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Pharmazeutische Chemie (Subject) / polysaccharide (Lesson)

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• Polysaccharide Chemisch:Polyacetale, daher mit Säure spaltbar, sehr viele Vertreter haben Uronsäurebausteine.Funktion: Reserve- bzw. Gerüststoffe.1. Homoglycane: nur 1 Baustein2. Heteroglycane: 2 oder mehrere Bausteine1. Homoglycane: (C6H10O5)nD-Glucane: Stärke, Glycogen, Cellulose, Dextrane, Cyclodextrine
• AMYLOSE Etwa 300-1000 D-Glucose-bausteine sind linear verknüpft und bilden eine helicale Strukturmit 6 Glucoseeinheiten pro Windung Die axiale Stellung des Sauerstoffs am C-1 und die equatoriale Position am C-4 schließen einefadenförmige Anordnung aus.In diese kanalartige Struktur mit einem Innendurchmesser von 5 Å können sich I3--Einheiten einlagern:Clathrate. Amylose ist in kaltem Wasser unlöslich, löst sich aber in der Hitze
• AMYLOPEKTIN 75 - 85 % der Stärke,(1 → 4)-D-Glucan mit 4-5% 1 → 6-Bindungen (Isomaltose-Verknüpfung):d.h. je eine Verzweigung auf 20-25 Glucosebausteine,MG: 1,5 – 2x106 Da, d.h. ~ 10.000 Glucose-Bausteine, gehört damit zu den größten Biopolymeren.Amylopektin ist in geringem Ausmaß phosphoryliert (0,2%).Durch die vielen Verzweigungsstellen und die relativ kurzen helicalen Abschnitte ist Amylopektinin reiner Form in kaltem Wasser gut löslich.Gibt mit I2 nur Rotviolettfärbung.Aufgrund der starken Verzweigung ist Amylopektin auch wesentlich leichter und rascherenzymatisch abbaubar als Amylose.
• Offizinelle Stärkesorten Weizen-, Reis-, Mais- und Kartoffelstärke
• Blutplasma 90% Wasser, 7-8% Eiweiß, Rest Kohlenhydrate, Lipide, Aminosäuren,
• Plasmaersatzflüssigkeiten: Homologe Plasmapräparate (körpereigene Plasmabestandteile)- Humanalbumin-Lösungen- Pasteurisierte Plasma-Protein-LösungenKörperfremde kolloidale Plasmaersatzmittel- Dextran (nur veterinär in Österreich)- Hydroxyethylstärke- Gelatine
• Vor und Nachteile der Infusion von Plasmaersatzmitteln: Vorteile:- Unbegrenztes Angebot- Unabhängige Lagerfähigkeit- Sofortige Anwendbarkeit- Verbesserung der Fließeigenschaften des BlutesKörpereigene Kolloide (homologe Plasmapräparate):- Erhöhung der Plasmaeiweißkonzentration- Verbesserung der Gerinnungsfunktion- Verbesserung der ImmunitätslageKörperfremde Kolloide:- Sterilisierbarkeit- Keine KrankheitsübertragungNachteile:- Mitunter Nebenwirkungen- Mengenbegrenzung (Sauerstoffkapazität, Blutgerinnungsfunktion)
• DEXTRANE: 1-6 α-glykosidisch verknüpfte Polysaccharide mit Glucose als BausteinDurch 1-6 Verknüpfung schwer abbaubar im OrganismusGewinnung mikrobiologischIm Handel Dextran 60 (MG 60.000) und Dextran 40 (MG 40.000)
• GELATINE: Gelatine ist ein Stoffgemisch aus geschmacksneutralem tierischem Protein oder denaturiertembzw. hydrolysiertem Kollagen, das aus dem Bindegewebe verschiedener Tierarten, vor allem Schweinenund Rindern, produziert wird.Zur Verfügung stehen durch Harnstoffbrücken vernetzte Gelatine und modifizierte flüssige Gelatine
• HYDROXYETHYLSTÄRKE Herstellung aus Stärkearten mit hohem Amylopektingehalt (>90%):z.B. SORGHUM-Stärke: tropische Hirseart, kultiviert in USA:Amylopektin wird mit Säure partiell hydrolysiert und die Hydrolyseprodukte mitEthylenoxid umgesetzt bis ca. 70% der Glucoseeinheiten eine Hydroxyethylgruppe enthalten. Wird nur sehr langsam von der körpereigenen -Amylase abgebaut,je höher der SG - umso langsamer, unabhängig von der Molekülgröße.Bruchstücke, deren Molmasse unter der Nierenschwelle (< 30.000 Da) liegt, werden renal ausgeschieden.Ein geringer Teil wird im Reticulo-Endothelialen System (RES) zwischengelagertund dann langsam durch lysosomale Enzyme metabolisiert.HES bewirkt im Gegensatz zu Dextran und Gelatine keine Veränderung der Nierenfunktion.Wird auf Grund der glycogenähnlichen Struktur nicht als „fremd“ erkannt:kaum immunologische und allergische Reaktionen. Durch die Substitution wird das Molekül„aufgespreitzt“: bessere H2O-Löslichkeit.
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• drei verschiedene HES Produkte 1. Höhermolekulare HES: MG: ~ 450.000Indikation: GefäßauffüllungNachteil: Bei hochmolekularen Verbindungen: Gerinnungsprobleme2a. Mittelmolekulare HES: MG: ~ 200.000Indikation: Hämodilution bei arterieller Veschlußkrankheit, HWZ: 4-6 Stdn.HÄS-STERIL-FRESENIUS®: 200/0,5 (= MG in kDalton/Substitutionsgrad)HYPERHES®: 200/0,632b. Mittelmolekulare HES: MG: ~ 130.000Vorteil: geringere AkkumulationsrateVOLUVEN®: 130/0,4TETRASTAN®, PLASMAHES®, VENOFUNDIN®, VOLULYTE®3. Niedermolekulare HES: MG: ~ 70.000Indikation: Volumensubstitution, HWZ: 1-2 Stdn.
• GLYCOGEN: (1 → 4)-D-Glucan mit Verzweigungen 1 → 6Maltose (1 → 4) : Isomaltose (1 → 6) = 12:1MG: 5 - 15 Millionen, d.h. 30.000 – 100.000 Glucose-BausteineQuillt im Wasser und ist in der Hitze kolloidal löslich.Tierisches Reservekohlenhydrat in Leber (6%) und Muskel (0,6%).Moleküle in dauerndem Auf- und Abbau.
• CELLULOSE Wichtigster pflanzlicher Gerüststoff.Die weitverbreitetste und in mit Abstand größter Menge vorkommende organische Verbindung.In reiner Form: Baumwolle, Flachs, Filtrierpapier.Vergesellschaftet mit Lignin im Holz (40-50%).Disaccharidbaustein CellobioseMG ~ 250.000 - 800.000, d.h. 1.500 - 5.000 Glucose-Bausteine.1b → 4-D-Glucan.Dadurch unspaltbar durch die Verdauungsenzyme des Menschen und der meisten Tiere:Ausnahme Wiederkäuer, welche bakterielle Cellulasen benützen.Cellulasen aus Aspergillus niger werden in Verdauungs-Enzympräparaten verwendet.Cellulasen kommen außer in Bakterien auch in Schnecken, Pilzen und Insekten vor. Die b-glycosidische Bindung der D-Glucose-Moleküle bedingt bisäquatoriale Verknüpfungund dadurch die Ausbildung eines gestreckten Fadenmoleküls,die alpha-glycosidische Verknüpfung in der Stärke hingegen begünstigt deren helicale Struktur Die fadenförmige Struktur der Cellulosemoleküle ermöglicht enge intermolekulare Wechselwirkungen durch Ausbildung von inter- und intramolekularen Wasserstoffbrücken, woraus eine besonders dichte Packung und eine kristallartige Struktur entsteht: MikrofibrillenDadurch können in Wasser die Hydroxyl-Gruppen nicht hydratisiert werden und Cellulose ist absolutwasserunlöslich.
• Pharmazeutisch relevante Produkte aus Cellulose Verbandwatte aus Baumwolle Verbandwatte aus Viskose (Gebleichte Form regenerierter Cellulose, nach dem Viskoseverfahren hergestellt. ) Mikrokristalline Cellulose (- als Abführmittel, Magenfüller- als Hilfsstoff: Füll-, Binde-, Sprengmittel für Tabletten- als Lebensmittelzusatzstoff:Verdickungs-und Füllmittel (E 460), erhöht Schmelzbeständigkeit von Speiseeis) Cellulosepulver Hochgebleichter Verbandzellstoff Auch „Zellstoffwatte“ oder „Zellstoff“ genannt.Papierähnliches, weiches, gut saugfähiges Material aus miteinander verfilztenCellulosefasern (-Zellulose) ohne lignin Regenerierte Cellulose Fasern 12 mm Durchmesser, 40 mm lang (Zellwolle, Verbandwatte), Folien (Cellophan)Gewinnung durch Überführung in lösliche Derivate und Ausfällen nach Pressendurch feine Düsen oder Schlitze.
• Regenerierte Cellulose 1) Schweizer Cupro-Fasern (1857):Lösen der Cellulose in „Schweizer Reagens“ = Cu-tetramin-hydroxid=„CUOXAM“Auspressen in saures Spinnbad. Fasern haben schönen Glanz.Verfahren wenig umweltverträglich: Cu-Rückgewinnung. 2) Viskose-oder Xanthogenat-Verfahren (1891): Zellstoff wird mit ~20% NaOH und CS2 behandelt:Natroncellulosexanthogenat (=Dithiokohlensäureester) gut wasserlöslich, zähflüssige Lösung (= Viskose) Beim Auspressen in ein saures Spinnbad durch feinste Düsen zerfällt es sofort in Cellulose + CS2.Länge und Stärke der Fasern regulierbar nach Verwendungszweck: „Viskosefasern“, „Viskoseseide“:Herstellung von Verbandwatte bzw. Verbandgewebe („Gaze“ nach Gaza). Über Filmgießer entstehen Viskosefolien (Cellophan®) und Schwämme. 3) LYOCELL-Verfahren: NMMO-Verfahren (= N-Methylmorpholin-N-oxid) Der Zellstoff wird in NMMO unter Erhitzen aufgelöst und die Lösung bei~100° versponnen.Unterschiede zum Viskoseverfahren:- Cellulose wird nicht derivatisiert, sondern nur physikalisch gelöst- Die Spinnbadflüssigkeit (wässrige Lösung von NMMO) zerstört die Nebenvalenzbindungenzwischen Cellulose und NMMO und Cellulose fällt aus. Vorteile:- geringere Prozeßstufenzahl- vollständige LM-Rückgewinnung (97-99%) durch Destillation- nichttoxische Chemikalien, geringe Umweltbelastung !- Lösung kann lange Zeit zwischengelagert werden- Fasern haben sehr hohe Trocken-, Naß- und Schlingen-FestigkeitNachteil: hoher Preis des NMMO
• Cellulose-Derivate Zugänglich durch Reaktionen mit den 3 Hydroxylgruppen pro Glucosebaustein. DS = Durchschnittlicher Substitutionsgrad= Zahl der pro Glucoseeinheit umgesetzten OH-Gruppen (0-3). 1. Cellulose-ether: Herstellung:Lösen der Cellulose in NaOH und Umsetzung mit Alkylhalogeniden bei erhöhter Temperatur unter Druck.Ohne Alkaliverbrauch erfolgt die Reaktion mit Epoxiden. 1.1. Nichtionogene Celluloseether:Zur Erzielung von Wasserlöslichkeit darf nur partiell alkyliert werden.DS zwischen 1,2 und 2! Produkte mit DS = 3 wären nicht wasserlöslich METHYLCELLULOSE: MCEuAB: Viskosität einer 2%-Lösung in Millipascal-Sekunden muß auf dem Behältnis angegeben werden.wasserlöslich, Anwendung als Klebstoff, Verdickungs- und Suspensionsmittel, als Laxans (BULK®-Tabl.)HYDROXYETHYLCELLULOSE: TYLOSE H, EuAB.Partiell O-2-hydroxyethylierte CelluloseHerstellung: mit EthylenoxidAnwendung: Pharm. Hilfsstoff: Gelbildner, Filmbildner, Bindemittel für GranulateHYDROXYPROPYLCELLULOSE:Im EuAB offizinellPartiell O-2-hydroxypropylierte CelluloseAnwendung: wie Hydroxyethylcellulose HYDROXYPROPYL-METHYL-CELLULOSE: HPMC= HYPROMELLOSE (EuAB)Partiell O-methylierte und O-2-hydroxypropylierte Cellulose2-4% Hydroxypropyl- und 20-30% MethylgruppenMeistgebrauchter viskositätserhöhender Celluloseether für Augenpräparate:- gegen Austrocknung der Horn- und Bindehaut, Fremdkörper-einhüllend,- künstliche TränenflüssigkeitAuch in Abführmitteln: YAL®-KlistierEiner der meistverwendeten pharmazeutischen Hilfsstoffe:Gelbildner, Verdickungsmittel, Bindemittel zur Tablettierung 1.2. Ionogene Celluloseether:CARBOXYMETHYLCELLULOSE-Na: CMC, Celluloseglycolat= CARMELLOSE-Natrium (EuAB)Herstellung:Alkalisierte Cellulose + Na-MonochloracetatOH am C-6 hat höchste Reaktivität,DS-Werte von 0,5-1,2Verwendung:- Binde-, Verdickungs- und Suspensionsmittelin Pharmazie, Lebensmittel- (Speiseeis, Joghurt, Backwaren) und Textilindustrie- Augentropfen, künstliche Tränenflüssigkeit- künstlicher Speichel (SIALIN SIGMA®, GLANDOSANE 2. Cellulose-Ester:OH-Gruppe am C-6 ist am reaktionsfähigsten, die OH-Gruppen am C-2 und C-3 reagieren langsamer.2.1. Cellulose-Ester mit anorganischen Säuren:CELLULOSE-NITRAT: „Nitrocellulose“ 2.2. Cellulose-Ester mit organischen Säuren:CELLULOSE-ACETATE (CA):CA mit DS 2,2-2,7: Verarbeitung zu Fotofilmen (geringe Entflammbarkeit: „safety film“)und Textilfasern („Kunstseide, Acetatseide, Acetat-Reyon“) CELLULOSE-ACETAT-PHTHALAT (CAP):Herstellung aus partiell hydrolysiertem Cellulosetriacetat, das mit Phthalsäureanhydrid und Pyridinumgesetzt wird. Magensaftresistente Überzüge in Tabletten, Drageekernen, Kapseln, Granulaten.
• CYCLODEXTRINE 1891 als Stärkeabbauprodukte isoliert Herstellung: aus Stärke durch Bacillus macerans.Sie sind im Kristallgitter so aufeinander geschichtet, daß sie Kanäle bilden,in die passende Moleküle eingeschlossen werden können.Dadurch werden die Verbindungen stabilisiert und v.a. besser wasserlöslich.Außerdem kann man Bioverfügbarkeit, Toxizität und Geruch der Gastverbindung vorteilhaft beeinflussen.
• CHITIN: Polysaccharid aus N-Acetyl-D-glucosamin in 1b → 4 Verknüpfung2-Desoxy-2-acetylaminocellulose"MG 150.000 (~ 1000 Bausteine)chitos = Panzerhemd, Panzer der Arthropoden und InsektenAbsolut wasserunlösliches Gerüst-Kohlenhydrat
• INULIN: D-Fructan aus ~ 30 D-Fructosebausteinen, abgeschlossen durch eine D-Glucose:kein reduzierendes Ende2b → 1 VerknüpfungMG ~ 5000 Inulin ist ein für die Familien Liliaceae und Asteraceae charakteristischer Reservestoff.Besondere Quelle Cichorienwurzel (Cichoreum intybus). Früher Rohstoff zur Fructosegewinnung.Medizinischer Hilfsstoff zur Bestimmung des extracellulären Flüssigkeitsvolumensund der Nierenfiltrationsleistung (Clearance).Dazu geeignet, weil es nicht in Körperzellen eindringen kann, in den Körperflüssigkeitennicht abgebaut wird und in der Niere weder sezerniert noch resobiert wird (nur Filtration !).Nachteil: Infusion erforderlich; endogener Indikator: Creatinin
• SINISTRIN: Polyfructosen aus MeerzwiebelnINUTEST® 25% Amp.: besser wasserlöslich als Inulin
• Heteroglycane: HEMICELLULOSEN: Unterschiede zur Cellulose:- in verd. Lauge und verd. Säuren löslich, z.T. sogar in H2O- Polymerisationsgrad niedriger: 50-250 Bausteine- leichter verdaulich für Pflanzenfresser- nicht nur Glucose-Bausteine:Pentosen: D-Xylose, L-Arabinose.......PentosaneHexosen: D-Galactose, D-Glucose, D-Mannose.....Hexosaneauch Uronsäuren (Glucuron- und Galacturonsäure)Vorkommen: vor allem in der Zellwand von Holz und von strohähnlichem Material Die wichtigsten Polyosen: Xylane (Holzgummi)ArabaneMannaneGalactane
• ALGINSÄUREN Vorkommen in Algen, in den Zellwänden anstelle von Pektin in den höheren Pflanzen.Die Zellwände von Braunalgen enthalten bis zu 40 % der Trockensubstanz Alginate.Gewinnung aus Seetang (Phaeophyceae). 575.000 t jährlich ! Struktur: lineare Polymere von1b → 4 verknüpfter D-Mannuronsäure(p) mit1a → 4 verknüpfter L-Guluronsäure (p) (Epimere am C-5!)19 - 25% Carboxylgruppen Diese Bausteine kommen sequentiell und alternierend vor.Je nach Herkunft und Reifegrad kann man natürliche Polymere gewinnen,die fast ausschließlich aus Poly-D-mannuronat oder zu über 70% aus L-Guluronat bestehen.Die Substanz quillt in H2O ohne sich zu lösen, löst sich in Alkalihydroxidlösungen. Lösliche Alginate: Alkalisalze + Mg-SalzNa-Alginat (E 401) bildet in Wasser eine hoch viskose kolloidale Lösung (Mucilago).Außerordentlich hitzebeständig. Anwendung:- Antacidum (bilden eine säurebindende Schutzschicht)- Suspensionsmitel, Sprengmittel bei der Tablettierung- Instant Puddings
• PEKTINE: gr. pektos.....geronnen, bildet mit Wasser feste GallertenWichtiger Bestandteil der Zellwand von höheren Pflanzen und der Mittellamelle (Ca-pektat). Struktur:Grundkette von 1 → 4 GalacturonsäureCarboxylgruppen z.T. mit Methanol verestert (20-80 %)- niedrig-verestert (<50%)- hoch-verestert (>50%)Die Polygalacturonsäuresequenzen sind durch1 → 2-verknüpfte L-Rhamnosereste unterbrochen.Kettenverzweigungen werden von-L-Arabofuranose-, b-D-Galactose oderD-Xylose-Bausteinen gebildet.MG variiert zwischen 10.000 und 500.000 Durch Salzbildung der freien Carboxylgruppen der nativen Pektine entstehen PEKTINATE Anwendungsmöglichkeiten im Lebensmittelbereich:Gelierhilfe: hochverestertes Pektin in saurer wässriger Lösung (pH 3-3,5) nach Zusatzvon ~ 60% Zucker: klare feste Gele: Obstgelees, Marmeladen. Pharmazeutische Anwendungen:Antidiarrhoicum: Diarrhoesan®-orale Lösung
• GUAR GUARKERNMEHL Reservekohlenhydrat aus der Büschelbohne (Leguminose).Grundkette aus 1b → 4 D-Mannose, an jedes zweite Mannosemolekül istein b-D-Galactose-Molekül geknüpft: „Galacto-mannan“. Die b-glycosidischen Bindungen sind durch Verdauungsenzyme nicht spaltbar: unverdaulich Der therap. Effekt beruht auf der Tatsache, daß Guar in Wasser quillt und einhochviskoses Gel bildet: Verzögerung der Resorption von Glucose aus der Nahrung:keine postprandialen Glucosespitzen. Minderung der Fettresorption. Quantum satis zugelassen.
• GLYCOSAMINOGLYCANE (GAG) früher MucopolysaccharideNegativ geladene Glycane, die Aminozucker (Glycosamine) und Uronsäuren als Bausteine enthalten:Die meisten sind Matrixpolysaccharide tierischen Ursprungs undsie haben wichtige Funktionen als Stütz-, Schutz- und Gleit-Substanzen. Strukturell sind sie alternierende Copolymere aus b-1,4-substituierten Uronsäurenund b-1,3-substituierten N-Acetyl-hexosaminen, 1. HYALURONSÄURE: HYALURONAThyalos....glasartigwässrige Lösungen von Na-Hyaluronat bilden durchsichtige, hochviskose Gallerten.Struktur: -[D-Glucuronsäure 1b → 3-N-Acetyl-D-glucosamin-1b → 4]n Vorkommen: Glaskörper des Auges, Synovialflüssigkeit (Gelenke) HYALURONIDASE:Endohydrolase:Enzymkomplex greift inmitten des Moleküls an, Viskosität der Lösung wird sehr rasch vermindert:Steigerung der Permeabilität des Bindegewebes: „Spreading factor“. HYLASE DESSAU® 150 IE:Therapie der postoperativen Erhöhung des Augeninnendrucks nach Gabe von Hyaluronsäure nachKataraktoperationen bzw. bei Trabekulektomie bei Operationen von Weitwinkelglaukom. HYALURONIDASEHEMMER: Wirken gewebsabdichtend: Entzündungsvorgänge werden lokalisiert und die Wundexsudation wird gehemmt POLYMERISIERTES PHLOROGLUCINPHOSPHAT 2. MUCOITINSULFAT: „Hyaluron-schwefelsäure“ Bestandteil tierischer Schleime mit protektiver Funktion, insbes. an derMagenschleimhaut Bausteine:D-GlucuronsäureN-Acetyl-D-glucosaminD-GalactoseH2SO4 3. CHONDROITINSULFAT Chondroitinsulfat A: D-Glucuronsäure-N-Acetyl-D-galactosamin-4-sulfatChondroitinsulfat C: D-Glucuronsäure-N-Acetyl-D-galactosamin-6-sulfat Neben Hyaluronsäure am Aufbau des Bindegewebes beteiligt. Besonders reichlich im Knorpel, dessenGrundsubstanz es gemeinsam mit dem Gerüstprotein Kollagen bildet. Anwendung:Na-Salz: CHONDROSULF® 400 mg Kapseln, 400 mg Granulat, 800 mg FilmtablettenUnterstützende Behandlung von degenerativen Gelenkserkrankungen (Arthrosen).Installation einer Lösung in wöchentlichem Abstand wird zur Behandlung der Reizblase empfohlen Legt sich wie ein „flüssiges Pflaster“ auf die defekten Stellen der Blasenschleimhaut.

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