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Konkurrenzphnomene als Grundlagen fUr die Aufklrung des Wirkungsmechanismus der Chemotherapie mit Sulfonamiden.

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394
Kalla'nick
Archiv d e r
Pharmazie
Li B E R S ICHTSREFERAT
Konkurrenzphanomene als Grundlagen fur die Auf klarung
des Wirkungsmechanismus der Chemotherapie
mit Sulfonamiden*)
von G. Kallinich**)
Aus dem Institut fur Pharmazie nnd Lebensmittelchemie der Universitat Miinchen
Direktor: Prof. Dr. E . Bumunn
(Eingegangen am 23. Marz 195G)
I n den letzten Jahrzehnten sind zahlreiche neue Substanzen in der Natur bzw.
durch chemische Synthese bekannt geworden, die einerseits als physiologische
W i r k s t o f f e oder andererseits als H e i l m i t t e l bei bakteriellen Infektionen groae
Bedeutung erlangt haben. Trotz einer Fulle von Untersuchungsergebnissen und
Erfahrungstatsachen, die die Beschaftigung mit solchen Stoffen erbracht hat, ist
umer Wissen uber die Art und Weise, wie sie auf den Organismus wirken, noch
immer sehr gering. Ein wirklicher Fortschritt ist hier nur durch eine bessere Kenntn i s der gesetzmaaigen Grundlagen des Wirkungsmechanismus solcher Substanzen
zu erzielen, und so sol1 im folgenden iiber ein Phanomen berichtet werden, das die
C h e m o t h e r a p e u t i k a in Beziehung zu physiologischen Wirkstoffen, vor allem
Vitaminen und Fermenten setzt. Es handelt sich hierbei um den A n t a g o n i s m u s
zwischen Wuchsstoff und Hemmstoff bei Mikro- und Makroorganismen, eine Erscheinung, die in den letzten Jahren weit iiber eine hypothetische Betrachtungsweise hinausgewachsen ist und sich zu einer der erfolgversprechendsten Grundlagen der Arzneimittelforschung ausgebildet hat.
Paul Ehrlich hatte sich als erster Gedanken iiber die Einwirkung vou chemischen
Verbindungen auf das Stoffwechselgeschehen in Mikroorganismen gemacht. In
Anlehnung an die Wittsche Theorie der Farbstoffe teilte er den chemotherapeutisch
wirksamen Verbindungen neben einer ,,haptophoren" oder Haftgruppe auch eine
,,toxophore" Gruppe zu. Die Haftgruppe vermittelt nach Ehrlich s Anschauungen
die Anlagerung an spezifische Haftstellen oder Rezeptoren im Permentsystem.
Hierbei stellte er sich vor, da13 das reaktionstrage ZelleiweiS durch Herausragen
von ,,S e i t e n k e t t e n " in ahnlicher Weise aktiviert wird, wie etwa Seitenketten
den Benzolkern in seiner Reaktionsbereitschaft zu aktivieren vermogen. 1st nun
auf diese Weise das Chemotherapeutikum erst einmal an den Ort der Wirkung
gelangt und dort fixiert - corpora non agunt nisi fixata - so vermag die toxophore Gruppe ihre zellschadigende Wirkung zu entfalten. Im Salvarsan etwa sah
Ehrlich das 3-wertige Arsen als die toxische Gruppe an, wahrend er die Aminophenolreste fur die Bindung an das Zellsubstrat verantwortlich machte.
*) Habilitationsvortraggehalten am 28. Juni 1965 zur Erlangung der venia legendi fur die
Fachgebiete Pharmazie und Lebensmittelchemie in der Naturwissenschaftlichen Fakultat
der Universitiit Miinchen.
**) Herrn Professor Dr. R. Dietzel zum (%. Geburtstage gewidmet.
280.'61.Bd.
1956,
N ~7.
Konkurrenzphiinomene als Grundlagen fur die Aufkliirung
395
I
Wenn nun das Pharmakon an denselben Rezeptoren der Zelle angreift, die gleichzeitig auch den Wirkungsort von Wuchsstoffen darstellen, so besteht die Moglichkeit einer Verdrangung des lebensnotwendigen Agons durch das A n t a g o n in der
Gestalt des Chemotherapeutikums. Bei dieser Konkurrenz wird der Stoff den Sieg
davon tragen, der eine schnellere und festere Bindung mit dem Rezeptor einzugehen vermag. Die Konkurrenzwirkung wird also lediglich durch die physikalische
GroBe der Reaktionskonstanten bedingt, oder genauer durch das Verhalten der
Konstanten Kl fur die Bindungsreaktion und der Konstanten K, fur die rucklaufige Reaktion oder Dissoziation. Die Konstante K, spielt hierbei die wichtigste
Rolle, denn je geringer die Dissoziation des gebildeten Addukts ist, um so starker
durfte die Bindung von Pharmakon und spezifischem Rezeptor seinl). Das Pharmakon blockiert also die Rezeptoren fur den physiologischen Wirkstoff, vermag
dann die Funktion der Rezeptoren in eine andere Richtung zu drangen und so in
lebenswichtige Stoffwechselvorgange schadigend einzugreifen. Diese Gedankengange, die sich aus den Ehrlichschen Anschauungen heraus entwickelt hatten und
vornehmlich durch Vorstellungen von WilLtatter uber den Aufbau der Fermente
befestigt wurden, fanden eine Bestatigung durch die im Jahre 1940 gemachte Entdeckung des Antagonismus zwischen Sulfonamiden und p-Aminobenzoesaure
(PABS) I durch Woods, Fildes, Stamp, Richard Kuh% u. a.,).
PABS konnte damals aus zahlreichen Mihoorganismen, Hefe und Geweben isoliert werden. Sie erwies sich als ein lebensnotwendiges Vitamin fiir Bakterien, das
schon in einer Verdunnung von 0,OOOl r/ccm Nahrlosung optimales Wachstum
erzeugt. Sulfanilamid I1 vermag nun auf Grund seiner S t r u k t u r a n a l o g i e die
r-\
HP-LY-COOH
I
I1
PABS von ihrem Wirkungsort in der Zelle zu verdrangen, es nimmt dann den
Platz aber nicht die Funktion der PABS ein. Die klassische Theorie sieht in dieser
Verdrangungsreaktion eine vom M a s s e n wir k u n g sge se t z beherrschte konkurrierende Hemmung der beiden Antagonisten. Immerhin ist die Affinitat des natiirlichen Wuchsstoffes zu den vermutlichen Rezeptoren in der Zelle sehr vie1 grol3er
als diejenige des Antagonisten. Man hat berechnet, da13 1 Mol PABS die Wirkung
von 20000 Molekulen Sulfanilamid aufzuheben vermag3).
Diese Verdrangungstheorie hat der chemotherapeutischen Forschung einen
grol3en Auftrieb gegeben. Schon vor dieser Entdeckung, vor allem aber i n der
Folgezeit, wurde noch eine groBe Zahl weiterer lebensnotwendiger Wuchsstoffe
l)
P. Marquardt, Pharmazie 4, 250 (1949).
*) D. D . Woods, Brit. J. exp. Pathol. 21, 74 (1940); P. Fildes, Lancet 238, 956 (1940);
T . C. Stamp, Lancet 237, 10 (1930); R . Kuhn und K . Schwarz, Ber. dtsch. chem. Ges. 74
1617 (1941); H . N . Green, Brit. J. exp. Pathol. 21, 35 (1040).
3, P. Fildes, Laneet 238, 955 (19.10).
krchiv der
Pharmazie
Kallinich
396
~~~
~
entdeckt. In allen Fallen gclang es durch geringfiigige Anderung des vorliegenden
Wuchsstoffmolekiils antibiotisch wirkende Hemmstoffe zu gewinnen. Als besonders
geeignete Testobjekte wurden hierbei immer Mikroorganismen verwendet, weil sich
bei diesen die Unterdriickung eines lebenswichtigen Prozesses durchwachstumshemmung leicht zu erkennen gibt. In der folgenden Zusammenstellung sind einige
der wichtigsten Wuchsstoffe mit k e n Hemmstoffen aufgefiihrt :
1. So wurde in Anlehnung an den PABS-Sulfanilamid Antagonismus eine der
Pantothensaure I11 analog gebaute Sulfosaure, Pantoyltaurin IV4),hergestellt.
CH3
I
HO- CHZ -C-CHOH-CO-NH-CH~
-CH, -COOH
I
CH3
111 Pantothenshure
CH,
I
HO-CH, -C-CHOH-CO
-NH -CHz -CHs- SOSH
I
CH3
IV Pantoyltaurin
Pantoyltaurin hemmt das Wachstum von Bakterien, die Pantothensaure als
Wuchsstoff benotigen. Da Pantothensaure fast ausschliefllich in Bakterien als
Bestandteil des Coenzyms der Acetylierung vorliegt, wird angenommen, daB
Pantoyltaurin imstande ist, Pantothensaure von seinem spezifischen Permenteiweidtrager zu verdrangen und so die Funktion des Coenzyms A zu hemmen.
2. Auch die der Nikotinsaure V entsprechende Pyridin-3-sulfosiiure V15) zeigt bei
Mikroorganismen sowie bei hoheren Tieren Wirkungen, die als ..Qntagonismus
0-COOH
\g
V Nicotinsiiure
N
VI Pyridin-3-sulfons~ure
zur Nikotinsaure gedeutet werden konnen. Die Unentbehrlichkeii; der Nikotinsaure erkliirt sich daraus, dad sie in Form ihres Amids ein Bestandteil von
wasserstoffiibertragenden Fermenten (Codehydrase I) ist.
3. Vom Aneurin (Vit. B,) sind ebenfalls durch Austausch des Thia;:olrings durch
Pyridin strukturanaloge Verbindungen hergestellt worden. Dar: Pyrithiamin
VIIP) wirkt als Hemmstoff bei verschiedenen Bakterien. Auch hier mag die
*) E . E . ~Smll,J. biol. Chemistry 139, 975 (1941); 141, 121 (1941); H . N c . Ilwain, Brit.
J. exp. Pathol. 23, 95 (1942).
6 ) H. Mc. Ilwain, Brit. J. exp. Pathol. 21, 136 (1940).
6 ) D. W . Woolley und A . a. C. White, J. biol. Chemistry 149, 245 (1943).
280.181. Bd.
1958, ~ r 7.
Konkurrenzphiinomene als Orundlagen fur die Awfkliirung
397
VII Aneurin (Thiamin)
CH, CHZ-CHp-OH
NH2
I
I
I
VIII Pyrithiamin
Verdrangung des Vitamins, das in der Cocarboxylase eine wichtige Rolle beim
Abbau der Kohlenhydrate spielt,' eine Storung der Fermenttatigkeit hervorrufen.
4. Dichlorlactoflavin X wurde von R. Kuh?zi) als Antagonist des Lactoflavins IX
bei Streptokokken und Staphylokokken erkannt. Weitere Antistoffe des LactoRibose
Ribose
I
I X Lactoflavin
I
X Dichlorlactoflavin
flavins sind die therapeutisch sehr wichtigen Malariamittel wie das Acridinderivat Atebrin und Plasmochin. Die Ausschaltung des Lactoflavins als Wasserstoffiibertrager im Intermediarstoffwechsel durch die Antagonisten diirfte ale
Grund der Wachstumsstorung angesehen werden.
Von den zahlreichen Wuchsstoff-Hemmstoffsystemen haben allerdings nur
wenige fiir die Therapie bakterieller Infektionen Bedeutung erlangt. Dies liegt vor
allem darin begrundet, daB zahlreiche bei Bakterien antagonistisch wirksam gefundene Substanzen toxischer Natur fiir Mensch und Tier sind. Weiterhin ist die
Aussicht auf Schaffung neuer Chemotherapeutika auf Grund der Hemmstoffanalyse deswegen sehr gering, weil die bei den Mikroorganismen zu verdrangenden
Wuchsstoffe in den Zellen und Korperflussigkeiten des Wirtsorganismus meist in
so hoher Konzentration vorliegen, daB eine Verdrangung durch Antagonisten
aussichtslos erscheint. So scheiterten Versuche, Pantoyltaurin als Chemotherapeutikum bei bakteriellen Infektionen zu verwenden daran, daB der Pantothensauregehalt des Korpers geniigt, um eine Hemmung der Krankheitserreger durch
Pantoyltaurin zu verhindern6).
7)
8)
R. Kuhn, F. Weygund und E. F . Mdler, Ber. dtsch. chem. Ges. 76, 1044 (1943).
H. Mc. Ilzuain, Advances in Enzymol. 7, 409 (1947).
Kallinich
398
Arcbiv der
Pharmazie
Um so mehr erklart sich das Interesse, das sich der Bufklarung des PABSSulfonamid-Antagonismus zuwandte, denn hier waren groBartige therapeutische
Erfolge erzielt worden.
Schon bald hatten sich aber Beobachtungen gehauft, die das anfiinglich so klare
Bild der Woods schen Hypothese von der konkurrierenden Hemmung erheblich
trubten. Es zeigte sich nanilich, daB aul3er der dynamischen Verdrangung des
Agonisten durch den Ant agonisten noch andere Wirkungsmechanisnien zutreffen
miissen, iiber die bindende Aussagen zunachst nicht geniacht werden konnten.
Hierher gehoren etwa Beobachtungen von WTolZeys)bzw. Erlenmeyc i-l0), die darlegten, daB unterschwellige Dosen mancher Hemmstoffe eine Stini ulierung des
Bakterienwachstums hewirken. Ferner stellte schon Woodsll) fest, daB PABS in
hoher Konzentration das Wachstum hemmt. Auch sind Mutanten von Bakterien
bekannt geworden, bei denen sich ein volliger Wechsel des Bildes ergeben hat.
Der ursprungliche Hemmstoff wird hier zur Entwicklung normalen Wachstums
benotigt, wahrend der Wuchsstoff jetzt die Stelle des Hemmstoffs ubernimmtl').
Hierzu gehoren ferner Beobachtungen, die erbrachten, daB der Antagonist oft fest
in den Enzymkomplex eingebaut wird und dann nicht wieder durch den Agonisten
austauschbar i d 3 ) . Auch das schon friihzeitig von Paul Ehrlich erkannte R e s i s t e n t w e r d e n von Mihoben gegen Hemmstoffe stellte Fragen auf, die mit dem
urspriinglich angenommenen einfachen Reaktionsmechanismus niclit zu beantworten waren.
I1
Die Entdeckung der F o l s a u r e X I durch NitchelZ, Snell und T P ~ l l i ~ m sdie
~~),
i n ihrem Molekiil als Teilstuck die PABS enthalt, sollte einen weiteren vertieften
Einblick in die Bedeutung der PABS fur den Zellstoffwechsel erbringen. Folsaure
oder Pteroylglutaminsaure erwies sich einerseits als Wuchsstoff bei bestimmten
Bakterien und zeigte andererseits bei hoheren Tieren und dem Menschen eine
positive Wirkung auf die Blutbildung. 1947 haben nun Lanzpen und Jones15) und
etwa gleichzeitig Tscheschel6) die Ansicht geluBert, daB erst mit diesem Vitamin
das Produkt gefunden worden sei, das notwendig fur das Leben der Rakterien ist.
Fur den Syntheseweg der Folsaure wurde von Tschesche angenommen, daB
intermediar im Zellstoffwechsel der Bakterien der 2 - A m i n o - 6 - o x y p t e r i d i n a l d e h y d XI1 synthetisiert wird, der danii niit Hilfe seiner freien Aldehydgruppe
mit der primaren Aminogruppe der p-Aminobenzoylglutaminsaure XI11 unter
Bildung einer Schiff schen Base XIV reagiert. Durch nachfolgende biochemische
B,
D. W . Woolley und A . G . C. White, J. exp. Medicine 78, 489 (1943).
lo) H . Erlenmeyer, H . Rloch und H. Kiefer, Helv. c11im. Acta 25, 106ti (1942).
11) U.
Woods, J. SOC.chem. Ind. 59, 133 (1940).
l L ) S. Emerson, J. Becteriol. 54, 195 (1947).
13) P. Karrer und H. Ruckstahl, Bull. Schweiz. Ahad. Med. Wiss. 1, 236 (194;).
14) H . K . Mitchell, E . E . Snell und R .
WiZlianzs, J. Amer. chem. SOC.63, 2184 (1941).
15) J. 0.Lampen und M . J. Jones, J. biol. Chemistry 164, 485 (1946); 166, 435 (1946).
16) R. Tschesche, Z. Naturforsch. 2 6, 10 (1947).
D.
J.
2RQ.kil. 9 8 .
1956, Nr. 7
Konkurrenzphiinoniene als Urundlagen far die Aufklarung
399
Hydrierung der gebildeten CH=Y-Doppelbindung entsteht Folsaure. Da nun fast
alle wirksamen Sulfonamide ebenfalls cine freie Aminogruppe am Benzolkern enthalten oder eine solche zu bilden vermogen, kijnnen diese Korper den genannten
Aldehyd abfangen und so eine Unterbindung cler Folsauresynthese herbeifiihren.
Diese mogliche Reaktionsfolge lie13 sich mit Hilfe der Hemmstoffanalyse stiitzen ;
die durch Sulfonamide erzielte Unterbrechung dieses Syntheseweges kann durch
Zugabe von Folsaure riickgangig gemacht werden. Wenn die Wirkung der Sulfonamide nach Tschesche im ilbfangen des 2-Amino-6-oxypteridinaldehydsXI1 besteht, so war dieses Verhalten zu erwarten.
Aber auch diese Forschungsergebnisse bedeuteten nur einen Teilschritt auf dem
Wege der Aufklarung der Einwirkung der Chemotherapeutika auf das Stoffwechsclgeschehen von Bakterien. In Versuchen von Weygand und Mitarbeiternl'), die die
Tscheschesche Hypothese einer eingehenden experimentellen Priifung unterzogen,
zeigte sichnamlich, da13 der erwahnteAldehydXI1, wenn er zusammen mit p-Aminobenzoylglutaminsaure XI11 Streptococcus faecalis, einem folsaurebediirftigen
Bakterium, angeboten wurde, zunachst nicht in der Lage war, das Wachstum
dieses Bakteriums zu fordern. Erst nach einer gewissen Adaptationszeit an die
beiden zugesetzten Stoffe erlangten die Bakterien langsam die Fahigkeit, Folsaure
zu synthetisieren, so daB eine Wachstumsforderung zu beobachten war.
Diese Ergebnisse liel3en verrnuten, dal) mit der von Tschesche aufgestellten Hypothese nur annahernd der richtige Sachverhalt getroffen war und da13 es offenbar
noch zusatzlicher Vorstellungen bedurfte, um eine Klarung des Problems herbeizufiihren. Weiterhin erleidet die hier beschriebene Form der Einwirkung der Sulfonamide auf die Folsauresynthese noch eine andere empfindliche Einschrankung.
Pie trifft namlich nicht fur a l l e Mikroorganismen zu. Die Bakterien lassen sich
vielmehr auf Grund ihrer Wachstumshemmung durch Sulfonamide und der Aufhebbarkeit dieser Hemniung durch Folsaure nach Arbeiten von Lampen und
17)
18)
19)
F. Weygand, E. F . Moller und A . Il'acker, Z. liaturforsch. 3 b, 299 (1948);4 b, 169(1949).
R. Tschesrhe, C. H . Kohncke und F . Korte, Z. Xaturforqrh. 5 b, 132 (1950).
R . Tschesche, Arzneimittel-Forsch. 1, 336 (19.31).
400
Kallinieh
Archiv der
Phamnazb
L4uhage.n20),NoEler, Weyqand und TVacker") und TschescheZ2)in 3 Gruppen einteilen :
Bakterien der G r u p p e A bind durch Sulfonamide hemmbar; die Hemmung
kann n i c h t durch Folsaure aufgehoben werden. Fur diese Bakterien gilt also der
aufgezeigte Wirkungsmechanismus nicht.
Bakterien der G r u p p e B sind ebenfalls durch Sulfonamide hemmbar; die
Hemmung kann durch Folsaure aufgehoben werden. Fiir sie trifft dr:r aufgezeigte
Wirkungsmechanismus zu.
Bakterien der G r u p p e C sind durch Sulfonamide nicht hemmbar. Bakterien
dieser Gruppe benotigen Folsaure aus dem Nahrmedium, sie besitzen kein eigenes
Synthesever mogen.
Bemerkenswert ist, daB alle bisher untersuchten Bakterien der Gruppe A gramnegativ, die der Gruppen B und C dagegen grampositiv sind.
Diese Einteilung zeigt also, da13 die neue Vorstellung der Hemmung der Folsauresynthese durch Sulfonamide nur fiir Bakterien der Gruppe B zutrifft. - Das
Verhalten der Bakterien der Gruppe C unterstreicht diese Hypothese. Sie sind nicht
in der Lage, Folsaure zu synthetisieren, folglich konnen Sulfonamide hier auch
nicht a h Hemmstoffe in die Synthese eingreifen.
Weiterhin ist von Bedeutung, daB sowohl in Gruppe A als auch in Gruppe B
PABS i m m e r die Sulfonamidhemmung aufzuheben vermag. Es mu13 also angenommen werden, daB bei Bakterien der Gruppe A, bei denen die Sulfonamidhemmung nicht durch Folsiiure, wohl aber durch PABS aufgehoben werden kann,
noch irgendein anderer SyntheseprozeB existiert, der von der PABS ausgeht, aber
nicht uber die Bildung von Folsaure verlauft. Dieser Vorgang ist bei Bakteriea
der Gruppe B nicht bekannt. Hier kann sowohl PABS als auch Folsliure eine Sulfonamidschadigung aufheben. Es war also noch nicht klar, welche Aufgabe die
PABS im Stoffwechsel der Bakterien der Gruppe A hat, bei denen die Folsaure
nicht enthemmend wirkt.
I11
Eine Losung dieses Problems wurde von Wacker, Weygand und ;Mitar6eihnZ3)
in den letzten Jahren angestrebt durch Verwendung von radioaktiv markierter
PABS bzw. Folsiiure zu Wachstumsversuchen an Bakterien der Gruppen A und B.
Bei Zugabe von PABS zum Nahrmedium, deren Carboxyl C-Atom mit dem Isotop 14C markiert war, konnte sowohl aus Bakterien der Gruppe A als auch der
Gruppe B ein radioaktives Stoffwechselprodukt isoliert werden, das Eich im Papierchromatogramm durch eine blaue Fluoreszenz auszeichnet. E s unterscheidet sich
hierdurch eindeutig von der nichtfluoreszierenden Folsaure.
Auch bei Wachstumsversuchen mit radioaktiv markierter Folsailre wurde das
gleiche fluoreszierende Stoffwechselprodukt erhalten, allerdings nur aus Bakterien
22)
E. Auhagen, Hoppe-Seyler's Z. physiol. Chem. 283, 195 (1948).
E. F . YdZZer, F. Weeygand und A . Wacker, Z. Naturforsch. 4 b, 100 (1949).
R. Tschesche, 2. Naturforsch. 2 b, 244 (1947).
2s)
A . Wacker, H . Grisebach, A . Trebst und F. Weygand, Angew. Chem. 66, 326 (1954).
20)
21)
289.161. Bd.
1956, Nr. 7
Konhrrenzphiinomene als Grundlagen
fur die
$ufklarung
40 1
der Gruppe B. Analoge Versuche mit Bakterien der Gruppe A zeigten, daB diese
nicht imstande waren, aus markierter Folsaure ein radioaktives Stoffwechselgrodukt zu synthetisieren. Die Folsaure ist hier also als Wachstumsfaktor entbehrlich.
Das fluoreszierende radioaktive Stoffwechselprodukt zeigte, wie schon erwahnt,
im Papierchromatogramm durch Vergleich der Rf-Werte mit Folsaure, daB es mit
dieser nicht identisch ist. Eine groaere Ahnlichkeit war dagegen mit einem schon
bekannten Derivat der Folsaure, der T e t r a h y d r o -f o r my1 - F 01s a ur e XV, festzustellen, die ebenfalls fluoresziert . Trotzdem lieBen auch hier Mischchromatogramme eine deutliche Differenzierung erkennen.
CHO
OH I
H
xv
7,8,9,lO-Tetrahydro-N( 7)-formyl-Folsaure konnte zuerst von amerikanischen
ForschernZ4) durch fermentative Behandlung von Folsaure mit Leberhomoge&ten erhalten werden. Sie ist ein spezieller Wachstumsfaktor bei dem Bacterium Leuconostoc citrovorum, bei dem Folsaure versagt. TetrahydroformylFolsaure, auch kurz Folinsaure genannt, wurde bereits 1950 von ihren Entdeckern Broquist und Stockstud, spater auch von Rauen und MitarbeiternZ6)als
die eigentliche Wirkform der Polsaure im Organismus angesprochen.
Da sich nun das von Weygand isolierte noch unbekannte radioaktive Produkt
ebenfalls als Wuchsstoff fur Leuconostoc citrovorum erwies, so konnte geschlossen
werden, daB es zumindest eine hydrierte und formylierte Folsaureverbindung sein
muBte.
Weygand und Wacker23) nehmen nun an, daB das von ihnen erhaltene Stoffwechselprodukt als Coenzyni d e r F o r m y l i e r u n g oder abgekiirzt Coenzym P
anzusprechen ist, wobei Tetrahydroformylfolsaure in noch unbekannter Bindung
als ein Hauptbestandteil dieses Coenzyms vorliegt.
Die Rolle der Sulfonamide wiirde dann darin bestehen, bei allen Bakterien der
Gruppen A und B durch Verdrangung der PABS die Synthese dieses Coenzyms
zu unterbinden. Weiterhin ergibt sich daraus, daB bei Bakterien der Gruppe A
auf dem Syntheseweg von der PABS zum Coenzym F FolsBure selbst kein Intermediarprodukt sein kann. Hiermit war eine Erkllirung gefunden, daB Folsaure bei
Bakterien dieser Gruppe nicht als Antagonist der Sulfonamidhemmung fungieren
kann.
Es erhebt sich nunmehr die Frage nach der Punktion des Coenzym F im Stoffwechselgeschehen. Eine Beantwortung sollte zweifellos auch unser Wissen um den
H . P. Broquist et al., J. biol. Chemistry 185, 399 (1930).
z 6 ) H . M . Rnueii, H . Il’aldmann und M . Buchka, Hoppe-Seyler’s 2. physiol. Chem. 288,
(1951).
24)
LO
Wirkungsmechanismus der Sulfonamide bereichern und einer gewissm Abklarung
naher bringen. Die Kenntnis uni das Coenzym F, das in den letzten Jahren durch
amerikanische Forscher wie Buchananz6)und Greenberg") vorangetrieben wurde,
ist noch nicht sehr gro13. Inimerhin ist sicher, daI3 es im Stoffwechsel eine wichtige
Rolle bei der Biosynthese von P u r i n e n und P y r i m i d i n e n spielt. Es katalysiert
die Ubertragung von C,-Bausteinen als Formylgruppen, ein Vorgang der rnit
T r a n s f o r m y l i e r u n g bezeichnet wird. Die Transformylierung steht im Gegensatz
zum Mechanismus der Transmethylierung, an der Polsaure nicht beteiligt zu sein
scheint.
Welches sind nun die Acceptoren in der Zelle, auf die die Formylgruppen iibertragen werden ? E s wurde schon langer angenommen, daB Folsaure cine Rolle bei
der Bildung der N u c l e i n s a u r e n spielt, die bekanntlich rnit EiweiB vereinigt als
Nucleoproteide biologisch wichtige Bestandteile der Zellkerne bilden. Sie enthalten neben Ribose und Phosphorsaure als weitere Baugruppen gcwisse P y r i micline und P u r i n e . Bei den Pyrimidinen besitzt T h y m i n XVIII insofern eine
Sonderstellung, als es ein integrierender Bestandteil der D e s o x y r i b o n u c l e i n s a u r e oder Thymonucleinsaure ist, die vorwiegend in tierischen Zellkernen aber
auch in Bakterien enthalten ist. Thymin unterscheidet sich von anderen in Nucleinsauren aufgefundenen Pyrimidinbasen wie Uracil XVI und Cytosin XVII
N
HO-+OH
L
\6/N111
XVI
N
H,N--//\-oH
(?N
XVII
N
HO- 43> -OH
H,C- 15k6/N
11
XVIII
durch das Vorhandensein einer Methylgruppe in 5-Stellung. Es lag nahe, da13 die
Funktion des Coenzym F in der Ubertragung des C,-Bausteines auf methylfreie
Pyrimidine fiir die Thyminsynthese zu suchen ist. Dieser Uberlegung kam entgegen,
daI3 bei gewissen sulfonamidgehemmten Bakterien Thymin an Stelle von Folsaure
zur Enthemmung der Schadigung rnit gleich gutem Erfolg verwendet werden kann.
Das gleiche gilt iibrigens auch fur die therapeutische Behandlung gewisser Formen der perniciosen Anamie rnit Folsaure. A4uchhier kann rnit Erfolg Thymin,
allerdings in sehr vie1 hoheren Dosen verabfolgt werden, woraus abzuleiten ist, daD
zwischen beiden Verbindungen zweifellos enge Beziehungen vorliegen miissen.
Versuche von U'eygand und Maturbeitern2s) bestatigten diese Annahme. Am
C,-radioaktiv markiertes Uracil wird bei Wachstumsversuchen von Enterokokken
und Streptokokken in radioaktives T h y m i n umgewandelt. Ferner wird bei Verwendung von inaktivem Uracil und Zugabe von radioaktivem Formiat zum
Wachstumsversuch ebenfalls radioaktives Thymin aufgebaut, so d:tB in diesem
Fall Formiat als Formyldonator erkannt wurde. 1st rlagegen die Funktion des
Coenzyms F bei den genannten Testbakterien durch Blockierung der Synthese
27)
J. M. Buc?Lnnmk und D. W. Wilson, Federation Proc. 12, 646 (1953).
G . I?. Greenberg, Federation Proc. 12, 211, 661 (19.53).
28)
F . Weygand, A . Wacker, A . Trebst und 0 . P . Swoboda, 2. Naturforsch.
26)
,O
b, 174 (1954).
289.51. Bd.
1956, N,-.7
Konkurrenzphiinomene als Cfrundlagen fiir die Aufklarung
_ _ _ _ ~403
-
mittels Sulfonamiden ausgeschaltet, so kann weder durch zugesetztes Uracil noch
durch Formiat eine Thyminsynthese beobachtet werden.
In ahnlicher Weise konnte GreenZ~erg~~)
auch den Weg einer durch Coenzym F
gesteuerten P ur i n s y n t he s e nachweisen.
Schon Fox und Stetten30) hatten namlich 1945 aus sulfonamidgeschadigten Colibakterien ein sich dort anhaufendes basisches Stoffwechselprodukt isoliert, das
von Shit e31) 1947 als Amino-imidazol-carbonsaureamid X I X erkannt wurde. Die
geschadigten Bakterien waren offenbar nicht mehr in der Lage, dieses Vorprodukt
der Purinsynthese weiter zu verarbeiten.
0
II
XIX
0
/I
XX
(Inosinsaure)
Greenberg publizierte nun 195429) eine Untersuchung, bei der es ihm in vitro gelungen war, den noch offenen Pyrimidinring mit Hilfe von Formyl-Coenzym F
unter Einbau eines C,-Bausteines zu verschlieaen. Hierbei entsteht H y p o x a n t h i n
XX und entformyliertes Coenzym P. Es scheint weiterhin, daB Amino-imidazolcarbonsaureamid in der Zelle bereits mit Ribose und Phosphorsaure vereinigt vorliegt, so daB sich als Endprodukt der Synthese das Ribotid des Hypoxanthins,
namlich I n o s i n s a u r e , bildet. Hypoxanthin kann fermentativ leicht durch Aufnahme von Ammoniak in A d e n i n ubergehen, auBerdem kann durch Oxydation
X a n t h i n und schlieBlich G u a n i n gebildet werden, so daB mit diesem ProzeB die
wichtigsten Nucleopurine der Zelle zuganglich sind. Formylcoenzym F wurde fiir
diesen Versuch von Greenberg durch Inkubation von Tetrahydrofolsaure mittels
Taubenleberextrakt bei Gegenwart von Formiat als Formyldonator erhalten und
konnte ebenfalls im Papierchromatogramm als blau fluoreszierende Verbindung
nachgewiesen werden.
Zusammenfassend kann gesagt werden, da13 Coenzym F als Ubertrager von
Formylgruppen bei der Biosynthese von wichtigen Purinen und Pyrimidinen eine
entscheidende Rolle spielt. Als Formyldonatoren fiir diesen ProzeS sind u. a. Formiat, Formaldehyd und das P-C-Atom des Serins anzusehsn, wahrend als Acceptoren vor allem Uracil und Amino-imidazol-carbonsaureamid in Prage kommen.
Die angegebene Rolle des Coenzyms F scheint somit eine gewisse Parallele in der
bekannten Aufgabe des Coenzyms Aalseines U b e r t r a g e r s v o n A c e t y l g r u p p e n
zu finden. Es ist anzunehmen, daB die Formylgruppe in der Tetrahydroformylfolsaure in a k t i v i e r t e r B i n d u n g vorliegt, so daB fur sie, in Anlehnung an die von
30)
31)
B. R. Creenberg, J. amer. chem. SOC. 76, 1458 (1954).
S. W.For und H . Stetten, J . biol. Chemistry 161, 333 (1945).
W . Shive, J. Amer. chem. SOC.69, 726 (1947).
,404
Buchbespwhung
Ar&iv der
Pharmazie
Lynen32) aufgefundene , , a k t i v i e r t e Essigsaure", von Rauen und J ~ e n i c k e ~ ~ )
die Bezeichnung ,,a k t i v i e r t e Am eise n s a u r e " vorgeschlagen wurde.
Die zuletzt genannten Befunde lassen es nun durchaus als moglicli erscheinen,
da13 h e Verdrangung der PSBS durch Sulfonamide zu einem Ausfall der Bildung
von Coenzym F und damit zum Wachstumsstillstand bei Mihoorganismen fuhren
kann.
Die Wuchs- und Henimstoffanalyse hat sich somit als eine der wirksamsten
Methoden zur Aufklarung der komplizierten Vorgange bei der H e i l u g von bakteriellen Infektionen mit Sulfonamiden bewahrt. Es hat sich weiterhin die Moglichkeit eroffnet, mit Hilfe der erzielten Ergebnisse die bisher gesammelten Erfahrungen
auf diesem Gebiet einem gewissen Grundprinzip unterzuordnen. Vielleicht ist damit der Zeitpunkt naher herangeruckt, ein Chemotherapeutikum zu gcwinnen, das,
nach Paul Ehrlichs vor 50 Jahren geaul3erter Vorstellung, bei groijer Parnsitotropie und Meiner Organotropie imstande ist, mit Hdfe einer einzigen massiven
Dosis eine ,,therapia magna sterilisans" durchzufiihren.
32)
33)
F. Lynen, E. Reichert und L . Rueff, Liebigs Ann. Chem. 574, 1 (1951).
H . M . Rauen und L.Jaeuicke, Hoppe-Seyler's Z. physiol. Chem. 293, 46 (1953).
BUCHBESPRECHUNG
Kurze Anleitung zur techn.-chem. Analyse von Medkm-Reuther. 6. Aufl., Th. Steinkopff, Dresden 1955. XII, 231 s., 67 Abb., Kart. DM 9,-.
Die Einleitung in die chemische Analyse, Band IV, enthiilt auf nur 200 Seiten eine
Fiille von Erliiuterungen und Vomchriften fiir die technisch-chemischeAna:lyse, die durch
4 n e groBe Anzahl von Literaturzitaten ergiinzt werden. Der I. Teil ist aufgeteilt in die
Abschnitte Probenahme, LaSser, feste und fliissige Brennstoffe, Schmiermittel, Gasanalyse. Der 11. Ted ist gegliedert in Kolorimetrie und Photometrie (einschliefilich
Flammenphotometrie), Gewichtsanalytische Schnellverfahren, Gaavolumet,rie.Im 111.Teil
findet man Erze (Hiittenprodukte) und Metalle, Diingemittel.
Naturgema13 mu13 in einer ,,Einleitung in die chemische Analyse" auf grohre theoretische Erorterungen verzichtet und auf die entsprechenden Spezialwerke verwiesen
werden.
Der Anhang bringt eine kurze Darstellung technischer Temperaturmcssungen sowie
theoretischer Grundlagen und MeDverfahren zur Bestimmung der Wmserstoffionenkonzentration.
Dem klar und iibersichtlich abgefal3ten Buch ware eine etwas gefiilligere Ausstattung
zu wiinschen. Es wird sich auch in Zukunft nicht nur bei den Studierenden, sondern auch
bei Laboranten und technischem Hilfspersonal grol3er Beliebtheit erfreuei.
Knabe
Abgesohlossen am 14. Juli 1956
~~~
@ Verlag Chemie, GmbH. 1956
VerantWortlich fiir die Redaktion: Prof. Dr.Dr. med. h. c. Fr. v. BmBraunschweig,
Phuum.-chem.Institut des Techn.Hochmhyle; fflr den AnzeigenH: W.Thk1, W e i n h e m y
B-tr.
V e r a Chemie, GmbH. (GeschAftsMhrer E d w d Kreuzhage), Weinheim/BergsW.
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Teil dieser Zeitschrift darf in irgen,deiner Form - durch Photokopie. MilrroALrn ader irgendein anderes Verfahren - ohne schriftliche Genehdgung des VerlaRes reproduziert werden.
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i m e may be reproduced in any form, by photoprint, microfilm, or any other means,
without written permission from the publishers. - ILI-l8-l27-KB-500o/245/55
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