2.3.2 Penicillin
Penicillin (in der Natur häuptsächlich als Penicillin G) wird von Penicillium, dem Pinselschimmel, gebildet. Dies wurde 1928 erstmals von ALEXANDER FLEMING (1929) bei Penicillium notatum zufällig entdeckt. Die großtechnische Gewinnung von Penicillin erfolgt mit Hilfe von Penicillium chrysogenum.
Das Benzylpenicillin (Penicillin G) hat folgende chemische Strukturformel:
Die wirksame Struktur des Benzylpenicillins ist der sog. β-Lactam-Ring (rot) (hier bindet "versehentlich" das Enzym Transpeptidase).
Penicillin wirkt auf die bakterielle Zellwand, deren Kernstück das Murein ist. Murein besteht aus parallelen Ketten, in denen die Zuckerderivate N-Acetylglucosamin (GlcNAc, G) und N-Acetylmuraminsäure (MurNAc, M) abwechseln. An jeder N-Acetylmuraminsäure hängt ein Tetrapeptid (Kette aus vier Aminosäuren). Die Tetrapeptide gegenüberliegender N-Acetylmuraminsäuren sind miteinander verknüpft (Transpeptidierung; geschieht mit dem Enzym Transpeptidase). Bei der Mureinerweiterung wachsender Bakterien muß diese Verknüpfung gelöst, neue Mureinbausteine eingebaut und das Murein durch Transpeptidierung wieder verschlossen werden. Penicillin verhindert die Transpeptidierung bei wachsenden Bakterienzellen!
Die Transpeptidase bindet "versehentlich" an den β-Lactam-Ring, so daß das Wiederverknüpfen der Tetrapeptide unterbleibt. Dadurch bleibt die Zellwand offen, das Cytoplasma läuft aus und die Zellen sterben. Penicillin wirkt also bakterizid.
Außerdem wirkt Penicillin aber nur sehr schlecht (d. h. nur in hohen Konzentrationen) auf gramnegative Bakterien. Der Grund dafür ist, daß das Penicillin in seiner Molekülstruktur überwiegend hydrophil (viele polare Bindungen) ist und daher die hydrophobe äußere Membran der gramnegativen Zellwand nur schlecht durchdringen und das darunterliegende Murein erreichen kann.
Nach Penicillin-Einwirkung bleiben die sog. Protoplasten[1] zurück. Im Verlauf der Penicillin-Einwirkung verändern die nun vorhandenen Protoplasten ihre Zellform in charakteristischer Weise. Es treten v. a. zwei Formen durch Verschiebung des Cytoplasmas auf:
- Hasenohr-Formen und
- L-Formen.
Die Protoplasten sind im isotonischen Medium relativ stabil.
[1]: Zellen ohne Zellwand bzw. hier mit daran hängenden Zellwandresten
