Lehre
Lehrveranstaltungen
Medizinische Chemie und Instrumentelle Analytik für Bachelor- und Masterstudierende.
© Dr. A. GroßBachelor-Vorlesung
Medizinische Chemie I
1. Fachsemester · Biotechnische Chemie
Molekulare Eigenschaften, Pharmakokinetik und Pharmakodynamik: Grundlagen vom Wirkstoffdesign bis zu Antiinfektiva.
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Inhalt der Vorlesung
1. Einführung in die Medizinische Chemie
- Definition und interdisziplinäre Einordnung
- Arzneistoff, Arzneimittel und therapeutischer Effekt
- ADME-Tox, Pharmakokinetik und Pharmakodynamik
- Struktur-Wirkungs-Beziehungen
- Historische Entwicklung der Arzneimittelforschung
2. Molekulare Eigenschaften und Drug-Likeness
- Small Molecular Drugs und molekulare Deskriptoren
- Molekülmasse, Atomzahl und Strukturmotive
- Lipophilie: logP und logD
- Molare Refraktivität und Moleküloberflächen
- Lipinski Rule of Five, Ghose-Filter und Veber-Regeln
- Einfache computergestützte Deskriptoren
3. Membranen, Lipophilie und Resorption
- Aufbau biologischer Membranen und Lipidbausteine
- Säure-Base-Gleichgewichte und Ionisationsgrad
- pKa, logP/logD und Lipophilitätsprofile
- Gastrointestinale Resorption und Membranpermeabilität
- Passiver, parazellulärer und transzellulärer Transport
- PAMPA- und Caco-2-Permeabilitätsassays
- Löslichkeit, Bioverfügbarkeit und Formulierungsstrategien
4. Prodrugs, Nukleosidanaloga und Peptidomimetika
- Prodrug-Konzept und Anforderungen an Promoieties
- Enzymatische Aktivierung und Freisetzungsmechanismen
- Beispiele: Aspirin, Chloramphenicol, Oseltamivir, Adefovir
- Nukleosidanaloga und Polymeraseinhibitoren
- Remdesivir und antivirale Strategien
- Peptide, Peptidomimetika und Proteolysestabilität
5. Enzyme, Proteasen und Enzyminhibition
- Enzyme als Wirkstofftargets
- Peptidasen und Proteasen
- Serinproteasen, katalytische Triade und Oxyanion Hole
- Kovalente und kompetitive Inhibitoren
- Übergangszustandsanaloga und -mimetika
- Metalloproteasen und Matrix-Metalloproteasen
- Ribonucleasen
- EC-Nomenklatur sowie BRENDA/MEROPS
6. Pharmakodynamik: Agonisten, Antagonisten und Allosterie
- Rezeptorbindung und Bindungsgleichgewichte
- Affinität, Wirksamkeit und Potenz
- Dosis-Wirkungs-Beziehungen und EC50
- Voll-, partielle und inverse Agonisten
- Kompetitive und irreversible Antagonisten
- Schild-Analyse
- Allosterische Modulation und Feedback-Regulation
7. Protein-Ligand-Wechselwirkungen und Wirkstoffdesign
- Schlüssel-Schloss- und Induced-Fit-Modell
- Spezifität und chemische Promiskuität
- Dissoziationskonstante und freie Bindungsenergie
- Wasserstoffbrücken, ionische und hydrophobe Wechselwirkungen
- Desolvatation sowie enthalpische und entropische Beiträge
- Konformationelle Freiheitsgrade
- Konsequenzen für das rationale Wirkstoffdesign
8. Leitstrukturen, Assays, HTS und Hit-to-Lead
- Definition und Quellen von Leitstrukturen
- Pharmakophormodellierung und virtuelles Screening
- Assaydesign und homogene Fluoreszenzassays
- Diverse und fokussierte Compound Libraries
- High-Throughput Screening
- Hit-Selektion und Hit-to-Lead
- Präklinische Optimierung und ADME-Tox
9. Screening-Systeme, HTE und zentrale Targetbegriffe
- Mikrotiterplatten und automatisiertes Liquid Handling
- HTS- und uHTS-Systeme
- Compound-Collection-Handling
- Process Scheduling und integrierte Screeningprozesse
- High-Throughput Experimentation in weiteren Anwendungsfeldern
- Grundbegriffe und Klassen pharmakologischer Targets
10. Biotransformation und Wirkstoffmetabolismus
- Grundlagen der Biotransformation und Ausscheidungswege
- First-Pass-Effekt
- Phase-I-Reaktionen: Hydrolyse, Oxidation, Reduktion
- Cytochrom-P450-Enzyme und Epoxidhydrolasen
- Phase-II-Reaktionen: Glucuronidierung, Acetylierung und Sulfatierung
- Glutathion-Konjugation
- Detoxifizierung und metabolische Bioaktivierung
11. Antiinfektiva und Antibiotika
- Infektion, Immunabwehr und selektive Toxizität
- Prokaryoten, Eukaryoten und bakterielle Zellwand
- Grampositive und gramnegative Bakterien
- Wirkmechanismen von Antibiotika
- Sulfonamide und Folsäurestoffwechsel
- Penicilline: Wirkmechanismus, SAR und Resistenz
- β-Lactamasen und Strategien zur Resistenzüberwindung
- Cephalosporine und Entwicklung der Generationen
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Medizinische Chemie II
1. Fachsemester · Biotechnische Chemie
Protein-Ligand-Wechselwirkungen, Fragment-Based Drug Discovery und biophysikalische Methoden der Hitvalidierung.
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Inhalt der Vorlesung
1. Advanced Protein-Ligand Interactions
- Thermodynamik der Ligandenbindung
- Spezifität, Affinität und freie Bindungsenergie
- Wasserstoffbrücken, hydrophobe und ionische Beiträge
- Desolvatation und strukturelle Wassermoleküle
- Enthalpie-Entropie-Kompensation
- Konformationelle Dynamik und Designregeln
2. Leitstruktur, Pharmakophor und virtuelles Screening
- Leitstrukturkonzepte und Pharmakophormodellierung
- Virtuelle Compound Libraries
- Liganden- und strukturbasiertes Wirkstoffdesign
- Molekulare Deskriptoren und chemische Ähnlichkeit
- In-silico-Screening und Docking als Discovery-Werkzeuge
3. Assays, HTS und Hit-to-Lead Pipeline
- Assaydesign und Readout-Konzepte
- Homogene Fluoreszenzassays
- Library Selection: diversity vs. focused
- High-Throughput Screening und Automation
- Hit-Selektion und orthogonale Validierung
- Hit-to-Lead und Optimierung pharmakologischer Eigenschaften
4. Fragment-Based Drug Discovery: Konzept und Library Design
- Abgrenzung FBDD vs. klassisches HTS
- Chemical Space und schwer adressierbare Targets
- Rule of Three
- MedChem- und PAINS-Filter
- Synthetische Zugänglichkeit und Fragmentqualität
- Chemische Diversität, 3D-Charakter und sp3-Anteil
- Molecular Fingerprints und Tanimoto/Jaccard-Koeffizient
- Experimentelle Anforderungen an Fragmentbibliotheken
5. Quantitative FBDD: KD, ΔG, LE und LipE
- Schwache Bindung und Target-Belegung
- Dissoziationskonstante KD und freie Bindungsenergie ΔG
- Konzentrationsanforderungen im Fragment-Screening
- Ligand Efficiency (LE)
- Lipophilic Efficiency (LipE)
- Bewertung und Priorisierung von Fragment-Hits
6. Biophysikalische Hitvalidierung
- Direkte und indirekte Bindungsmethoden
- Surface Plasmon Resonance (SPR)
- Röntgenkristallographie
- In-silico-Docking
- Low-Affinity Chromatography (LAC)
- Affinity Selection Mass Spectrometry (ASMS)
- SEC-MS und HDX-basierte Methoden
7. Thermal Shift und Microscale Thermophoresis
- Thermal Shift Assay (TSA)
- Differential Scanning Fluorimetry (DSF/nDSF)
- Intrinsische Proteinfluoreszenz
- Thermophorese und Ludwig-Soret-Effekt
- Microscale Thermophoresis (MST)
- Bindungskurven und KD-Bestimmung
- MST-Workflow
8. NMR-Methoden im FBDD
- Liganden- und proteinbasierte NMR-Screeningstrategien
- STD-NMR
- WaterLOGSY
- Relaxationsbasierte Methoden und CPMG
- DOSY
- 19F-NMR
- 1H-15N-HSQC/TROSY und Chemical-Shift-Perturbation
9. MS-basierte Methoden im FBDD
- Native Massenspektrometrie
- Isotopen- und Ladungsverteilungen
- Addukte und Spektrenkomplexität
- Ladungs-, Isotopen- und spektrale Dekonvolution
- LC/UPLC/CE/SEC-MS
- Fragment-Mass-Tagging
- Kovalente Fragmente und Peptid-Mapping
10. FBDD Case Studies: Vemurafenib und Venetoclax
- Fragment Expansion und Fragment Linking
- Hit-to-Lead und Lead Optimization
- Vemurafenib als RAF-Kinase-Inhibitor
- Venetoclax als BCL-2-Inhibitor
- FBDD als Strategie für zuvor schwer adressierbare Targets
11. Mechanistische und kovalente Enzyminhibition
- Serinproteasen als Modellsystem
- Katalytische Triade und Oxyanion Hole
- Kovalente Blockade des aktiven Zentrums
- Kompetitive und irreversible Inhibition
- Übergangszustandsanaloga und -mimetika
12. Metalloproteasen, MMPs, RNasen und Datenbanken
- Thermolysin und Metalloproteasen
- Matrix-Metalloproteasen und extrazelluläre Matrix
- Ribonucleasen und Reaktionsmechanismen
- EC-Nomenklatur
- MEROPS und enzymologische Datenbanken
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Analytik
4. Fachsemester · Biotechnische Chemie
Instrumentelle Analytik. Die detaillierte Inhaltsübersicht wird ergänzt.
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Bioinstrumentelle Analytik
1. Fachsemester · Biotechnische Chemie / Elektrochemie und Galvanotechnik
Von der analytischen Fragestellung über chromatographische und elektrophoretische Trennungen bis zur Kopplung mit Massenspektrometrie.
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Inhalt der Vorlesung
1. Analytische Aufgabe und Probe
- 1.1 Die Fragestellung, Prozess und Probenahme
- 1.2 Probenvorbereitung
- 1.3 Trennprinzipien und Verteilungsgleichgewichte
- 1.4 Auswahl einer Trenntechnik
2. Grundlagen chromatographischer Trennungen
- 2.1 Retention, Selektivität und Auflösung
- 2.2 Bodenzahl und Van-Deemter-Gleichung
- 2.3 Methodenoptimierung
3. Flüssigchromatographie und HPLC
- 3.1 Phasen, Trennmodi und Elutionskraft
- 3.2 Elution, Temperatur und pH-Wert
- 3.3 HILIC
- 3.4 Chirale LC und SFC
- 3.5 Chromatogrammauswertung und DAD
- 3.6 HPLC-System und Detektoren
- 3.7 Derivatisierung
4. Ionische und größenbasierte Trennungen
- 4.1 Ionenchromatographie und Suppression
- 4.2 Ionenpaarchromatographie
- 4.3 Größenausschlusschromatographie
- 4.4 Multimodale Chromatographie
- 4.5 Feldflussfraktionierung
5. Gaschromatographie
- 5.1 Trennprinzip, Injektion und Säulen
- 5.2 Methodenoptimierung und Detektoren
- 5.3 Headspace und Thermodesorption
6. Elektrophoretische Trennungen
- 6.1 Mobilität und elektroosmotischer Fluss
- 6.2 Kapillarzonenelektrophorese
- 6.3 Weitere elektrophoretische Verfahren
7. Mehrdimensionale und miniaturisierte Trennungen
- 7.1 LC×LC und GC×GC
- 7.2 Mikrofluidische Trennsysteme
8. Trennung und Massenspektrometrie
- 8.1 LC-MS und Elektrospray
- 8.2 Auswertung von LC-MS-Daten
- 8.3 GC-MS und LC-MS/MS
- 8.4 Ionenmobilität-MS
9. Bewertung analytischer Methoden
- 9.1 Validierung
- 9.2 Kalibrierung und Messunsicherheit
- 9.3 Fallstudie: Von der Probe zum Ergebnis
Qualifikationsarbeiten
Bachelor- und Masterarbeiten
Mögliche Arbeitsthemen im Fachgebiet Physikalische Chemie & Katalyse.
Bachelor / Master
Synthese und Charakterisierung von thermoreversiblen Photoschaltern
Organische Chemie · NMR · LC-MS · UV/Vis
Verfügbar ab Januar 2027
Bachelor / Master
Flow Chemistry zur kontinuierlichen Reaktionsoptimierung
Flow Chemistry · Organische Chemie · Online-Analytik
Sofort verfügbar
Bachelor / Master
In-situ-Photopolymerisationsanalyse mittels DOSY-NMR
In-situ excitation NMR · DOSY · Organische Chemie
Sofort verfügbar
Voraussetzung sind verfügbare Laborarbeitsplätze. Weitere Themen sind auf Nachfrage möglich.
Arbeitsthema anfragenAbgeschlossene Arbeiten
Die Übersicht der Bachelor- und Masterarbeiten wird ergänzt.
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