menge ist, wenn man bedenkt, wie weit die beiden Stammpflanzen taxonomisch auseinanderstehen, hier ein Wolfsmilchgewächs, dort ein Schmetterlingsblütler.

Abb.: 3D-Raumstruktur von Abrin A, PDB-ID 1ABR, visualisiert mit Chimera. Andere Seitenansicht, unten Erkennungsregion, oben eigentliches Gift, rote Bereiche sind die Zuckerketten.

Der untere Teil, bestehend aus der ersten Aminosäuresequenz, hier in blau eingefärbt, ist die Region, mit der das Gift an der Zielzelle andockt. Hier ist die Erkennungsregion. Die A-Kette ist der Schadensbringer selbst, der hier in Orange im Huckepack auf der B-Kette sitzt. Er ist der eigentliche Bösewicht, der aber nur dann in Aktion tritt, wenn die Erkennungsregion ihr Ziel erkennt, an der Zelle andockt und die Einschleusung veranlaßt. Das erklärt, warum eine so winzige Menge Gift so effektiv ist.

Abb.: 3D-Raumstruktur von Abrin A, PDB-ID 1ABR, visualisiert mit Chimera. Seitenansicht auf beide Ketten. Die zwei einzelnen Aminosäureketten sind farblich unterschieden (blau ist die B-Kette und orange die A-Kette), die zwei gelben kurzen Teile sind die Zucker.

Abb.: 3D-Raumstruktur von Abrin A, PDB-ID 1ABR, visualisiert mit Chimera. Andere Seitenansicht auf beide Ketten. Die zwei einzelnen Aminosäureketten sind farblich unterschieden (blau ist die B-Kette und orange die A-Kette), die zwei gelben kurzen Teile sind die Zucker.

Wie wirkt Abrin A?
Der toxische Mechanismus ist bei Abrin und Ricin gleich. Die A-Kette ist der eigentliche Schadensverursacher, eine N-Glykosidase Wie Ricin hydrolsiert Abrin N-C-glycosidische Bindungen an Ribosomen. Ribosomen sind die Zellorganellen, an denen die Zelle durch Aneinanderhängen von Aminosäuren Proteine zusammenstellt. Die A-Kette hat es auf 60S-Ribosomen abgesehen, genauer: Sie spaltet Adenin von den Positionen 4 und 324 der 28S rRNA ab. Durch das Abspalten eines wesentlichen Bestandteiles kann das Ribosom nicht mehr mit GTP oder GDP wechselwirken, die Aminoacetyl-t-RNS kann nicht mehr an das Ribosom andocken, die Verlängerung der entstehenden Aminosäureketten wird verunmöglicht. Kurz und bündig: Die zelleigene Protein-Synthese wird gestoppt.

Das eigentliche Gift ist also ein Enzym. Und genau das bewirkt, daß eine so geringe Menge Gift so gefährlich ist. Denn Enzyme wirken katalytisch, können ihre schädliche Aktion immer wieder und wieder ausführen. Ein einziges Molekül kann also die Eiweiß-Synthese an allen Ribosomen einer Zelle lahmlegen. Das Abrin, einmal in eine Zelle geschleust, ruht nicht eher, als bis die ganze Zellchemie verändert ist und die Zelle zusammenbricht. Ein einziges Molekül Gift reicht aus, um die ganze Zelle lahmzulegen.

Wie verläuft eine Abrin-Vergiftung?
Die Vergiftungssymptome sind die gleichen wie beim Ricin beschrieben. Abrin ist ein starkes Reizgift für Darm und Bindehäute und ruft Durchfälle, Erbrechen, Koliken, Tachykardie und Tremor hervor. Tod tritt nach Tagen durch Nierenversagen, Herzversagen und/oder Atemlähmung ein.

Gibt es ähnliche Gifte?
Wenn wir bei der Paternostererbse bleiben, gibt es natürlich noch die drei andern Isotoxine Abrin B, Abrin C und Abrin D. Ein ganz ähnlich gebautes Gift hat der Rizinus (Ricinus communis) mit dem Ricin. Ähnlich gebaut sind weiterhin das Modeccin aus Adenia digitata sowie das Volkensin aus Adenia volkensii und das Dodecandrin aus Phytolacca dodecandra. Alle wirken auf die hier beschriebene Weise.

Literatur:
Eberhard Teuscher: Biogene Arzneimittel, WVG-Verlag, 5. Auflage, 1997
Eberhard Teuscher, Ulrike Lindequist: Biogene Gifte, 2. Auflage, Gustav Fischer Verlag 1994
Roth, Daunderer, Kormann: Giftpflanzen, Pflanzengifte, Nikol-Verlag 1994
PDB-ID 1ABR, http://www.rcsb.org/pdb/
Tahirov, T. H., Lu, T. H., Liaw, Y. C., Chen, Y. L., Lin, J. Y.: Crystal structure of abrin-a at 2.14 A. J Mol Biol 250 pp. 354 (1995)
http://www.giftpflanzen.com/abrus_precatorius.html

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