PSP-Toxine

PSP-Toxine sind hochgradig neurotoxische Gifte (Nervengifte), die in verschiedenen Muscheln (z.B. Miesmuscheln, Pfahlmuscheln oder Austern) angereichert werden können und eine paralytische Muschelvergiftung (Paralytic Shellfish Poisoning, PSP) verursachen können. Diese Muschelvergiftung kann zum Tod führen, wenn eine zu hohe Menge der PSP-Toxine aufgenommen wurde und nicht rechtzeitig Gegenmaßnahen ergriffen wurden.

Die Quelle der Toxine sind eigentlich nicht die Muscheln, sondern Algen (sogenannte Dinoflagellaten, siehe Abb.2) und Cyanobakterien, die im Plankton von Gewässern vorkommen. Als Plankton bezeichnet man alle Kleinstlebewesen, die "schwebend" (d.h. die Schwimmrichtung wird von der Wasserströmung vorgegeben) in Gewässern vorkommen.

Muscheln ernähren sich filtrierend, d.h. sie lassen das Wasser mitsamt aller darin enthaltenen Schwebstoffe und des Planktons durch ihren Körper strömen und durch spezielle Siebvorrichtungen bleibt das Plankton "hängen" und dient ihnen als Nahrungsgrundlage. Unter bestimmten ökologischen Bedingungen kann es zu einer Massenvermehrung bestimmter Algenarten oder Cyanobakterien in Gewässern kommen. Dies bezeichnet man als Algenblüte. Im Falle einer Algenblüte kann es dann natürlich zu einer erhöhten Anreicherung der in den Dinoflagellaten enthaltenen PSP-Toxine in den Muscheln kommen.

Abb.1: Muscheln sind Filtrierer und können daher auch hohe Mengen an Toxinen enthalten

Abb.2: Einige verschiedene im Plankton vorkommende Dinoflagellaten

Es gibt viele verschiedene PSP-Toxine, die sich leicht in ihrer Struktur voneinander unterscheiden. Die meisten PSP-Toxine sind in ihrer Struktur leichte Abwandlungen des in der Natur am häufgsten vorkommenden Saxitoxins (siehe Abb.3), das man auch als STX abkürzt und das hochgiftig ist. Alle Toxine (Abb.3 bis 7) haben ein gleiches "Grundgerüst", das für die toxische Wirkung von Bedeutung ist. Nur an bestimmten Stellen kommen leichte Abwandlungen vor.

Gehalte von mehr als 10 mg Saxitoxin pro 100 g Muschelfleisch sind möglich. Der LD50-Wert bei oraler Aufnahme beträgt 5,7 µg/kg (unter dem LD50-Wert versteht man die mittlere letale - also tödliche - Dosis, also die Dosis des Toxins, bei der 50 Prozent einer Population bestimmter Lebewesen sterben).

Weitere PSP-Toxine, die ähnliche (aber nicht so sarke) Wirkungen erzielen, wie Saxitoxin sind Neosaxitoxin (NeoSTX, siehe Abb.4) und Decarbamoylsaxitoxin (dcSTX, siehe Abb.5), Gonyautoxin 1 (GTX1, siehe Abb.6) und Gonyautoxin 2 (GTX2, siehe Abb.7).

Abb.3: Skelettstruktur von Saxitoxin (STX)

Abb.4: Skelettstruktur von Neosaxitoxin (NeoSTX)

Abb.5: Skelettstruktur von Decarbamoylsaxitoxin (dcSTX)

Abb.6: Gonyautoxin 1 (GTX1)

Abb.7: Gonyautoxin 2 (GTX2)

Weitere Infos zu PSP-Toxinen findest du über das folgende Video:

Übungen:

1. Zeichne die vollständige, ausführliche Strukturformel von Saxitoxin.

2. Kennzeichne in deiner Zeichnung aus Übung 1 alle Teilladungen und erkläre, wieso Saxitoxin sehr gut löslich in Wasser ist.

3. Berechne die Masse an Saxitoxin, die bei dir nach dem LD50-Wert mit 50%iger Wahrscheinlichkeit zum Tod führen würde. Schreibe deinen Rechenweg möglichst übersichtlich und strukturiert auf.

4. Berechne, welche Stoffmenge (in mol) an Saxitoxin sich in der von dir in Übung 3 ermittelten Masse befindet. Schreibe deinen Rechenweg möglichst übersichtlich und strukturiert auf. Für die Ermittlung benötigst du die folgende Formel n=m/M (siehe auch Abb.8) und zur Ermittlung der molaren Masse (M) brauchst du die Atommassen aller Elemente, die im Saxitoxin-Molekül vorkommen (sind in nahezu jedem Periodensystem angegeben). Ein Rechenbeispiel (Beispiel der Ermittlung der molaren Masse von H2O) findest du in Abb.9.

Abb.8: Formel zur Berechnung der Stoffmenge in mol

Abb.9: Rechenbeispiel zur Ermittlung der molaren Masse von Wasser

5. Zeichne die Skelettstruktur des Saxitoxin-Moleküls noch einmal ab und kennzeichne im Molekül alle funktionellen Gruppen, die in Molekül enthalten sind (Link)

6. Ein Gemisch aus STX, GTX1 und GTX2 wurde durch eine Dünnschichtchromatographie unterscht. Das Ergebnis ist in Abbildung 10 zu sehen. Das verwendete Laufmittel (tert-Butanol/Essigsäure/Wasser im Verhältnis 2:1.1) war noch polarer als die DC-Platte.

a) Erläutere anhand der Abbildung 10 und der Skelettstrukturen, bei welchem der drei Spots es sich wahrscheinlich jeweils um STX, um GTX1 und um GTX2 handelt.

b) Erläutere anhand der Strukturen, in welchem Bereich (ungefährer, geschätzter Rf-Wert-Bereich) Neosaxioxin einen Spot erzeugen würde, wenn es auch Bestandteil des Gemischs gewesen wäre.

c) Entwickle selber eine Skelettstruktur eines ausgedachten PSP-Toxins, das einen noch höheren Rf-Wert hätte, als die drei in Abb. 10 vorkommenden Gifte und begründe dies kurz anhand der von dir ausgedachten Struktur.

Abb.10: DC eines Gemisches aus STX, GTX1 und GTX2

7. Begründe, wieso sich Saxitoxin und Neosaxitoxin durch einen Vergleich ihrer IR-Spektren nahezu nicht voneinander unterscheiden lassen und wieso eine Unterscheidung von Saxitoxin und Decarbamoylsaxitoxin anhand ihrer IR-Spektren deutlich leichter ist. Benenne dabei die Banden (und Wellenzahlbereiche), die für deine Begründung von Bedeutung sind. (Link zu Tabellen zur IR-Auswertung). (Du kannst diese Aufgabe lösen, ohne die tatsächlichen IR-Spektren zu kennen).