Bestimmung der optischen Drehung von Aminosäuren mit Polarimetern

Dass Aminosäuren elementare Bausteine im menschlichen Stoffwechsel darstellen, ist bereits seit über 50 Jahren bekannt. Kein Wunder, dass sie aus der Pharma- und Lebensmittelindustrie seither nicht mehr wegzudenken – und gerade durch das Wachstum der Biopharmazie nochmal in ihrer Bedeutung gestiegen sind.

Wo kommen Aminosäuren zum Einsatz und wie werden sie hergestellt?
Aminosäuren können aus Proteinhydrolysaten extrahiert werden. Durch enzymatische Prozesse werden Proteine in Aminosäuren „zerlegt“. Außerdem können Aminosäuren durch chemische Synthese gewonnen werden.

In der pharmazeutischen Industrie kommen Aminosäuren beispielsweise bei der Produktion von Antibiotika zum Einsatz. Diese werden hauptsächlich innerhalb von Zellen in großen fermentativen Produktionsprozessen synthetisiert. Penicillin zum Beispiel wird aus einem Tripeptid aus drei Aminosäuren hergestellt. In biochemischen Prozessen werden Aminosäuren während des Übersetzungsprozesses in der Zelle miteinander verbunden, um funktionelle Proteine zu bilden.

Biopharmazeutika wie rekombinante Proteine können entweder innerhalb der Zelle oder zellfrei hergestellt werden. Zellen sind nicht in der Lage, große Mengen an Aminosäuren zu produzieren, die für die Proteinexpression in großem Maßstab ausreichen. Einer der wichtigsten Bestandteile von Zellkulturmedien sind daher Aminosäuren. Diese Aminosäuren müssen in bestimmten Konzentrationen zugesetzt werden.
Radiomarkierte Aminosäuren (Radionukleotid + Pharmakon = Radiopharmakon) werden in der Positronen-Emissions-Tomographie verwendet. Diese Technik ermöglicht die genaue Lokalisierung physiologischer Prozesse durch den Nachweis der von den Isotopen erzeugten Gammastrahlen.

Da es sich bei einer Aminosäure um ein Zwitterion handelt, also um ein Molekül mit einer gleichen Anzahl positiv und negativ geladener funktioneller Gruppen, hängt die Gesamtladung der Aminosäure stark vom pH-Wert ab. Diese Eigenschaft beeinflusst die geometrische Struktur des Moleküls und damit auch die optische Drehung des Lichts. In den nationalen und internationalen Arzneibüchern ist daher die Messung von Aminosäuren in definierten sauren oder basischen Lösungen durch die Polarimetrie vorgeschrieben, um vergleichbare Ergebnisse zu erhalten.

Mit Polarimetern lässt sich die optische Aktivität bestimmen. Aus dem Ergebnis der optischen Drehung können, dank verschiedener Messmethoden, automatisch auch die spezifische Drehung (Reinheit) oder die Konzentration errechnet werden. Das Polarimeter MCP von Anton Paar liefert dabei präzise Messergebnisse schon innerhalb weniger Sekunden – und benötigt weniger als 1 ml an Probe. Die Probe kann nach der zerstörungsfreien Messung einfach zurückgewonnen und für weitere Analysen genutzt werden. Die Polarimeter sind mit Funktionen ausgestattet, die für eine hohe Rückverfolgbarkeit und Verlässlichkeit sorgen. Dazu gehört eine automatische Probentemperierung mittels Peltier-Temperaturregelung sowie eine automatische Erkennung der Messzellen und eingebaute Kamera zur Füllkontrolle. Die Geräte lassen sich einfach über einen eingebauten Touchscreen oder alternativ über eine externe PC-Software bedienen und erfüllen dabei die relevanten Standards der pharmazeutischen Industrie, wie die 21 CFR Part 11.