Spi-Ba 5

Chemischer Teil
Problem: Ernteausfall durch Schädlinge
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Blattfresser Bsp.: Spodoptera, Ostrinia -> befallen Nutzpflanzen, leichte Ausbreitung in
Monokulturen
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Wurzelschädlinge (häufig durch Larven) Bsp. Drahtwürmer, Leptinotarsa (Kartoffelkäfer)
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Knospenschädigung z.B. an Baumwolle durch Heliothis -> schwer zu bekämpfen
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Blattläuse (Pflanzensauger) -> Saftsaugen nur bei hohem Befall relevant, schlimmer sind
Sekundärinfektionen durch Virenübertragung
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Milben -> Massenbefall, Sekundärschäden
Pflanzliche Sekundärstoffe sind oft giftig und sollen vor Fraßfeinden schützen
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Saxitoxin, Tetrodotoxin -> Raubfische fressen Kugelfische trotzdem
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Monarchfalter (Danaus plexipus) -> Larven fressen gifitge (->Glykosid) Pflanzen
(Seidenblume) -> normal wird die Na+/K+-ATPase gehemmt -> Falter resistent durch
Punktmutation die Affinität für den Fremdstoff heruntersetzt -> Mutierter Rezeptorteil
extrazellulär zwischen 1. und 2. Transmembranschleife
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Tabakschwärmer -> resistent gegen Nicotin -> resorbieren wenig, das meiste wird
ausgeschieden -> Stoff bleibt gifitg kommt aber nicht in Zielzellen an
Kennzeichen eines Insekts: verschiedene Angriffspunkte
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Bewegung (Muskulatur)
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Cuticula (Skelett; Schutz vor Wasserverlust)
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Stoffwechsel (Gemeinsamkeiten und Besonderheiten gegenüber Pflanzen)
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Orientierung (Sinnesorgane und Nervensystem) -> meiste Angriffsmöglichkeiten
inaktive Vorstufen werden von Zellen umgewandelt
-> Aktivierung
-> Pharmakodynamik (Aufnahme, Verbreitung im Körper)
-> Erhöhung der Lipophilität (schlechtere Ausscheidung, bessere Aufnahme in Zelle
-> Umgehung von Toxizität -> Schutz des Anwenders (teilweise insktenspezifische Umwandlung)
1. Angriff der Acetylcholinesterase
1a. Acetylcholinesterase
im synaptischen Spalt cholinerger Synapsen -> z.B. Im Gehirn und an motorischen Endplatten von
Vertebraten und im Nervensystem der Insekten (-> sehr enger synaptischer Spalt -> stärkere Reaktion)
-> schnelle Löschung des Signals
-> extrazellulär, locker an Zelle assoziiert, tetramere Komplexe (bei Wirbeltieren -> bei Insekten nicht
untersucht)
-> ursprünglich vermutlich auch Zell-Zell-Kommunikationsmittel
-> extrem schnell (10^4 Spaltungen / s) -> kann aufgrund der maximalen Diffusionsgeschwindigkeit
nicht gesteigert werden
-> das aktive Zentrum besteht aus Serin-Histidin-Glutamin -> Triade aktiviert Serin -> Acider ->
Reaktiver
-> aktives Zentrum befindet sich im inneren des Proteins -> schmaler Schlund -> mit vielen
aromatischen Aminosäuren -> erlauben Kation (Acetylcholin ist partiell positiv)- Pi – Bindung ->
erleichtert das diffundieren
E + AcCh -> [EAcCh] -> Cholin + [EAc] + H2O -> E + Ac
-> Substratüberschusshemmung -> wenn zuviel Substrat, dann wird der Schlund blockiert
-> kovalente Bindung von Enzym und Teilsubstrat
-> Reaktivierung durch H2O
Indikator beim Mensch für Vergiftung der Acetylcholinesterase:
Butyryl-Cholinesterase -> anderes Substratspektrum (breiter), liegt überall vor, auch im Blutserum ->
Messung der Aktivität im Blutserum
1b. Organophosphate
Abkömmlinge der Phosphorsäure -> Triester
-> leicht hydrolytisch spaltbar -> labil, leicht abbaubar
Rest oft mit Aromaten und Halogenen -> sehr lipophil
Thioanaloge = Sauerstoff mit Doppelbindung ist durch Schwefel ersetzt -> ungiftiger (-> weniger
polarisiert -> Elektronegativität) -> müssen aktiviert werden (Oxidasen [P450])
hemmt Acetylcholinesterase
Wirkmechanismus:
Rest bildet Wechselwirkung mit organischen Aminosäuren im Schlund aus
Phosphor ist partiell positiv geladen -> Kovalente Bindung an Serin unter Abspaltung des Restes
-> Dephosphorlierung nicht möglich
-> irreversibel
-> starke Wirkung
-> keine Reaktivierung
-> Reaktion Zeit- und Konzentrationsabhängig. IC50 (Inhibitorische Konzentration) -> je mehr Zeit
bis zum erreichen der IC50 desto niedriger ist die Konzentration und umgekehrt.
Symptome beim Menschen
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Übererregung der Skelettmuskulatur -> Krämpfe -> nicotinische Rezeptoren (schnell)
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Sekretion (Tänen, Speichel, Schweiß), Darmaktivität, Blutdruckerhöhung -> muscarine
Rezeptoren (Sympathicus -> langsam)
Behandlung:
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Antagonisten für Rezeptoren -> verhindern Dauererregung -> hilft nur gegen Symptome der
muscarinen Rezeptoren
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Kovalente Bindung des Giftes durch Oxime (R2-N-OH) -> Umesterung des Giftes -> “Antidot”
1c. Carbamate
Entdeckung: Calabar-Bohne -> Eserin -> Phyostignin -> Einsatz als “Gottesurteil” in Nigeria bis vor
200 Jahren -> Alkaloid (N-haltig, nicht aromatisch)
Carbamat-Struktur: C – O – CO – N – C
ähnlicher Wirkmechanismus wie Organophosphate
Bindung des Restes identisch
das C-Atom zwischen O und N, ist partiell positiv geladen und geht eine Bindung mit dem Serin ein ->
Spaltung des Giftes
-> Blockierung nicht endgültig
Nervengase
Bsp. Sarin, Tabun, Soman -> abgewandelte Organophosphate -> Flüssigkeiten mit hohem Gasdruck ->
gehen leicht in Gasphase über
-> gleiche Wirkung wie Organophosphate -> absolut irreversibel -> keine Umesterung mit Oximen
möglich -> Vergiftung nach 1-3 Minuten letal; LDMensch 0,01 mg/kg
Krankheiten
Alzheimer: Mangel an Nicotinischen Rezeptoren -> Gabe von Acetylcholinesterasehemmern