Sulfonamide in der Medizin

Kapitel

• 1. Wie Sulfanilamid als Antibiotikum wirkt
• 2. Sulfanilamid: Antibiotikum mit Nebenwirkungen
• 3. Sulfamethoxazol als selektiver Inhibitor
• 4. Selektive Inhibitoren
• 5. Mechanismus der DHPS

Hintergrund

Sulfonamide haben verschiedene medizinische Wirkungen. Zwei dieser Wirkungen werden in diesem Modul genauer betrachtet: Die Hemmung des Enzyms Carboanhydrase und die Wirkung als Antibiotikum.

Carboanhydrase

Einige Hintergrundinformationen zu gelöstem CO₂ und Kohlensäure finden sich hier.

Die Reaktion \(CO_2 (aq) + OH^- (aq) \rightleftarrows HCO_3^- (aq)\) spielt in der Biologie eine grosse Rolle, beispielsweise in der Fotosynthese oder der Atmung. Unkatalysiert ist diese Reaktion aber relativ langsam, wie folgendes Video zeigt:

Reaktion von CO₂ und Essigsäure mit Base: Gelöstes Kohlendioxid (links) und gelöste Essigsäure (je 0.032 M, 50 mL) werden mit 7 mL einer Phenolrot-Lösung (Carbonatalkalinität: 0.20 M) versetzt. Der Indikator Phenolrot ist bei pH > 8 rot, bei tiefem pH < 6.4 gelb. Während sich in der Essigsäurelösung augenblicklich ein Gleichgewicht bei saurem pH einstellt, wird die Kohlendioxid-Lösung zunächst basisch. Erst mit der Zeit reagiert das gelöste CO₂ mit der zugegebenen Base und die Lösung wird sauer. Video: Gianluca Müller.

Man erkennt, wie Essigsäure sehr schnell mit OH^- reagiert, während die Reaktion zwischen CO₂ und OH^- sehr viel länger dauert. Die Reaktion zwischen normalen Säuren und OH^- gehört zu den schnellsten Reaktionen überhaupt: sie hängt nur davon ab, wie schnell die Edukte zueinander diffundieren. Man bezeichnet sie daher als diffusionskontrolliert. CO₂ hingegen reagiert viel langsamer mit OH^-.

In den Lebewesen muss das CO₂ aber möglichst schnell umgesetzt werden. Lebewesen besitzen daher ein Enzym, das die Reaktion von CO₂ mit OH^- extrem beschleunigt: die Carboanhydrase (CA). Mit Hilfe der Carboanhydrase wird die Reaktion zwischen CO₂ und OH^- ebenfalls zu einer extrem schnellen, diffusionskontrollierten Reaktion (Mechanismus).

Manche Sulfonamide hemmen die Aktivität der CA und werden daher als Medikament verwendet. Andere Sulfonamide beeinflussen die Aktivität der CA hingegen nicht. In diesem Modul lernen Sie, wie man aufgrund der Molekülstruktur abschätzen kann, ob ein Sulfonamid die CA hemmt oder nicht.

Test auf antibiotische Wirkung

Manche Sulfonamide wirken antibiotisch. Um zu überprüfen, ob ein Stoff ein wirksames Antibiotikum ist, kann man untersuchen, wie sehr er das Wachstum ausplattierter Bakterien hemmt. Dies zeigt folgende Animation:

Wirksamkeits-Test für Antibiotika: In einer Petrischale werden Bakterien gleichmässig ausplattiert und in der Mitte ein Testplättchen mit einer Testsubstanz platziert. Je wirksamer die Testsubstanz als Antibiotikum ist, desto grösser wird der Hemmhof (Aufklärungszone) um das Testplättchen herum.

Wiederum wirken nur einige Sulfonamide antibiotisch, während andere das Bakterienwachstum überhaupt nicht hemmen. In diesem Modul geht es auch darum, abzuschätzen, ob ein Sulfonamid als Antibiotikum wirken kann oder nicht.

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Zusätzliche Materialien

• IR-Spektren und zugehörige Schwingungen (animiert) einiger Sulfonamide

• Kristallstrukturen einiger Sulfonamide und Vorläuferstoffe

• Reaktionsmechanismus der Carboanhydrase

• Überlagerung von Enzymen

• Übersichtsseite Carboanhydrasen CA und Dihydropteroatsynthasen (DHPS)

• Docking von Sulfanilamid an CA (alte Variante)

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