Die vorliegende Arbeit hatte die Aufgabe, die humane Hepatomzellinie Hep G2 hinsichtlich ihrer Biotransformationskapazität zu charakterisieren, um Aussagen über ihre Eignung als in vitro-Testsystem treffen zu können. Dazu wurden die Aktivitäten und die Induzierbarkeit von unterschiedlichen Cytochrom P450 Isoenzymen (CYP) bestimmt und mit Aktivitäten von isolierten Hepatozyten der Wistarratte verglichen. Als Vertreter der Phase II-Reaktionen wurde die Konjugierung von p-Nitrophenol untersucht. Hep G2-Zellen enthielten detektierbare CYP 1 A1 und 2-Aktivitäten, was mit Hilfe des 7-Ethoxyresorufin- und des 7-Ethoxycoumarin-Assays festgestellt werden konnte. Die Enzymaktivitäten waren durch 3-Methylcholanthren und Phenobarbital induzierbar. Die Umsatzraten waren höher als in Monolayerkulturen von Rattenhepatozyten. Die Umsatzraten der Azoreduktion von 4-(N,N-Dimethylamino)azobenzen waren in Hep G2-Zellen ebenfalls höher als in Hepatozyten der Wistarratte. Hep G2-Zellen zeigten sich hinsichtlich der Demethylierung von Aminophenazon, katalysiert durch CYP 3A1 und 2, und der Konjugierung von p-Nitrophenol den Rattenhepatozyten unterlegen. Die Konjugierung war durch 3-Methylcholanthren und Phenobarbital induzierbar. Des weiteren wurde die Biotransformation von 3 potentiellen Arzneistoffen in Hep G2-Kulturen untersucht. Dabei handelte es sich um AWD 100-041(3-(2-Mercaptoethyl)chinazolin-2, 4(1H,3H)-dion), AR 12463 (5-Piperidino-7-[N-pentyl-N (ß-hydroxyethyl)]amino-s-triazolo(1,5a)-pyrimidin) und dem Lipoxygenaseinhibitor FLM 5011(2-Hydroxy-5-methyllaurophenon -oxim). In allen drei Fällen wurden zwar die gleichen Hauptmetaboliten wie in Rattenhepatozyten gebildet, die Umsatzraten waren aber wesentlich geringer. Um die Toxizität dieser drei Verbindungen und die von Solanum lycopersicon- Mazeraten zu untersuchen, wurde der Proteingehalt und der DNA-Gehalt mit Hilfe von Amidoschwarz bzw. bisBenzimid der Kulturen bestimmt. Membranschäden wurden durch den LDH Cytotoxicity Test von Boehringer Mannheim detektiert. Unter anderem konnte gezeigt werden, daß die Toxizität von FLM 5011 in Hep G2-Zellen auf die Induktion apoptotischer Prozesse zurückzuführen ist, welche durch die sinkende Konzentration von 5(S)-Hydroxyeikosatetraensäure in der Zelle ausgelöst wird. Insgesamt stellen Hep G2-Zellen ein brauchbares in vitro-Modell für Biotransformations- und Zytotoxizitätsuntersuchungen dar. / This investigations had the intention to characterise the capacity of biotransformation of the human hepatoblastoma- derived cell line Hep G2 and to draw conclusions about its suitability as in vitro-model. The enzyme activities and inducabilities of cytochrome P450 isoenzymes (CYP) as phase I reactions were measured and compared with the activity of monolayer primary cultures of rat hepatocytes. As a phase II-reaction the conjugation of p-nitrophenol was examined. Hep G2 contained detectable activities of CYP 1A1 and 2 measured by the 7-ethoxyresorufin assay and the 7-ethoxycoumarin assay and which were inducable by 3-methylcholanthrene and phenobarbitone. The turnover was higher than in rat hepatocytes. Also reductive activities, detected by the azoreduction of 4-(N,N-dimethylamino)- azobenzene, had a higher level than rat hepatocytes. Hep G2 cells were inferior compared to rat hepatocytes concerning the demethylation of aminophenazone catalysed by CYP 3A1 and 2 and the conjugation of p-nitrophenol. The latter was highly inducable by phenobarbitone. The biotransformation of the three active substances AWD 100-041 (3-(2-mercaptoethyl) chinazoline-2,4(1H,3H)-dione), AR 12463(5-piperidino-7-[N- pntyl-N (ß-hydroxyethyl)]amino-s-triazolo[1,5a)-pyrimidin) and the lipoxygenase-inhibitor FLM 5011(2-hydroxy-5- methyllaurophenone-oxim) in Hep G2 cell were also examined. In all cases the major metabolites were the same as in rat hepatocytes but the turnover was much lower than in rat hepatocytes. To study the toxicity of these three compounds and of Solanum lycopersicon mazerates the protein and the DNA content of the Hep G2 cultures were measured with amido black and bisbenzimid respectively. Membrane damages were detected by the LDH Cytotoxicity Test of Boehringer Mannheim. It could be proved that the toxicity of FLM 5011 is due to apoptotic activities aroused by the down regulation of 5-(S)hydroxyeicosatetraenoic acid. Hep G2 cells are a useful model for assessing the metabolism and toxicity of xenobiotics.

In der vorliegenden Arbeit wurden chemische Modellsysteme zur Erarbeitung möglicher Metabolisierungswege für neue, als potentielle Antiparkinsonmittel entwickelte Benzilsäurederivate angewendet und die Anwendbarkeit solcher Systeme zur Modellierung der Biotransformation von Estrogenderivaten getestet. Die biomimetischen Umsetzungen wurden im wässrigen und nichtwässrigen Milieu mit Mangan- und Eisenporphyrinen als Katalysatoren, mit einer Stickstoffbase, in der Regel Imidazol, als Co-Katalysator und mit Wasserstoffperoxid, Iodosylbenzen oder tert-Butylhydroperoxid als Sauerstoffquelle durchgeführt. Als Substrate wurden die N-Methyl-4- und -3-piperidinylester der 3,4- und der 3,3´-Dimethoxybenzilsäure (1, 2, 3) und Denaverin (4) ausgewählt. Als Modellsubstrat mit Estrogenstruktur wurde Estronmethylether (5), sowie in weiteren Versuchen Ethinylestradiol und Mestranol (6, 7) umgesetzt. Die biomimetischen Umsetzungen der Estrogenderivate waren trotz zahlreicher Variationen des Modellsystems nicht erfolgreich. Als Reaktionsprodukt wurde lediglich 6-Oxoestron-methylether isoliert. Hauptumsetzungsprodukte der Benzilsäurederivate sind die N-Formylverbindungen, die N-Oxide, die N-Desmethylderivate, die freien Säuren und die entsprechenden Benzophenone. Ihre Strukturen wurden massenspektrometrisch und kernresonanzspektroskopisch abgesichert. Die zugrundeliegenden Funktionalisierungsreaktionen sind die N-Dealkylierung, N- und C-Oxidation, Esterspaltung und Decarboxylierung. Aromatischen Oxygenierung und O-Dealkylierung wurden nicht oder in sehr geringem Umfang beobachtet. Denaverin unterliegt weiterhin der oxidativen Deaminierung. Insgesamt zeigen die Benzilsäureabkömmlinge ein einheitliches biomimetisches Verhalten, welches ein weitgehend übereinstimmendes Metabolitenspektrum erwarten lässt. Für Denaverin wurden zwei neue, potentielle Biotransformationswege aufgezeigt und die entsprechenden Vergleichssubstanzen gewonnen. Für die Esterspaltung von 1 wurde der oxidative Mechanismus nachgewiesen. Die katalytische Aktivität unterschiedlicher Modellsysteme wurde über die Abnahme des Substrates quantifiziert. Maximal 48 % der Ausgangsverbindung wurden im nichtwässrigen und maximal 23 % im wässrigen Milieu biomimetisch umgesetzt. / In the present thesis the application of chemical model systems to assess metabolic pathways of new benzilic acid derivatives, developed as potential compounds for anti parkinson drugs, is reported. Furthermore the suitability of such systems to mimic the biotransformation of estrogens was investigated. Biomimetic reactions were performed with a (porphyrin) iron or -manganese as a catalyst, an N-base, mostly imidazol, as a co-catalyst and with hydrogen peroxide, iodosylbenzene or tert-butylhydroperoxide as O-donor in either aqueous or nonaqueous media. The following substrates were chosen: the N-methyl-4- and -3-piperidinyl ester of the 3,4- and 3,3´-dimethoxybenzilic acid (1, 2, 3) and Denaverine (4) for benzilic acid derivatives as well as Estrone methyl ether, Ethinylestradiole and Mestranole for the estrogens. The biomimetic studies with the estrogens remained unsuccessfully despite numerous variations within the chemical model system. Only the 6-Oxoestrone methyl ether could be isolated. The main products generated in the biomimetic reactions with the benzilic acid derivatives were the N-formyl compounds, the N-oxides, the N-demethyl derivatives, the free acids, and the benzophenones. The structure of all compounds was proven by mass-spectroscopic and nuclear magnetic resonance techniques. The biomimetic products correspond to metabolites formed by N-dealkylation, N- and C-oxidation, cleavage of the esther bond, and decarboxylation. Aromatic oxygenation or O-dealkylation of the substrates were not observed or only in trace amounts. For Denaverine a product of oxidative deamination was detected. In general, the benzilic acid derivatives showed the same biomimetic behaviour. Therefore a similiar metabolism for these compounds can be expected. Two new possible metabolites for Denaverine were isolated and can be used in further studies. For the cleveage of the ester bond of 1 an oxidative mechanism could be demonstrated. The catalytic activity of various model systems was determined by measuring the decrease of substrate 1. The maximal decrease was 48 % in the nonaqueous media compared to 23 % in the aqueous media.