733 - Besonders in Losung fBrbt sich Anhyclroscillaridin A unter der

Einwirkung von Licht rasch gelb. Seine Loslichkeit in 100 cm3 absolutem Alkohol betragt bei Zimmertemperatur 0,3.5 g . I m Kapillarrohr erhitzt, schmilzt Anhydroscillaridin A unter Gelh- fHrbung scharf bei 208O (korr.).

Polarisation: 2,904 g Anhydroscillaridin A drehten in 25 om3 Chloroform geldst

[a]: = - 148,5O

-

bei 200 im 2 dm-Rohr die Ebene des polarisierten Lichtes um 34,5O nach links.

Basel, Wissenschaftliches Laboratorium der Chem. Fsbrik vorm. Sandoz.

Beziehungen zwischen der Struktur der Antigene und der Spezifltat der Antikorper.

(7. Mitteilung) 1 )

yon H. Erlenmeyer, E. Berger und Martin Leo (31. v. 33.)

Antigene, in geeigneter Weise dem Organismus zugefiihrt, veranlassen denselben zur BiIduiig von Antikorpern. Die ersten serologischen Untersuchungen, in denen als Antigene Stoffgemische von vollstgndig unbekannter Zusammensetzung zur Verwendung kamen, erbrachten die wichtige Beobachtung, dass die Reaktion des Organismus eine ausgesprochen spezifische ist, da der erzeugte Antikorper in der Rege12) nur mit Clem erzeugenden Antigen und nicht noch mit anderen Antigenen resgiert.

Das Problem der immunologischen Spezifitat wurde einer eingehenden s t r u k t u r - c h e m i s c h e n Bearbeitung zuganglich durch die Untersuchungen von I<. Lanclsteiner3), der nach den Vorarbeiten yon O b e m u yer und Pick4) in zahlreichen Beispielen zeigen konnte, dass es gelingt, die natiirlichen Eiweissarten durch chemische Ein-

1) 5. Mitteilung s. Bioch. Z. 262, 196 (1933). - 6 . Mitteilung im Druck. 2) So erzeugt das Blutserum.einer jeden Tierart einen spezifisch nur mit diesem

Serum reagierenden Antikijrper. uber einige Ausnahmen siehe H. C. Wells, ,,Die che- mischen Anschauungen uber Immunittitsvorgange", 2. Aufl., Fischer, Jena 1932.

Was die Reaktionsweise anbelangt, so sei hier nur darauf hingewiesen, dass die Vorstellungen hieriiber sich zuriickfuhren lassen einmal auf die Anschauung von P. Ehr- Zich (siehe H. G. Wells loc. cit. S. 136) und S. Arrheiiius (Immunochemie 1907), nach denen es sich um eine Neutralisationsreaktion handelt, die dem Massenwirkungsgesetz gehorcht, und sodann auf J . Bordet, der die Ansicht ausgesprochen hat, dass es sich bei der Bindung des Antigens durch den Antikorper um eine spezifische Adsorption handelt (Studies in Immunity 1909).

3) Zusammenfassung siehe Zr'. Lnndsteiizer, Katurwiss. 18, 653 (1930). 4) Siehe H. G. Wel l s , loc. cit. S. 184.

734 - -

griffe, z. B. Kuppeln mit einer Diazoniuniverbindung in sog. Kom- p lexan t igene iiberzufuhren, die alstlmn eine chemisch bekannte Gruppe enthalten. So hss t sich z. B. ein Blutserum durch Kuppeln mit einer Losung von diazotierter Arsanilsaure in ein komplexes, den Phenylarsinshurerest fuhrendes Antigen verwandeln. Die Anti- korper, die ein solches kornplexes Antigen erzeugt, erweisen sich nun als chemospez i f i sch , d. h. ihre Spezifitiit ist durch die ein- gefuhrte, chemisch bekannte Gruppe tleterminiert. Die Eiweiss- orler Artspezifitat ist insofern verjndert, als nunmehr ein rnit einem R-azo-Pferileseruml) erzeugter Antikorper rnit allen R-azo-Pro - t e inen resgiert. Mit Hilfe dieser Nethoden konnte Landsteiner zahlreiche Beweise frir den ausserordentlichen Grad der Spezifitat dieser immunologischen Reaktionen erbringen. Er konnte zeigen, dass z. B. ltomplexe Antigene, die rnit isomeren Stoffen wie mit stellungsisomeren Benzolderivaten oder sogar rnit spiegelbildisomeren Verbindungen aufgebaut waren, verschiedenartige Antikorper er- zeugen und sich daher leicht serologisch differenzieren lassen. Die gleichen Methoden erlaubten aber mch, eine Reihe snderer, fur die Kenntnis tler serologischen Reaktionen wichtiger Fragen ex- perimentell in Angriff zu nehmen. So konnte die Frage nach den Beziehungen zwischen Antigen uncl Antikorper von uns im Sinne der Anschauungen von 12. Doew clahin bemtwortet werden3), dass stofflich kejne Beziehungen zwischen Antigen uncl Antikorper bestehen, sontlern dass bei dcr Antikorperbildung die Struktnren des Antigens in einem vollig anderen Material ,,abgebildet" werilen. Bei den weiteren Untersnchungen schien es sodann wichtig, nachtlem festgestellt war, (lass das Antigen nicht stofflich in den Antikorper iibergeht, zu erfahren, welche Strukturnierkmale des Antigens bei tler Ausbiltlung der SpezifitBt des Antikijrpers wahrgenommen werden und sich spezifisch in dem Antikorper abbilden. Als Arbeits- hypothese diente uns hierbei die Vorstellung, dass in der Feld- mirkung der Molekel ein charakteristisches Strukturmerlzmal vor- liegt, von dem bekannt ist, dass eine Ahnlichkeit hierin sich hkufig in einer Uherejnstimmung tler Eigenschaften misdrdckt Gut untersucht ist z. B. die Eigenschaft solcher feldHhnlichen Stoffe, sich im Krystallgitter isomorph vertreten zu konnen4), d. 11. von einem wachsenden Krystall werden solche Stoffe als gleich ,,em- pfunden". I n unserer Arbeitshypothese wird, wenn man so sagen darf, das spezifische Unterscheidungsvermogen der Antikorper mit dem Differenzierungsvermiigen der Krystalle verglichen. Feld- ahnliche Antigene sollten demnach die Ausbildung iihnlicher Anti-

l) R bedeutet ein organisches Radikal. 2, Z. Bygiene Infektionskrankheiten 113, 79 (1931). 3, Siehe H.G.Qrimm, Handb. d. Physik 24, 519 (1927). 4, 11. 6'. Grimni, JJ. G'unther und H . T~ttus, Z. physikal. Chem. [B] 14, 169 (1931)..

732 - -

korper versnlassen, bzw. ein solcher Antikorper sollte mit allen Bhnlichen Antigenen reagieren. Fur die Richtigkeit unserer Hypo- these konnten wir bisher schon eine Reihe von Beispielen anfiihren, indem wir fanden, dass sich folgende Serien von komplexen Anti- genen mit feld2,hnlichen Gruppen serologisch nicht verschieden verhsltenl).

- C6H4 - 0 - CsHs

- CsH4 - CH, - CaH,

- C6H4.P03Hz - CeH,. SOSH I - C6H4- NH- C,H, I1 - C6H4*As0,Hz I11 - C,H4- Se0,H

Hingegen erwiesen sich als vollig verschieden die Gruppen : - C6H4.As03H, - C6H4. SO,H

IV - C,H4* SbO,H, V - C,H4*SOzH Wir wollen im Folgenden uber weitere vergleichende sero-

logische Studien berichten, die ein Beispiel betreffen, des in mehr- facher Hinsicht Interesse verdient. Es ist schon lange beksnnt, dass der Sechsring Benzol eine susserordentliche Verwandtschaf t mit dem heterocyclischea Funfring Thiophen zeigt. Diese Venvandtschait erstreckt sich auch auf die physikslischen Konstanten und Eigen- schaften der Derivete der beiden Ringsysteme2). Thiophen und Benzol konnen sich auch isomorph im Krystallgitter vertreten3), so dess mit Sicherheit von einer Ahnlichkeit des molekularen Feldes bei beiden Molekeln gesprochen werden kann.

Um einen serologischen Vergleich zu ermoglichen, mussten wir diazotierbare und kupplungsfghige Verbindungen der beiden Ringe herstellen. Wir gingen hierbei von den beiden Carbonsiiuren aus, und fiihrten diese in folgende Verbindungen iiber:

b) C4H,S.COOH __f C,H,S-COCI _7t C,H3S.CO*NH.C6H4.N0, - f R ) C,H,*COOH + C,H,.COCI--t C,H,. CO . NH 'CSH4. NO,+ CEH.5. CO . NH CEH4. NH,

I

C,H,S * CO .NH. C6H4 .NHz 11

Verbindung I wurde nsch H . Hiibner4) dargestellt, als sslzssures Salz diazotiert und mit Serum gekuppelt.

Verbindung 11. Aus dem Chlorid der Thiophen-2-carbonsaure wurde die Nitroverbindung durch Erwarmen mit p-Nitranilin in Form von gelben NBdelchen gewonnen, die aus Alkohol umkrystalli- siert bei 220° schmolzen. Zur Gewinnung der Verbindung I1 wurde genau wie beim Benzolanslogon I verfahren. Aus dem Chlorhydrat wurde die freie Base durch Fallen mit Sodalosung erhalten. Weisses Pulver vom Smp. 171O.

4,245 mg Subst. gaben 0,4802 cm3 N, (15O, 713 mm) C,,H1,ON,S Ber. N 12,s Gef. N 12,6%

2, Richter-Anschiitz, Bd. 111, 12. Aufl. (1931), S. 21, vergleicht 16 Paare, deren Siedepunkt bzw. Schmelzpunkt im Mittel nur um 3O differieren.

3) G u y und Tsakalotos, J. chiin. phys. 8, 340 (1910). A. 208, 295 (1881).

Bioch. Z. 252, 22 (1932); 255, 429 (1932); 262, 196 (1933).

736 - - Die beiden Amine I und I1 lassen sich leicht diazotieren, und

die entstehenden Diazoverbindungen kuppeln leicht, wovon wir uns mit Hilfe des /?-Naphthols iiberzeugten. Zur Herstellung der Antigene kuppelten wir mit Schweine- Serum. Die Imrnunisierung m r d e mit dem Antigen Bus dem Benzolderivat (I) C,H,CONHC,H,.N,- Schweine-Serum an 5 Kaninchen vorgenommen. Nach 6 intrarenosen Injektionen von je 0,5 em3 Antigen, ausgefiihrt in 2-3tagigen Ab- stiinden, enthielten die Sera von 4 Tieren einen chemospezifischen An- tikorper, wie wir mit einem Kontrollantigen: C,H, * CO - N H - C,H,K,- Pf e r d e -serum feststellen konnten. Um die Spezifitat des Anti- korpers darzutun, priiften wir ihn mit 3 weiteren komplexen Anti- genen (siehe Tabelle).

Die Priifung der Antikorper erfolgt in vorliegender Arbeit mit der Prazipitinreaktion, bei der ca. 1 em3 der verdunnten Antigen- losung mit 0,15 em3 des unverdunnten Antiserum unterschichtet werden. Die Ablesung der Versuche erfolgt nach einstundigeni Aufenthalt der Versuchsglaser bei Zimmertemperatur. Die Er- gebnisse dieser Kontrollen enthalt Tabelle I, in welcher die Zahl der Pluszeichen die StHrke der eingetretenen Prazipitation angibt.

Tabelle I.

100

+ + +

Antiserum, enthaltend Antikorper gegen: C,H

C,H, - CO .NH.C,H, 1 N,-Pferdeserum . C,H,.C0.C,H,-X2-F'ferdeserum . . . H,O,As.C,H,.N~-~~enschenserum . . HO,S .C,H,.N,-~~enschenserum . . .

500 1000 5.000 --

+ + + ( + ) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

CO . NH -C,H,-N,-Schweineserum

Die Versuche zeigen deutlich, dass der Antikorper spezifisch gegen die Verbindung I eingestellt ist.

Nunmehr untersuchten wir das Verhalten dieser spezifisch gegen die aromatische Verbindung I gerichteten Antikorper gegen- iiber dem entsprechenden Antigen &us der Thiophenverbindunp 11. Das Resultat in gleicher Weise mit der Priizipitinreaktion gewonnen, zeigt Tabelle 11.

Tabelle 11. Antisera S 31 und S 36, enthaltend Antikorper gegen:

C,H,. CO NH- C,H, * Nz-Schweineserum

Antigenverdiinnung 100 1 500 1 1000 1 5000

Antigen : - \-/ -CO.NH.<I) -N2- Pferdeserum

_ _ _ _ _ _ _ _ _ ~ _ _ _ _ _ ~ - s34 +++ ++ I + ( + ) ' 0 8 3 6 +++ ++ + ( + ) I 0

8 3 6 ++ I ++ ++ 1 0 r' .CO.SH.(x> .N,- Pferdeserum 'S'

737 - Bus diesen Versuchen erhellt eindeutig, dass die Ahnlichkeit

zwischen Benzol- und Thiophenverbindungen auch im serologische11 Vergleichsexperiment besteht, d. h. dass es nicht gelingt, die beiden Verbindungen I und I1 zu differenzieren. Wir konnen in diesern Befund eine weitere Stiitze fur unseren Satz sehen, dass sich Ver- bindungen mit ahnlichem molekularem Feld im immunologischerl Versuch ausserordentlich ahnlich verhalten.

I n diesem vorliegenden Fall ist nun auch ein Vergleich zwischen der im serologischen Versuch aufgedeckten Verwandtschaft und der sonstigen physiologischen Wirkungsweise moglich. Durch eine grossere Reihe von Reobachtungen ist schon friiher fiir die Deriwte des Paares, Benzol und Thiophen, eine weitgehende Ubereinstimmung im physiologischen Verhalten festgestellt worden. Thiophen-2- carbonsaure wird in analoger Weise wie Benzoesiiure in Form der Thiophenurstiure (isolog zur Hippursgure) vom Organismus aus- geschiedenl). Man ksnn in f olgenden Verbindungen einen Benzol- kern durch Thiophen ersetzen, ohne dass sich die Wirkung des Stoffes wesentlich andert : l-Phenylchinolin-4-carbons~ure2), Cocain, Eu- cain A, Stovain, Benzoyl-chinin, Phenacetin3), Novocain4).

Man kann demnach feststellen, dass in diesem Falle die im serologischen Experiment sich ergebende Verwandschaft auch f iir andere biologische Reaktionen gilt. Ob auch in anderen Falieu von einer Verwandtschaft in serologischen Versuchen auf eine Ahnlich- keit im physiologischen Verhalten geschlossen werden kann, is t bei der geringen Zahl von untersuchten Beispielen noch nicht zu diskutieren.

Hier ware nur noch auf die Aufgabe hinznweisen, die finlichkeit von Benzol und Thiophen vom Standpunkt der modernen Struktur- lehre zu verstehen. I n welcher Weise die aromatische -CH = CH- Gruppe als Pseudo-Schwefel aufgefasst werden kann, so11 jedoch erst in einer spiiteren Arbeit, an Hand anderer Versuche erortert werden.

Ein weiterer Versuch sei hier noch angefiigt, der angeregt wurde durch die in der Literatur erwiihnte Tatssche, dass Naphthalin in einigen Verbindungen mit entsprechendenen Benzolverbindungen Mischkrystalle zu bilden vermag5). Diese Beispiele sind zu den Fallen von anomaler Mischkrystallbildung zu rechnen, f i i r die bei einigen Verbindungen eine Deutung im Bestehen einer zweidimensionalen

-

1) iM. Jaffd und H. Levy, B. 21, 34 58 (1888). 2) 134. Hartmann und E. Wybert, Helv. 2, 60 (1919). 3) W. Steinkopf und W . Ohse, A. 437, 14 (1924); 448, 205 (1926). 4, H. Gilman und R. M . Piekens, Am. SOC. 47, 245 (1925). 5 , p-Azonaphthalin-Stilben und ~-Azonaphhtalin-Azoben7,0~, Pascal und Normnnd,

B1. [4] 13, 875 (1914). 47

735 - -

Struktur und damit Beldjlhnlichkeit gegeben werden kannl). Urn ein solches Beispiel einer moglichen zweidimensionalen Struktur- analogie serologisch xu prhfen, stellten wir die, der Verbindung I entsprechende Naphthafinverbindung I11 her :

C) C,,H,-COOH C,,H,-COCI Cl~H,-CO*NH~C,H4~N0, __f

C1,H, .CO. NH- C6H,*NH2 111

In der gleichen Weise wie das Thiophenderivat (Verbindung 11) wurde uber das 8-Naphtoylchlorid2) die Verbindung I11 erhalten. Die Nitroverbindung bildet schwach gelbliche Nlidelchen vom Smp. 196O. Die Verbindung I11 schmilzt bei 167O.

4,430 mg Subst. gaben 0,440 em3 N, (14", 713 mm) C,,H,,N,O Ber. N 10,7 Gef. N 11,1%

Das Amin war gut diazotierbar und wurde mit Pferdeserum xu einem Antigen erggnzt. Die Priifung mit dem Antikorper auf Ver- bindung I zeigt Tabelle 111.

Tabelle 111. Antisera, S 34 und S 36, entheltend Antikorper gegen:

C,H,- CO . N H . C,H, - N,-Schweineserum

Die Versuche zeigen, dass sich zwischen der vorliegenden Naph- thaliaverbindung und der entsprechenden Benzolverbindung keine Verwandtschaft im serologischen Verhalten auffinden liisst, woraus aber, ds fur diese Verbindungen such keine krystsllographische Beobachtungen vorliegen, kein verallgemeinernder Schluss uber die Verwandtschaft von Bindungen, die in zwei Dimensionen struktur- lihnlich sind, gezogen wertlen kann.

Basel, Anstalt fur anorganische Chemie. Hygienische Anstalt.

l) Siehe I<. Spangenberg und 8. Neukaus, Chemie der Erde 5, 435, 554 (1930);

2, Vgl. A. Baeyer und E. BesernfeEder, A. 266,187 (1891); E'. Bell, SOC. 1930, 19%. EI. Seifert, Z. Kryst. 83, 274 (1932).