Pyridoxal 5’-phosphat (PLP)-abhängige Enzyme katalysieren vielfältige Umwandlungen von Aminosäuren, wie Transaminierung, α-Decarboxylierung und Razemisierung sowie β/γ- Eliminierungs- und Substitutionsreaktionen. Vitamin B6-abhängige Enzyme spielen eine zentrale Rolle im Aminosäure- und Aminmetabolismus und sind interessante Zielobjekte für Medikamente, um auf spezifische, zu pathologischen Zuständen führende Prozesse einzuwirken. Hemmstoffe, welche der Struktur des Übergangszustands entsprechen, binden mit hoher Affinität an ihre Zielenzyme. Unter Anwendung dieses Prinzips wurde in dieser Doktorarbeit eine Strategie erarbeitet, um spezifische, intrazellulär wirkende Inhibitoren für bestimmte PLP-abhängige Enzyme zu entwickeln. Die PLP-abhängige Ornithindecarboxylase (ODC) ist ein Schlüssenenzym der Polyaminsynthese und wurde als erstes Zielobjekt ausgewählt. ODC ist in vielen Tumorzellen überexprimiert und deren Hemmung ist daher von grossem therapeutischem Interesse. Im ersten Teil der Doktorarbeit werden Design und Synthese eines solchen ODC-Inhibitors vorgestellt. Eine genaue Analyse der 3-D-Struktur von hODC offenbarte eine zusätzliche hydrophobe Tasche, welche die ε-Aminogruppe des Substrats Ornithins umhüllt. Molekülmodellierung mit einem BOC-geschützten Pyridoxyl-Ornithin-Konjugat (POB) in der aktiven Stelle der hODC deuteten auf eine starke Wechselwirkung des Enzyms mit der BOC- Gruppe hin. Das synthetisierte und gereinigte POB hemmte die Aktivität neu induzierter ODC in verschiedenen Tumorzellen. Das Ausmass der Hemmung der ODC-Aktivität korrelierte mit der zeitabhängigen Hemmung des Zellwachstums. Menschliche nicht-cancerogene glatte Muskelzellen der Aorta wurden nicht gehemmt. Die Proliferationshemmung von Tumorzellen durch POB war beträchtlich wirksamer als die von α-DL-Difluoromethylornithine (DFMO), des medizinisch am häufigsten verwendeten irreversiblen ODC-Inhibitors. Um die hemmende Wirkung dieser Art von intrazellulärem ODC-Inhibitoren zu verbessern, wurden im zweiten Teil der Doktorarbeit die strukturellen Anforderungen für das Binden und Hemmen von hODC und für die Zellproliferation genauer untersucht. Strukturell unterschiedliche Enzym-Substrat-Analoge wurden entwickelt, synthetisiert und auf Hemmwirkung getestet. Von 23 untersuchten Konjugaten zeigten zwei, nämlich Phosphorpyridoxyl- und Pyridoxyl-Tryptophanmethylester (pPTME, PTME), eine signifikant grössere Zellproliferationshemmung als POB und insbesondere eine viel grössere als DFMO. Alle aktiven Verbindungen besitzen ein hydrophobes Seitenkettenfragment und ein polyaminähnliches Motiv. Wie sich aus Untersuchungen mittels molekularem Modellieren vermuten liess, haben pPTME und PTME eine grössere Bindungsaffinität zu ODC als POB und hemmen die intrazelluläre ODC-Aktivität auch stärker. Zusätzlich induzieren diese drei Verbindungen, wie bereits von Polyaminanalogen bekannt, die Aktivitäten der Polyaminoxidase und der Spermin/Spermidin-N1-Acetyltransferase bis zu 250 % bzw. 780 %. Beide Enzyme sind im katabolen Polyaminstoffwechsel wirksam. Die duale Wirkung dieser Verbindungen, d.h. die Hemmung der ODC und die Induktion der katabolischen Enzyme, beeinflusst die intrazellulären Polyaminpools und könnte der Grund sein für den im Vergleich zu DFMO viel besseren Hemmeffekt auf die Zellproliferation. Histamin, ein biogenes Amin mit wichtigen biologischen Funktionen, wird durch die Decarboxylierung von Histidin mittels Histidin-Decarboxylase (HDC), einem PLP- abhängigen Enzym, gebildet. HDC ist demzufolge ein wichtiges Zielenzym für Hemmstoffe, um die Histaminproduktion in bestimmten pathologischen Zuständen zu verringern. Die Entwicklung neuer Inhibitoren der hHDC und die Aufklärung von deren strukturellen Voraussetzungen ist eine grosse Herausforderung, da die 3D-Struktur der HDC von Säugetieren noch immer unbekannt ist. Im letzten Teil der Dissertation wurden potentiell membrandurchlässige Pyridoxylsubstratkonjugate entwickelt, synthetisiert und als Inhibitoren der hHDC getestet. Ferner wurde ein Modell der aktiven Stelle der hHDC entworfen, das mit den experimentellen Daten kompatibel ist. Von den 9 mit menschlichen Mastzellen getesteten strukturellen Varianten hemmte das Pyridoxyl-Histidin-Methylesterkonjugat (PHME) die HDC am stärksten, was darauf schliessen lässt, dass die Bindungsstelle von hHDC keine andere Gruppe als die Imidazol-Seitenkette von Histidin akzeptiert. PHME vermochte vor allem die induzierte neu synthetisierte HDC zu hemmen und zeigte auch Hemmwirkung in Zellextrakten. Das vorgeschlagene Modell des aktiven Zentrums der hHDC, welches Phosphopyridoxyl-Histidin enthält, erklärte die Bindungsspezifizität von HDC für ihr Substrat und erhellt die Struktur-Aktivitätsbeziehung der entwickelten und untersuchten Verbindungen. Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse, dass die Anwendung strukturell verschiedener Verbindungen zur Abklärung der Bindungsanforderungen der Zielproteine ein effizienter Weg zur Entwicklung neuer Inhibitoren von PLP-abhängiger Enzyme ist. ODC-Inhibitoren, wie sie hier vorgestellt wurden, können von Zellen aufgenommen werden und das Zellwachstum klinisch wichtiger bösartiger Tumorzelllinien, wie Gliomazellen, effizient hemmen. Pyridoxal 5’-phosphate (PLP)-dependent enzymes catalyze manifold transformations of amino acids such as transamination, α-decarboxylation, and racemization, as well as β- or γ- elimination and replacement reactions. Vitamin B6-dependent enzymes play a central role in amine and amino acid metabolism and are interesting targets for drugs to intervene in specific processes that lead to pathological states. As transition-state-based inhibitors bind with high affinity to their target enzymes, a strategy was explored to develop inhibitors on the basis of mimics of a transition-state intermediate of PLP-dependent enzymic reactions. The PLP-dependent ornithine decarboxylase (ODC) is the key enzyme in polyamine synthesis and was chosen as the first target. ODC is overexpressed in many tumor cells and thus a potential drug target. The thesis reports the design and synthesis of an analog of covalent coenzyme-substrate adducts as a novel precursor inhibitor of ODC. Structural analysis of the crystal structure of hODC disclosed a hydrophobic pocket adjacent to the ε- amino group of its substrate ornithine. Molecular modeling showed favorable interactions of a BOC-protected pyridoxyl-ornithine conjugate, termed POB, in the active site of hODC. The synthesized and purified POB at the concentration of 100 µM completely inhibited the activity of newly induced ODC in glioma LN229 and COS7 cells. In correlation with the inhibition of intracellular ODC activity, a time-dependent inhibition of cell growth was also observed in various tumor cell lines, but not in non-tumorigenic human aortic smooth muscle cells. POB was much more efficient in inhibiting proliferation of several types of tumor cells than α-DL-difluoromethylornithine (DFMO), the most widely used irreversible inhibitor of ODC. In the second part of the thesis, the structural requirements for binding to and inhibiting hODC and for inhibition of cell proliferation were elucidated in more detail to improve the inhibitory effect of this kind of inhibitors of intracellular hODC. Structurally diverse enzyme- substrate mimics were designed, synthesized and tested for their inhibitory potential. Out of 23 conjugates, phosphopyridoxyl- and pyridoxyl-tryptophan methyl ester (pPTME, PTME) showed a significantly more potent cell proliferation inhibition of glioma cells than POB and particularly more than DFMO. All the active compounds possess a hydrophobic side chain and polyamine motif (-NH-(CHX)4-NH-). As predicted from the molecular modeling results, pPTME and PTME have an improved binding affinity for ODC in comparison to POB and strongly inhibited the intracellular ODC activity of glioma cells. Additionally, these three compounds induce, as polyamine analogs do, the activity of the enzymes of polyamine catabolism, polyamine oxidase and spermine/spermidine N1-acetyltransferase, up to 250% and 780%, respectively. The dual mode of these compounds in cells, i.e. inhibition of ODC and induction of polyamine catabolic enzymes, influences the intracellular polyamine pools and might be the cause for their inhibitory effect on cell proliferation that compares favorably with that of DFMO. Histamine, a biogenic amine with important biological functions, for example in gastric acid secretion and allergic reactions, is produced from histidine by histidine decarboxylase (HDC), a PLP-dependent enzyme. HDC is thus a potential target to attenuate histamine production in certain pathological states. Targeting mammalian HDC with novel inhibitors and elucidating the structural basis of their specificity for HDC are particularly challenging tasks, because the 3D structure of mammalian HDC is still unknown. In the last part of my dissertation, potentially membrane-permeable pyridoxyl-substrate conjugates were designed, synthesized and tested as inhibitors for human HDC and an active site of hHDC was modeled that is compatible with the experimental data. The most potent inhibitory compound among 9 tested structural variants was the pyridoxyl-histidine methyl ester conjugate (PHME), indicating that the binding site of hHDC does not tolerate other groups than the imidazole side chain of histidine. PHME inhibited induced HDC in human HMC-1 cells and proved also inhibitory in cell extracts. The proposed model of hHDC, containing phosphopyridoxyl- histidine in the active site, explains the binding specificity of HDC towards its substrate and the structure-activity relationship of the investigated compounds. In conclusion, analogs of covalent coenzyme-substrate adducts and their structural variations provide promising lead compounds for the development of inhibitors for PLP- dependent enzymes such as ODC and HDC. ODC inhibitors of the kind presented in this thesis seem to be efficient agents for preventing proliferation of clinically interesting malignant tumor cell lines, such as gliomas.