Penicilline
gehören wie die Cephalosporine
zu den Betalactam-Antibiotika. Grundgerüst aller Penicilline
ist
die (6R)-Aminopenicillansäure, die aus einem Thiazolidin-Ring
und
einem Betalactam-Ring besteht. Letzterer ist auch Bestandteil der
7-Aminocephalosporansäure, dem Grundgerüst der
Cephalosporine.
Beide Gruppen zeigen Ähnlichkeit im Wirkungspektrum und werden
als
Betalactam-Antibiotika bezeichnet. Unterschiedliche Seitenketten sind
für Wirkungsspektrum und -intensität, sowie
für
Stabilität, Löslichkeit und
Resorptionsgeschwindigkeit
verantwortlich.
Die verschiedenen natürlichen und partialsynthetischen
Penicilline
unterscheiden sich vor allem in den Säureresten, mit denen die
Aminogruppe in 6-Stellung amidiert ist. Daneben kann die
Carboxyfunktion an C-2 frei oder verestert vorliegen.
Von den natürlich vorkommenden Penicillinen, die
ursprünglich
aus Kulturen von Penicillium notatum, später aus Kulturen von
Penicillium chrysogenum isoliert wurden, hat nur Benzylpenicillin
(Penicillin G) praktische Bedeutung erlangt.
Eine bedeutsame Weiterentwicklung wurde durch die Isolierung bzw.
großtechnische Herstellung von
6-Aminopenicillansäure
mittels enzymatischer Spaltung von Benzylpenicillin
ermöglicht:
Durch Amidbildung zwischen der 6-Aminopenicillansäure und den
verschiedensten Säuren konnte eine Vielzahl neuer Penicilline
partialsynthetisch hergestellt werden. Mit diesen halbsynthetischen
Penicillinen ließen sich gewisse Nachteile von
Benzylpenicillin
(Säureempfindlichkeit und damit hoher Resorptionsverlust bei
oraler Gabe, Inaktivierung durch Penicillinasen, Unwirksamkeit gegen
die meisten gram-negativen Keime) beseitigen.
Der Wirkungstyp von Penicillinen ist bakterizid. Betalactam-Antibiotika
hemmen die bakterielle Zellwandsynthese durch Interferenz mit der
Mureintranspeptidase, die für die Quervernetzung der linearen
Glycopeptid-Stränge von Bedeutung ist. Außer den
Transpeptidasen sind auch andere Enzymsysteme gegenüber
Betalactam-Antibiotika empfindlich, z. B. Carboxypeptidasen und
Endopeptidasen. Auch sie besitzen eine regulatorische Funktion bei der
bakteriellen Zellwandsynthese.
Die Peptidasen werden auch als
Penicillin-bindende Proteine (PBP) bezeichnet. Man kennt mindestens 7
solcher Bindeproteine. Ihre Anzahl variiert je nach Bakterienart. Wie
die Betalactam-Antibiotika die Bakterienzelle abtöten, ist
letztlich nicht geklärt. Früher wurde angenommen,
dass die
Bakterien passiv durch osmotisch-bedingte Lyse absterben. Heute wird
eher von einer Beteiligung bakterieneigener autolytischer Enzyme
ausgegangen, die durch die Betalactam-Antibiotika aktiviert werden.
Penicilline wirken nur auf proliferierende Keime, ruhende Keime (sog.
Persister) sind dagegen unempfindlich (aber nicht resistent).
Auf Grund ihrer verschiedenen Eigenschaften werden folgende Gruppen von
Penicillinen unterschieden:
- Benzylpenicillin und dessen Derivate
- Oral-Penicilline mit fehlender oder geringer Penicillinase-Festigkeit
(Phenoxymethylpenicillin, Propicillin, Azidocillin)
- Penicillinase-stabile Penicilline (Oxacillin, Dicloxacillin,
Flucloxacillin)
- Penicilline mit erweitertem Wirkungsspektrum (Aminopenicilline wie Ampicillin, Amoxicillin
bzw. Acylaminopenicilline wie Apalcillin, Azlocillin, Mezlocillin,
Piperacillin).
Die Wirkungsstärke der biosynthetischen Penicilline wird in
Internationalen Einheiten (IE) angegeben, von denen 1 IE 0,59888
μg
des internationalen Penicillin-Standards entspricht. Die
halbsynthetischen Penicilline sind gewichtsmäßig
deklariert.
Die Wirksamkeit eines Penicillins hängt im Wesentlichen von
der
Zeitdauer ab, während der der Wirkstoff-Spiegel oberhalb der
minimalen Hemmkonzentration (MHK) des betreffenden Erregers liegt.
Eine Resistenz kann auf folgenden Mechanismen beruhen:
- Ausbildung Plasmid- oder chromosomal codierter Betalactamasen
- Veränderung der Penicillin-bindenden Proteine im Sinne einer
Mutation vorhandener bzw. der Bildung zusätzlicher Proteine
mit
verminderter Affinität
- unzureichende Permeabilität der Zellwand für
Penicilline (gram-negative Keime)
- aktiver Transport des Penicillins aus der Bakterienzelle mittels
Efflux-Pumpen.
Penicilline sollten nicht topisch, z. B. in Form von Salben, Pudern
oder Tropfen, eingesetzt werden, da sie Allergene sind.
