Grundlagen: Thermodynamik/Kinetik

Question 1

Was ist “Molekulare Erkennung”?

Answer 1

Wie findet ein Arzneistoff sein Target?

Question 2

Was versteht man unter “Corpora non agunt nisi fixata”?

Answer 2

Oberflächen-Eigenschaften von Rezeptor und Ligand müssen zusammen passen.

Question 3

Was kann man über den Transition State sagen?

Answer 3

Der Übergangszustand einer enzymatischen Reaktion bindet fester an das Enzym als das Substrat oder das Produkt

Question 4

Was beschreibt der Induced Fit?

Answer 4

Konformationsänderung eines Rezeptors bei Annäherung eines Liganden

Question 5

Die Flexibilität muss bei der Protein-Ligand-Wechselwirkung berücksichtigt werden.

Welche Protein-Konformation wird vorzugsweise gebunden?

Answer 5

Liganden binden an die energetisch günstigste Konformation von Proteinen (Unter Berücksichtigung der Flexibilität)

Question 6

Gibbs Helmholtz Gleichung

Answer 6

ΔG = ΔH - TΔS

Question 7

Thermodynamische Beiträge

Wie ist der Ablauf der Ligand Rezeptor Bindungsausbildung?

Welcher Vorgang hiervon ist energetisch ungünstig?

Answer 7

1. Ligand diffundiert and Rezeptor heran
2. Wassermoleküle werden aus Bindetasche herausgedrängt
3. Ligand kann in Bindetasche eindiffundieren
   - > Verdrängung des Wassers benötigt Energie

Question 8

Was ist die Triebkraft der hydrophoben Wechselwirkungen?

Answer 8

Entropie

Question 9

Von was hängt der K_D-Wert ab?

Answer 9

Elektrostatisches Passen

Sterisches Passen

Question 10

Wodurch kommen bei der Protein-Ligand Wechselwirkungen die Enthalpische Beiträge?

Answer 10

H-B-B

Metall-Komplexierung (Z.B. Zink Ion)

Salzbrücke

Hydrophobe WW

Question 11

Wodurch kommen bei der Protein-Ligand Wechselwirkungen die Entropische Beiträge?

Answer 11

Solvatation

Konformationen und Freiheitsgrade

Hydrophobe WW

Question 12

Was ist die Entropiestrafe?

Answer 12

Durch Bindung eines Liganden

-> frei drehbare Bindungen eingefroren

pro Bindung 3-6 kJ/mol

Question 13

Welche drei Formen der Entropie sind bei der Entropiestrafe wichtig?

Answer 13

• Rotationsentropie
• Translationsentropie
• Konformationsentropie

Question 14

Wie kann man die Entropiestrafe umgehen?

Answer 14

Optimierung des Entropieterms durch:

• Rigidisierung (“Einfrieren” der aktiven Konformation)
• > Kein Verlust an Konformationsentropie
• Einbau größerer hydrophober Bereiche ins Molekül

Question 15

Mit welcher Gleichung kann der hydrophobe Bereich zwischen Molekülen beschrieben werden?

Welche Kraft wirkt bei großem Abstand?

Welche Kraft wirkt bei geringem Abstand?

Answer 15

Lennard-Jones-Potential

Großer Abstand: Anziehung durch induzierten Dipol

Geringer Abstand: Abstoßung durch Coulomb Kräfte

Question 16

Wasserstoffbrücken
In welchem Abstand wirken H-B-B?

In welchem Winkel wirken H-B-B?

In welcher Größenordnung ist der energetische Beitrag durch eine H-B-B?

Answer 16

d = 2,5 - 3,2 Ångström

Winkel = 130 - 180°

1 - 5 kcal/mol

Question 17

Warum ist das Lösungsmittel bei polaren Protein-Ligand-WW wichtig?

Answer 17

Es bestimmt ob die H-Bindung zur Affinität beiträgt oder nicht.

-> Wenn komplett solvatisiert dann kein Beitrag

Question 18

Wasserstoffbrücken

Welchen Effekt haben Vergrabene („buried“) polare Gruppen?

Wie viel % der vergrabenen NH- oder C=O-Gruppen im Peptidrückgrat
bilden keine H-Brücken?

Answer 18

Beeinflussen die Protein-Ligand-WW negativ

Nur 2% von vergrabenen NH- oder C=O-Gruppen im Peptidrückgrat bilden keine H-Brücken

Question 19

Donepezil

An welches Target bindet der gezeigte Ligand?

Welche zwei Wechselwirkungen kann man hier erkennen? (1 und 3)

Gegen was wird das Medikament eingesetzt?

Answer 19

pi-WW von Donepezil in der Bindetasche der Acetylcholin-Esterase

Wechselwirkung 3: Tertiäres Amin -> Protoniert -> Nitreniumion macht WW mit Pi-System von Phenylalanin

Wechselwirkung 1: Pi-Pi Interaktion

Indikation: Alzheimer

Question 20

Wie ist der Zusammenhang zwischen freier Bindungsenthalpie ΔG und K_D?

Answer 20

ΔG = -RT ln (K_D) = ΔH - TΔS

Question 21

Wie ist die Beziehung zwischen Inhibitionskonstante Ki und freier Bindungsenthalpie?

Answer 21

ΔG = -RT In Ki

Question 22

Wie wird Ki berechnet?

Answer 22

Question 23

Was sagt der IC₅₀ - Wert aus?

Was ist der Unterschied zum Ki-Wert

Answer 23

Bezeichnet die Ligandkonzentration, bei der die Aktivität des Proteins auf
die Hälfte abgesunken ist.

Im Gegensatz zum Ki-Wert von der Enzymkonzentration /
Substratkonzentration abhängig!

Question 24

Wie ist der Zusammenhang zwischen Ki und der Bindungsstärke?

Answer 24

Umso kleiner Ki desto größer ist die Bindungsstärke

Question 25

K_d = ?

(d: Dissoziation)

Answer 25

Question 26

Wie berechnet man die Residence-time?

t_r = ?

Answer 26

Question 27

Wie ist die Halbwertszeit des Ligand Target Komplexes?

Answer 27

Question 28

Wie sollte zur Optimierung der Bindungskinetik der k_off Wert sein?

Answer 28

Optimierung der Bindungskinetik: kleines k_off!

Umso kleiner k_off, desto länger bleibt der Ligand am Target gebunden

Question 29

Was ist ein Vorteil bei der Verwendung von irreversiblen covalenten Inhibitoren?

Was sind zwei Nachteile?

Answer 29

• (+): Das Target wird über einen längeren Zeitraum inhibiert
• (-): Reaktivität des Inhibitors ist hoch.
• > Es kann zu off-Target Wirkungen (unspezifische Wirkungen) kommen
• (-) Beim Abbau der kovalenten Produkte (Protein-Ligand-Komplex) kann es zu Proteinfragmenten kommen die vom Immunsystem erkannt werden.

Question 30

Was sind off-target-Wirkungen?

Answer 30

unspezifische Wirkungen (unerwünscht)

Question 31

Welche off-target-Reaktivität besitzt diese elektrophile Gruppe?

Answer 31

Question 32

Afatinib

Was ist die Indikation?

Was bewirkt der Arzneistoff?

Was ist das Problem?

Answer 32

Behandlung von Bronchialkarzinom

Tyrosinkinase-Inhibitor

Michael System kann mit z.B. Serin in einer off-target-Reaktion reagieren

-> kovalente Inhibitoren

Question 33

Die gezeigte funktionelle Gruppe ist Teil eines kovalenten reversiblen Inhibitors.

Wie läuft die Reaktion ab?

Answer 33

Zerfällt nach einiger Zeit in einer Rückreaktion!

Question 34

Vildagliptin

Was ist die Indikation?

Was bewirkt der Arzneistoff?

Welches Problem wurde gelöst?

Answer 34

Wirkt antidiabetisch

Behindert den Abbau von Inkretinen

Dipeptidyl-Peptidase-4-Inhibitor (DPP4-Inhibitor) (Serin Protease Inhibitor)

kovalent-reversibler Inhibitor -> Bei Bindung von Serin kann sich eine Bindung ausbilden -> Diese zerfällt nach einiger Zeit wieder.