Eigenschaften
Gramicidin S (GS) ist ein zyklisches Dekapeptidantibiotikum, welches von einem Bacillus brevis-Stamm gebildet wird (Prenner 1999a) und erstmals 1944 von Gause und Brazhnikova isoliert wurde (Gause 1944a). Der Wirkstoff ist sowohl biologisch als auch chemisch enger mit Tyrocidin als mit Gramicidinen verwandt (O'Neil 2001a). GS ist das erste zyklische Peptidantibiotikum, dessen Aufbau aufgeklärt wurde; Schwyzer und Sieber beschreiben seine Synthese (Schwyzer 1957a).Die Summenformel des GS lautet C60H92N12O10 und das Molekulargewicht beträgt 1'141,44 (O'Neil 2001a). Die Primärstruktur ist [cyclo-(Val-Orn-Leu-D-Phe-Pro)2] (Prenner 1999a; Erlanger 1954a). GS und Tyrocidin besitzen 2 identische Sequenzen aus 5 unterschiedlichen Aminosäuren: L-Valin, L-Ornithin, L-Leucin, D-Phenylalanin und L-Prolin (Danders 1982a). Im Molekül weist nur Phenylalanin die D-Konformation auf. L-Ornithin, welches auch vorhanden ist, kommt in natürlich vorkommenden Peptidstrukturen selten vor (Erlanger 1954a). Aufgrund der Ringstruktur besitzen alle α-Aminogruppen des Moleküls eine Peptidbindung; nur die beiden σ-Aminogruppen der Ornithin-Resten sind frei und für die basischen Eigenschaften des dreissiggliedrigen makrozyklischen Peptidringes verantwortlich (Schwyzer 1957a). Das GS-Molekül ist amphiphil; dies ist einerseits bedingt durch die beiden polaren und positiv geladenen Ornithin-Seitenketten, sowie die beiden D-Phe-Ringe, welche auf einer Seite des Moleküls herausragen, und andererseits durch die 4 hydrophoben Leu- sowie Val-Seitenketten, welche auf der anderen Seite herausragen. Verschiedene Studien haben gezeigt, dass diese Molekülkonformation im Wasser, in protischen (Bezeichnung für Lösungsmittel, welche Protonen abspalten und/oder Wasserstoffbrücken bilden können) sowie aprotischen organischen Lösungsmitteln mit unterschiedlicher Polarität, in Mizellen und in Phospholipiddoppelschichten erhalten bleibt (Prenner 1999a).
Die D-Phe-Reste spielen eine wichtige Rolle zur Stabilisierung der ß-Faltblattstruktur des GS. Wie erwartet destabilisiert der Austausch der beiden D-Phe-Reste gegen L-Phe oder andere L-Aminosäurenreste die ß-Faltblatt-Konformation und führt zu einem vollständigen Verlust der antibiotischen Wirksamkeit (Prenner 1999a).
GS unterscheidet sich stark (Goodall 1970a) vom Gramicidin D und Tyrocidin-Hydrochlorid durch seinen Schmelzpunkt sowie sein biologisches Verhalten. Das Antibiotikum ist unlöslich in Wasser, Säuren und Laugen; hingegen leicht löslich in Alkohol und etwas weniger in Aceton. Der Wirkstoff kann nur schwer hydrolisiert werden. Wenn er zusammen mit 22%iger Salzsäure-Lösung erhitzt wird, löst sich GS erst nach 18 - 20 Stunden und die vollständige Hydrolyse erfolgt erst nach 35 - 36 Stunden (Belozersky 1944a). Kristallines GS schmilzt bei 268 - 270°C. Durch das Vorhandensein freier Aminogruppen an der α-Stelle reagiert GS mit Ninhydrin und erlangt dabei eine tiefblaue Farbe. In diesem Zustand wird es unverzüglich zu Amylalkohol umgewandelt (Belozersky 1944a). Nach der Zugabe von Salzen (z.B. KCl) zu Wasser mit einem pH-Wert von 7 bildet GS ein Gel (Pache 1972a).
Gramicidin S-Hydrochlorid
Die Summenformel des GS-Hydrochlorid lautet C60H92N12O10.2HCl (O'Neil 2001a).Der Wirkstoff ist in Alkohol gut löslich, hingegen nur leicht löslich in Aceton. In Wasser, Säuren sowie Basen ist GS-Hydrochlorid praktisch unlöslich (O'Neil 2001a).
Lagerung / Stabilität
Gramicidin S besitzt eine hohe Stabilität. In trockener kristalliner Form verliert der Wirkstoff nach Erhitzung auf 160°C seine antibiotische Wirkung nicht. Auch die Wirksamkeit von wässrigen Lösungen wird durch Autoklavieren bei 120°C für 30 Minuten nicht herabgesetzt (Gause 1944a).Es kann keinerlei Haftung für Ansprüche übernommen werden, die aus dieser Webseite erwachsen könnten.