Lehre | Dr. Alexander Groß

Lehre

Lehrveranstaltungen

Medizinische Chemie und Instrumentelle Analytik für Bachelor- und Masterstudierende.

Bachelor-Vorlesung

Medizinische Chemie I

1. Fachsemester · Biotechnische Chemie

Molekulare Eigenschaften, Pharmakokinetik und Pharmakodynamik: Grundlagen vom Wirkstoffdesign bis zu Antiinfektiva.

Moodle-Kurslink wird ergänzt.

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

Master-Vorlesung

Medizinische Chemie II

1. Fachsemester · Biotechnische Chemie

Protein-Ligand-Wechselwirkungen, Fragment-Based Drug Discovery und biophysikalische Methoden der Hitvalidierung.

Moodle-Kurslink wird ergänzt.

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

Bachelor-Vorlesung

Analytik

4. Fachsemester · Biotechnische Chemie

Instrumentelle Analytik. Die detaillierte Inhaltsübersicht wird ergänzt.

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Master-Vorlesung

Bioinstrumentelle Analytik

1. Fachsemester · Biotechnische Chemie / Elektrochemie und Galvanotechnik

Von der analytischen Fragestellung über chromatographische und elektrophoretische Trennungen bis zur Kopplung mit Massenspektrometrie.

Moodle-Kurslink wird ergänzt.

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 anfragen

Abgeschlossene Arbeiten

Die Übersicht der Bachelor- und Masterarbeiten wird ergänzt.

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