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Lexikon der Biologie: Penicilline

Penicilline [von *penicill- ], Gruppe von β-Lactam-Antibiotika, die überwiegend von Penicillium-Arten (z.B. Penicillium chrysogenum und Penicillium notatum; Penicillium) gebildet werden. Ihre bakterizide Wirkung (Bakterizide) beruht auf der Blockierung der Synthese der Bakterienzellwand: durch Inaktivierung des Enzyms Transpeptidase wird die Quervernetzung der Polysaccharidketten des Mureins verhindert (Penicillinbindeprotein). Penicilline können somit nur auf wachsende Bakterien wirken. Die einzelnen Vertreter der Penicilline leiten sich vom gemeinsamen Grundgerüst der 6-Aminopenicillansäure, einem β-Lactam-Thiazolidin-Ringsystem, ab und unterscheiden sich in ihrer Seitenkette ( vgl. Abb. 1 ). Obwohl Penicilline auch synthetisch zugänglich sind, erfolgt ihre großtechnische Gewinnung auf biologischem Wege (Biotechnologie). Von den natürlich vorkommenden Penicillinen hat Penicillin G (Benzylpenicillin) die größte therapeutische Bedeutung erlangt. Ausgehend von Penicillin G werden industriell verschiedene Penicillinderivate auf biosynthetischem oder auf halbsynthetischem Wege gewonnen ( vgl. Abb. 2 ). Biosynthetische Penicillinderivate (z.B. Penicillin V; Phenoxymethylpenicillin) erhält man, wenn zur Fermentation andere als die natürlichen Vorstufen des Penicillins angeboten werden. Die Darstellung halbsynthetischer Penicillinderivate erfolgt aus 6-Aminopenicillansäure, die durch Abspaltung von Phenylessigsäure aus Penicillin G mit Hilfe von Penicillin-Acylase gebildet wird. Relativ säurestabile und damit in Tablettenform anwendbare Penicilline sind z.B. Penicillin V, Phenethicillin und Propicillin, die u.a. bei Angina, Scharlach und Rheumatischem Fieber (Rheumatismus) Verwendung finden. Andere Derivate, wie z.B. Methicillin und Oxacillin, besitzen Seitengruppen, die das Enzym Penicillinase sterisch daran hindern, den β-Lactam-Ring hydrolytisch zu spalten (penicillinasefeste Penicilline); sie sind damit auch gegen Penicillinase-bildende Staphylokokken wirksam. Jedoch sind auch hier bereits Formen der Resistenz gefunden worden (Antibiotika-Resistenz). Ein Depotpenicillin ist z.B. das Procain-Penicillin, das Salz des Penicillins mit der Procainbase (Procain). Es besitzt eine längere Wirkungsdauer und wird z.B. zur Therapie der Syphilis eingesetzt. Ein Breitspektrum-Penicillin, das auch gegen viele gramnegative Bakterien (Gram-Färbung) wirkt, ist das Ampicillin. – Die Entdeckung des Penicillins beruht auf einer Beobachtung, die A. Fleming im Jahre 1928 mehr zufällig machte: Mit Staphylokokken (Staphylococcus) beimpfte Kulturplatten (Bakterienrasen) waren mit dem Pilz Penicillium notatum kontaminiert, und um die Pilzkulturen herum traten staphylokokkenfreie Zonen auf. Fleming nannte das wirksame Prinzip "Penicillin". Etwa 10 Jahre später gelang es H.W. Florey, E.B. Chain und Mitarbeitern, Penicillin zu isolieren und dessen therapeutische Wirkung zu erproben. Es handelte sich dabei um das natürliche Penicillin F. Erste klinische Tests wurden 1941/42 durchgeführt, und die chemische Identifikation des β-Lactam-Systems gelang 1945. Die chemische Synthese von Penicillinen durch Wissenschaftler in den USA war schließlich 1958 erfolgreich. Allerdings kann die chemische Totalsynthese nicht mit der viel wirtschaftlicheren biologischen Synthese konkurrieren. Penicilline waren die ersten Antibiotika, die industriell gewonnen wurden und große Bedeutung in der Medizin (Infektionskrankheiten) erlangten. Heute noch gehören sie zu den am häufigsten verwendeten Antibiotika. Antibiotika (Abb.), Hodgkin (D.M.), Penicillin-Allergie, Robinson (R.).

E.R./J.O.



Penicilline

Abb. 1: a Grundgerüst der Penicilline (LR = β-Lactam-Ring, TR = Thiazolidin-Ring, R = Seitenkette); b repräsentative Seitenketten (R) von Penicillinen



Penicilline

Abb. 2:
Möglichkeiten der industriellen Produktion von Penicillinen. Normale Fermentation führt zu den natürlichen Penicillinen. Unter Zusatz definierter Vorstufen für die Seitenkette synthetisieren die Organismen biosynthetische Penicilline. Nach Abspaltung der natürlichen Seitenkette entsteht 6-Aminopenicillansäure, an die mit Hilfe chemischer Methoden neue Seitenketten angefügt werden; es entstehen die semisynthetischen Penicilline.

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