Pharmakognosie

Kenntnis der Arzneimittel, pharmazeutische Biologie

pharmacon = Heilmittel, Gift

gnosis = Erkenntnis, Kenntnis

Johann Adam Schmidt teilte die Materia medica in die Arzneienkunde (Pharmacognosis) und die Arzneienkräftelehre (Pharmakodynamik) ein.

Sein Freund und Kollege Dr. Wilhelm Schmitt revidiert und lässt das hinterlassene Lehrbuch der Materia medica 1811  in Wien drucken.

Arzneistoffe biologischen Ursprungs, von lebenden Organisme produziert

Phytopharmaka, Naturstoffe, Biologicals

Drogen/Drogeninhaltsstoffe, Antibiotika (von Mikroorganismen gebildet), isolierte Naturstoffe (Morphin, Herzglykoside, etc.), Hormone, Zytokine, Antikörper, Blutpräparate, Impfstoffe, etc.

phyton = Pflanze, pharmakon = Arzneimittel

pflanzliche Arzneimittel, herbal medicinal products

Arzneidrogen und Zubereitungen aus Arzneidrogen

Rohstoffe aus dem Pflanzen- und Tierreich, die zu arzneilichen Zwecken verwendet werden

pflanzliche Drogen sind meistens getrocknete Pflanzen oder Pflanzenteile

immer komplexe Stoffe

Bestehen aus noch unverarbeiteten ganzen, zerkleinerten und zerbrochenen Pflanzen, Pflanzenteilen, Algen, Pilzen oder Flechten; nicht verarbeitete Ausscheidungen

in getrocknetem, manchmal auch in frischem Zustand verwendet

definiert durch wissenschaftlichen botanischen Namen (binominales System)

Synonym für: pflanzlicher Stoff (herbal substance)

Blatt (folium), Blüte (flos), Frucht (fructus), Holz (lignum), Knolle (tuber), Kraut (herba), Rinde (cortex), Samen (semen), Wurzel (radix), Wurzelstock (rhizoma), Zwiebel (bulbus)

Pflanzenteil + Stammpflanze

Droge mit eigener Monographie im Arzneibuch

Monographie: Prüfung auf Identität, Reinheit und Gehalt der Wirkstoffe - Qualität

Homogene Produkte aus pflanzlichen Drogen

gewonnen durch Extraktion, Destillation, Pressung, Fraktionierung, Reinigung, Anreicherung oder Fermentation

Extrakte, ätherische Öle, Presssäfte, Tinkturen verarbeitete Ausscheidungen von Pflanzen, zerkleinerte pflanzliche Stoffe für spezifische Anwendung (Teebereitung, Pulver für Kapseln)

Synonym für: Pflanzliche Arzneimittel (herbal preperations)

European Medicines Agency

Arzneimittel, die als arzneilich wirksame Stoffe Zubereitungen aus Pflanzenteilen in einer bestimmten galenischen Form enthalten und im Sinne einer naturwissenschaftlich orientierten Medizin eingesetzt werden

Homöopahtische und anthroposophische Arzneimittel, isolierte Pflanzeninhaltsstoffe und ihre Derivate (wie Atropin, Codein, Morphin, Digitoxin, etc.), Nahrungsergänzungsmittel, Diätetika, Lebensmittel, Kosmetika

Rudolf Fritz Weiss: Professor für Phytotherapie, Begründer der wissenschaftlichen Pflanzenheilkunde, entwickelte Phytotherapie von Erfahrungsheilkunde zu systematischen Wissenschaft

Heinz Schilcher: Vater einer reproduzierbaren Phytopharmaka-Qualität, verschreibt sich der Qualitätskontrolle, schlägt Standardisierungen für Phytopharmaka vor, definiert Koeffektoren, Leitsubstanzen, wirksamkeitsmitbestimmende Inhaltsstoffe, schreibt Leitfaden Phytotherapie

Hauptinhaltsstoffe (Effektoren): klinische Wirkung allein

Hauptinhaltsstoffe mit wirksamkeitsmitbestimmendem Charakter

Leitsubstanzen: für analytische Kontrollzwecke (Identifizierung, Qualitätskontrolle), chemisch definiert

Koeffektoren - können Pharmakokinetik der Hauptinhaltsstoffe beeinflussen, nicht unmittelbar an Wirkung beteiligt

Traditionelle Überlieferung, registriert als traditionelles Arzneimittel durch dokumentierte Erfahrung

Nachweis der pharmazeutischen Qualität, Wirksamkeit und Unbedenklichkeit führt zur Zulassung

Klima, Standort, Erntezeitpunkt der Pflanze, Lagerung des Pflanzenmaterials - Qualität des Ausgangsmaterials

Herstellungsprozess (z.B. Art der Extraktion)

alle Prozesse müssen standardisiert sein, Qualitätskontrollen auf allen Stufen

Mikroskopie, Dünnschichtchromatographie

Spektrophotometrie, Gaschromatographie, Hochleistungsflüssigchromatographie

Verteilung von Stoffen zwischen einer mobilen und einer stationären Phase

Inhaltsstoffe aufgeteilt je nach dem, wo sie sich am liebsten befinden

Isolierte Stoffe aus verschiedenen Quellen

ca. 4000 v. Chr.: erste schriftliche Dokumentation

ca. 3500 v. Chr.: Sumerer kultivieren Mohn in Mesopotamien, Schlafmohn (Papaver somniferum) bezeichnet als "Pflanze der Freude"

Verbreitung: Assyrer, Babylonier, Ägypten; Persien und Indien über Alexander den Großen; China über Händler

Griechenland: Mohnkapsel - Morpheus (Gott des Traumes), Nyx (Göttin der Nacht), Thanatos (Gott des Todes)

Rom: Opium - Wohlstandsdroge

Christentum: Anwendung im 4. Jh. verboten

16. Jh.: Wiederentdeckung des Opiums in Europa, Massenware des britischen Handels mit China

1680: Sydenham's Laudanum - Opiumtinktur (Opium, Alkohol, Kräuter) gegen Husten und Schmerzen, erster Missbrauch

1803/04: Friedrich Sertürmer isoliert aktiven Inhaltsstoff (Principum somniferum) aus Opium - Alkaloid wird Morphin (nach Morpheus) benannt

1827: kommerzielle Herstellung von Morphin beginnt in Darmstadt durch E. Merck

1886: erste Alkaloidsynthese

1874: Diacetylmorphin (Heroin) wird von C.R. Wright synthetisiert

1895: Bayer beginnt mit der Herstellung von Diacetylmorphin (gegen Husten und Druchfall, Sucht steigt stark an)

natürlich vorkommende, alkalische (stickstoffhaltige), organische Verbindungen

Altertum: volksmedizinische Nutzung der Weide bei Entzündungen

1828: Salicin aus Weidenrinde gewonnen (Johann A. Buchner)

1838: Salicylsäure aus Salicin gewonnen (Raffaele Piria)

1853: Synthese von Salicylsäure (Charles F. Gerhardt)

1874: Industrielle Produktion von Salicylsäure

Nebenwirkungen: Magenschädigungen, Blutungen; schlechter Geschmack

1897: Milderung der Magen-Darm-Wirkung durch Acetylierung (Felix Hoffmann)

Heute: 50.000 Tonnen ASS/Jahr - Aspirin

1928: antibiotische Wirkung von Penicillin zufällig entdeckt (Alexander Fleming) - Schimmelpilz tötet Bakterien ab

1939: Identifizierung des Wirkstoffes in Oxford (Ernst Boris Chain und Howard Florey)

Entwicklung von Methoden zur Kultivierung und Extraktion von Penicillium-Arten und Aufreinigung von Penicillin

1943: großtechnische Produktion von Penicillin in den USA

Paclitaxel

1960-62: Naturstoff-Screening

1967: Isolierung von Palitaxel aus der Pazifischen Eibe (Taxus brevifolia)

1971: Strukturaufklärung von Palitaxel

1992: Zulassung in den USA

Heute: Eierstockkrebs, metastasierender Brustkrebs, nicht-kleinzelliges Bronchialkarzinom

1967-1995: Isolierung aus der Rinde von Taxus brevifolia - nicht nachhaltig, ökologisches Problem

1995-Mai 2002: semisyntetisch aus nachwachsenden Ästen und Nadeln der europäischen Eibe

seit Juli 2002: biotechnologisch mittels Pflanzenzellkultur

Lovastatin

1950-60: zu hoher Cholesterinspiegel Risiko für koronare Herzkrankheiten (Hypothese)

Merck&Co: Screening nach HMG-CoA Reduktase Hemmern (Schlüsselenzym der Cholesterinbiosynthese)

1978: Lovastatin aus Aspergillus terreus (Pilz)

1987: Zulassung in den USA

Isolierung: mühsames Verfahren, nicht immer erfolgreich (Extrakt, Fraktionen, Extrakt aus Fraktionen, Unterfraktionen usw.)

Strukturaufklärung (zu kompliziert)

Ressourcen nicht mehr zu finden - Wiederfindung?

Synthese nicht möglich

Einsatz von Organismen oder Teilen davon bei der Herstellung oder Verbesserung von Arzneistoffen in technischen Verfahren

Mit Mitteln der Biotechnologie und gentechnisch veränderten Organismen hergestellte Arzneimittel

Biopharmazeutika, Biopharmaka, Biologica, Biologics

Hormone (Insulin), Zytokine, Gerinnungsmodulatoren, rekombinante Antikörper

DNA-Rekombinationstechnik

Summe aller Methoden, die sich mit der Isolierung, Charakterisierung, Vermehrung und Neukombination von DNA beschäftigt; auch über Artgrenzen hinweg

Hergestellt durch gentechnische Modifikation

Die kodierende DNA wird über ein Plasmid oder einen viralen Vektor in einen Mikroorganismus oder eine Zelllinie eingeführt, wo die DNA exprimiert und zum Protein translatiert wird

Gewinnung des Produktes durch Extraktion und Reinigung

Wirtszelle, Wirt-Vektor System

über Herstellungsprozess definiert

Bakterien - E. coli, Prokaryonten mit Limitationen, einfache, kostengünstige Lösung

Hefen - Bäckerhefe (Saccaromyces cerevisae), einfacher Eukaryot

Säugerzellen - Hamsterzellen

Pflanzenzellen - eher untergeordnete Rolle

Transkription: DNA wird gespalten und eine mRNA gebildet

Translation: In den Ribosomen wird durch die mRNA und andockende tRNA eine Proteinkette gebildet, mRNA wird in Aminosäurensequenz übersetzt

3 Nukleotide codieren für eine Aminosäure (gleicher Code)

Veränderungen der Proteinkette nach der Translation

in den Eukaryonten, im ER

Glykosilierung (Kohlenhydratketten), Disulfidbrückenbildung, Herausschneiden von Teil-/Signalsequenezn

Im Golgi-Apparat

Beim Menschen entsteht eine komplexe Saccharidstruktur mit entständiger NANA (Sialinsäure, N-Acetylneuraminsäure)

In der Hefe entstehen Zuckerreste vom "High-Mannose-Typ"

Zuckerketten haben wichtige Bedeutung für

Ladung, Stabilität, Löslichkeit, Faltung, Zell-Zell-Interaktion, Ligandenerkennung/-bindung, biologische Funktion, Immunogenität (Protein sollte nicht immunogen sein)

Monoklonaler, chimärer Antikörper gegen das CD20-Antigen auf B-Zellen

zur Eliminierung von CD20 positiven B-Zellen

Anwendung: Non-Hodgkin-Lymphome (NHL; B-Lymphozyten entarten), chronische lymphatische Leukämie (CLL; zu starke Immunreaktion), rheumatoide Arthritis, Polyangiitis

Ein ganz wichtiger Mechanismus, bei dem mit dem Antikörper beladene Zielzellen durch NK-Zellen (Natural Killer) mit Fc-Rezeptoren zerstört werden (Lysis).

Rituximab ist so ein Antikörper

Ohne Zellkern

Einzelnes, doppelsträngiges, in sich geschlossenes DNA-Molekül, ca. 1 mm lang, nicht mit Histonenproteinen assoziiert (Bakterienchromosom, Nucleoid)

Plasmide: Vektoren, tragen DNA-Information

70-S-Ribosomen (kleiner als in den Eukaryonten)

keine membranbegrenzten Organellen wie ER oder Golgi

Cytoplasmamembran - Zellwand - Kapsel

Die Zellwand ist eine dünne Peptidoglycanschicht (aus Murein) über der inneren Membran und wird noch von einer äußeren Membran umhüllt.

Rote Färbung

Über der Zellmembran liegt eine dicke Peptidoglycanschicht

Violette Färbung

Zellkern

Doppelsträngige DNA im Kern, in Chromosomen organisiert, mit Histonproteinen assoziiert (dichte Organisation)

Mitochondrien (auch DNA vorhanden), Chloroplasten

80-S-Ribosomen

Organellen in verschiedene Kompartimente strukturiert - glattes und raues ER, Golgi-Apparat, Lysosomen, Centriolen, Peroxysomen - schwimmen im Cytosol (flüssiges Milieu)

Cytoplasma: Zellinneres ohne Kern

Wasser (70%), Proteine (18%), Lipide (5%), sonstige Stoffwechselprodukte (2,5%), Polysaccharide (2%), Nucleinsäuren (1,5%), anorganische Ionen (1%)

Aus Aminosäuren - 20 proteinogene Aminosäuren

Aminosäuren: chirales alpha-C-Atom - Enantiomere, L-Form in unserem Organismus

Aminogruppe, Carboxylgruppe, Wasserstoffatom, variable Seitenkette

bei pH=7,4 - Carboxylatform und Ammoniumform

Glycin, Alanin, Valin, Leucin, Isoleucin, Methionin (Stratprotein bei Proteinbiosynthese), Prolin, Phenylalanin, Tyrosin (kann phosphoryliert werden), Tryptophan

hydrophober Effekt, im Inneren des Proteins

Serin, Threonin (beide können phosphoryliert werden; OH-Gruppen sind reaktiv), Cystein (können Disulfidbrücken bilden - 3D-Struktur), Asparagin, Glutamin

Asparaginsäure, Glutaminsäure (beide sauer, negativ geladen)

Lysin (2 primäre Aminogruppen), Arginin, Histidin (alle basisch, positiv geladen)

Verknüpfung von Aminosäuren zu Proteinen

Direktionalität: Synthese läuft in eine Richtung vom Aminoterminus zum Carboxyterminus unter Wasserabspaltung

Aus Nucleotiden

Aus einem Zucker, einer Base und einem Phosphatrest

Aus einem Zucker und einer Base

Purinbasen: Adenin, Guanin

Pyrimidinbasen: Thymin, Cytosin, Uracil

Nucleoside: Adenosin, Guanosin, Thymidin, Cytidin, Uridin

Die Phosphate und Zucker bilden über Phosphodiesterbindungen das Rückgrat der Polynucleotidkette, die Basen bilden mit komplementärent Basen Wasserstoffbrücken

Die DNA-Synthese läuft vom 5'-Ende zum 3'-Ende, das mit einer OH-Gruppe das freie Ende bildet

Sequenz: Einbuchstabencode der Aminosäuren

DNA: doppelsträngig, komplementäre Basenpaarung (3 G-C, 2 A-T), Desoxyribose - H am C2-Atom

RNA: einzelsträngig, Uracil statt Thymin, Ribose - OH-Gruppe am C2-Atom

Energiespeicher, Stützfunktion, Kommunikation zw. Zellen an Proteinen

Pentose: D-Ribose, alpha-D-Ribofuranose, alpha-D-Ribopyranose (alpha-glykosidische Bindung);

beta-D-Ribonfuranose, beta-D-Ribopyranose (beta-glykosidische Bindung)

Hexose: D-Glucose, alpha-D-Glucopyranose, beta-D-Glucopyranose (Anomere, beta häufiger)

liegen häufig als cyclische Halbacetale vor

Saccharose (Rohrzucker): Glucose + Fructose

Lactose (Milchzucker): Galactose + Glucose

Pflanzliche Stärke: Amylose (20-30%) - alpha-D-Glucose (1,4), unverzweigte Kette; Amylopektin (70-80%) - alpha-1,6, alle 25 Moleküle verzweigt

Speichermedium für Pflanzen, Nahrungsbestandteil für Menschen

Glykogen: Glykogenspeicher, alpha-D-Glucose (1,4), jede 10. Einheit verzweigt (1,6)

Fettstoffe, in Wasser schlecht lösliche, aber in organischen Lösungsmittel gut lösliche Moleküle

Speicherlipide: Triacylglycerine (Fette, Öle) - Glycerin + 3 Fettsäuren (verestert)

Membranlipide: Phospholipide - Phosphoglyceride (Glycerin + 2 Fettsäuren + Phosphatrest), Sphingomyeline  (Spingosin + 1 Fettsäure + Phosphatrest); Glykolipide (Sphingoglykolipide) - Spingosin + 1 Fettsäure + 1 Mono-/Oligosaccharid; Cholesterin - Steroidgerüst + Kohlenwasserstoffkette + OH

Wachse: Ester von Fettsäuren und einwertigen Alkoholen

Isoprenoide: Derivate des C5-Kohlenwasserstoffs Isopren

Steroide: Cholesterinester, Hormone, Vitamine

Abschnitt auf der DNA, der die Grundinformationen zur Herstellung einer biologisch aktiven RNA enthält

mRNA: messenger, codiert Proteine, enthält genetische Information

tRNA: transfer, aktivierte Aminosäuren werden zur Verfügung gestellt

rRNA: ribosomale RNA, in Ribosomen, katalytische Funktion

In weitem Sinn: Bezeichnet, wie der Genotyp eines Organismus oder einer Zelle als Phänotyp ausgeprägt wird

In eingerem Sinn: Biosynthese von Proteinen anhand genetischer Information mitsamt allen Prozessen, beginnend mit der Transkription als Synthese von RNA

Prokaryonten: viel einfacher, Transkription von mRNA - Translation in Ribosom - Protein

Eukaryonten: geschützt im Zellkern, Transkription einer pre-mRNA (enthält Introns) - Splicing der pre-mRNA (Introns werden entfernt) - Export der fertigen mRNA - Translation im Ribosom - Protein

Energiereiche Nahrung wird durch hydrolytische Prozesse zerlegt und weite zu Acetyl-CoA

Polysaccharide: Glykogenabbau zu Zucker, Glykolyse

Proteine: Proteolyse zu Aminosäuren

Fette: zu Fettsäuren, beta-Oxidation

Acetyl-CoA tritt in den Citratzyklus ein

In den Mitochondrien durch oxidative Phosphorylierung

Elektronen werden auf Sauerstoff übertragen und  ATP entsteht - 90% unseres ATP wird so gebildet

6 CO2 + 6 H2O werden zu C6H12O6 (Glucose) + 6 O2 unter Energie des Sonnenlichts