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Plectasin – eine Alternative zu herkömmlichen Antibiotika?

Plectasin ist ein Polypeptid, das den Defensinen zugerechnet wird. Defensine sind kleine, nur 33 bis 47 Aminosäure-Bausteine umfassende Polypeptide, die in allen mehrzelligen Tieren und Pflanzen vorkommen. Sie dienen der Abwehr von mikrobiellen Erregern und sind aus diesem Grund auch für die Forschung interessant. Es besteht die Hoffnung, mithilfe der Defensine neue Antibiotika herstellen zu können.

Materialien

Material 1: Daten zu ausgewählten Aminosäuren

Material 2: Die Strukturaufklärung von Plectasin

2001 wurde Plectasin entdeckt. Es ist ein Polypeptid, das aus 40 Aminosäure-Bausteinen besteht. Im Vergleich zu anderen Polypeptiden dieser Größe weist es eine ungewöhnlich hohe Temperaturstabilität auf.

Material 3: Auftrennung von Protein- und Aminosäuregemischen durch Elektrophorese

Sowohl zur Auftrennung von Proteingemischen als auch zur Identifikation von Proteinen, z. B. Plectasin, finden Elektrophorese-Apparaturen Verwendung. In diesen können Peptid- und Aminosäuregemische aufgrund ihres Wanderungsverhaltens in einem elektrischen Gleichspannungsfeld in ihre Bestandteile aufgetrennt werden.

In einem Modellexperiment zur Elektrophorese wird ein Gemisch aus Glutaminsäure und Lysin verwendet. Das Gemisch wird in der Mitte eines mit einer Salzlösung (pH = 7) getränkten Filterpapiers aufgetragen. An dieses Papier wird eine elektrische Gleichspannung angelegt, bis sich das Aminosäuregemisch getrennt hat. Im Anschluss werden die Aminosäuren mithilfe eines Farbstoffs sichtbar gemacht.

Material 4: Plectasin als Antibiotikum

Antibiotika sind Substanzen, die Bakterien abtöten. Sie spielen in der Medizin bei der Bekämpfung von Krankheitserregern eine bedeutende Rolle. Eine Vielzahl von Antibiotika wird kostengünstig in großer Menge hergestellt. Viele Bakterienstämme haben gegen herkömmliche Antibiotika, wie z.B. Penicillin, bereits Resistenzen entwickelt. Zudem können bei deren Abbau im Körper schädliche Produkte entstehen. Deshalb ist die Forschung immer auf der Suche nach neuen Antibiotika.

Eine mögliche Alternative könnte das Plectasin sein. Plectasin kann nicht oral (über den Mund) verabreicht werden, da es zum einen nicht magensäurestabil ist und zum anderen aufgrund seiner Größe nur unzureichend ins Blut aufgenommen werden kann. Tierversuche mit Plectasin-Infusionen zeigen aber eine hohe Wirksamkeit gegen Bakterien im lebenden Organismus. Dabei sind in bisherigen Studien keine Nebenwirkungen bei Verabreichung von Plectasin aufgetreten. Eine großtechnische und kostengünstige Produktion von Plectasin ist derzeit noch nicht möglich.

1.

Beschreiben Sie die Primärstruktur bei Proteinen. Stellen Sie den in Abbildung 1 eingerahmten Ausschnitt aus dem Plectasin-Molekül in Strukturformelschreibweise dar (M 1, M 2). Begründen Sie die hohe Temperaturstabilität des Plectasins (M 1, M 2). [8 BE]

2.

Benennen Sie die in Abb. 2 mit A und B markierten Sekundärstrukturen. Vergleichen Sie diese bezüglich ihrer Stabilisierung. Erklären Sie einen Vorteil der Bändermodell-Darstellung im Vergleich zu einer Darstellung der Sekundärstruktur mit Strukturformeln (M 2). [6 BE]

3.

Erläutern Sie die Beobachtungen beim Elektrophorese-Versuch unter Verwendung geeigneter Strukturformeln (M 1, M 3). [7 BE]

4.

Stellen Sie unter Angabe eines Strukturformelausschnitts eine Hypothese zur geringen Magensäurestabilität auf (M 4). [5 BE]

5.

Diskutieren Sie anhand von drei Aspekten die im Titel formulierte Frage „Plectasin – eine mögliche Alternative zu herkömmlichen Antibiotika?“ (M 4). [4 BE]