H. Scheer

Phytochemie P. Braun / H. Scheer

WS 2007 / 2008

H. Scheer

Inhalte Vorlesung Donnerstags 11:30 – 13:00, Kl. Hörsaal Botanik

Pflanzentypische StoffwechselwegeTetrapyrrole, Isoprenoide, Flavonoide Acetogenine, AlkaloideLipide

Prinzipien der Isolierung und Strukturaufklärung

Abschlussklausur Donnerstag, 7.2.08 11:30

Fragen zur VorlesungZugangsberechtigung zum Praktikum

Praktikum 10. – 15.3.08, ganztägig, Vorbesprechung 7.2.2008, 12:30, Kl. Hörsaal

Isolierung von PflanzeninhaltsstoffenSelbständiges Arbeiten nach Vorschrift (Anleitung, Bücher)Seminare jeweils Freitags

H. Scheer

Lehrbücher zur Phytochemie

Klassische Biochemie Lehrbücher (Stryer, Voeth & Voeth, Lehninger)

Heldt: Pflanzenbiochemie, Spektrum Verlag (2003)

Richter: Biochemie der Pflanzen, Thieme, Stuttgart (2002)

Buchanan, Gruissem & Jones (2000). Biochemistry and Molecular Biology of Plants. Amer. Soc. Plant Physiol. Rockville, Md.

H. Scheer

Wichtige Stoffklassen

Tetrapyrrole 150

Isoprenoide >22.000TerpeneCarotinoideSteroleGibberellinePolyprenoide

Phenylpropanoide >5.000FlavonoideStilbenoideMonolignole

Alkaloide >10.000

H. Scheer

http://www.expasy.ch/cgi-bin/search-biochem-index

H. Scheer

Anaplerotic reactions

H. Scheer

Aminosäure Biosynthesen - ÜbersichtH-C=O

COOH

C=O

COOH

CH3

C=O

COOH

CH2

COOH

C=O

COOH

CH2

CH2

COOH

H2-C-NH2

COOH

H-C-NH2

COOH

CH3

H-C-NH2

COOH

CH2

COOH

H-C-NH2

COOH

CH2

CH2

COOH

Ser, Cys, Trp

Val, Leu

Asn, Lys, Homocystein, Met, Thr, Ile

Gln, Pro, Ornithin, Arg, Lys

Phe, Tyr, Trp+ Ery-4-P PRPP

His

Glyoxylat

Pyruvat

Oxalacetat

Ketoglutarat

Gly

Ala

Asp

Glu

, Tetrapyrrole

H. Scheer

Tetrapyrrole -Strukturen-Cyclische Tetrapyrrole-Lineare Tetrapyrrole

-Funktionen-Fe – Tetrapyrrole -Redoxreaktionen

-O2 –Transport-Oxigenierungen

-Mg – Tetrapyrrole -Lichtsammlung-Energietransduktion-Redoxreaktionen

-Co – Tetrapyrrole - C – Gerüstumlagerungen-Methylierungen

-Ni – Tetrapyrrole - Methan-Bildung-Biosynthese - -Aminolävulinsäure

- Protoporphyrin IX- Modifikationen und Metallierungen- Ringöffnung

-Abbau - Ringöffnung- Folgereaktionen

-Spektroskopie

H. Scheer

HO H

N N

NNFe

O

H

COO-COO-

Häm(Cytochrom a)

N N

NNFe

COO-COO-

N N

NNFe

COO-COO-

Häm A(Cytochrom b)

Häm-bis-Thioether(Cytochrom c, f)

SCys (Apoprotein)

S Cys (Apoprotein)

Häm-Typen: I

Endoxidase Atmungskette

Hämoglobin PeroxidasenCytochrom P450

Cytochrom c Cytochrom f

H. Scheer

N N

NNFe

HOOC

COO-COO-

Siro-Häm

N N

NNFe

COO-COO-

Häm D

COOH

HOOC

COOH

COOH

COOHHOOCOHOH

Häm-Typen: II

Sulfit – Reduktase Nitrit – Reduktase(6 e- - Reduktion zu NH3)

Nitrit – Reduktase(1 e- - Reduktion zu NO)

H. Scheer

Chlorophylle vom Porphyrin – Typ (Chl c)

R1

R2

Mg

O

N N

N N

COOCH3H

COOR3

Mg

O

N N

N N

COOCH3H

OO

OO

O

O

O

O

HOOH

OH

Pigment R1 R2 Remarks

Chl(ide) c1 CH3 C2H5 1Chl(ide) c2 CH3 C2H3 1Chl(ide) c3 COOCH3 C2H3/5 1,4PChl(ide) a CH3 C2H5 2[8-Vinyl]-PChl(ide) a CH3 C2H3 1,2,3

H. Scheer

Absorptionsspektren der Chlorophylle

H. Scheer

Chlorophyllevom Chlorin – Typ: Oxygene Photosynthese

R1 R2

R3

Mg

O

N N

N N

H

H

R5R4

COOR6

1

23

45

67

8

9

10

11

13

131132

1415

1617

18

19

20

21 22

2324

A B

CD

E

Phytyl =

Pigment R1 R2 R3 R4 R5

Chl a C2H3 CH3 C2H5 H COOCH3

R6

PhyChl a' C2H3 CH3 C2H5 COOCH3 H PhyChlid a C2H3 CH3 C2H5 H COOCH3 HChl b C2H3 CHO C2H5 H COOCH3 PhyChl d CHO CH3 C2H5 H COOCH3 Phy[8-Vinyl]-Chl a C2H3 CH3 C2H3 H COOCH3 Phy82-OH-Chl a C2H3 CH3 C2H4-OH H COOCH3 PhyPhe a C2H3 CH3 C2H5 H COOCH3 Phy

H. Scheer

Chlorophyllevom Chlorin – Typ: Anoxygene Photosynthese(Grüne Bakterien)

R1

R2

R3

Mg

O

N N

N N

H

H

COOR4

OH

R5

*

Pigment R1 R2 R4

BChl c CH3 et,pr,ib,np Farn,18:0,many others

R5

CH3

BChl d CH3 HBChl e CHO CH3

et,pr,ib,npet,pr,ib,np

Farn,18:0,many othersFarn,18:0,many others

R3

me,etme,etme,et

H. Scheer

Chlorophylle vom Bakteriochlorin – Typ:

Anoxygene Photosynthese

R1

M

O

N N

N N

H

H

COOCH3H

COOR4

H

R3

R2

Pigment R1 R2 R4

BChl a COCH3 H variableBChl b COCH3

BChl g C2H3

=CH-CH3

=CH-CH3

variablevariable

R3

CH3

As a rule, M = Mg, in Acidiphilium rubrum M = Zn

H. Scheer

Andere Metallo – Tetrapyrrole

Methyl-CoM - Reduktase Methyltransferasen, Isomerasen(z.B. Methyl-Malonyl-CoA Succinyl-CoA)

O

N

N

HO

OH

N N

NNNi

HOOC

COOHCO

Cobalamin (Vitamin B12)

CO

Ni-F430

ONH

H2NOC

HOOC

N

O

COOH

COOH

H2NOCCONH2

H

H

H

+R

+

H

(R = 5'-desoxyadenosyl)

PO2

O

N

N

CONH2

H2NOC CONH2

H2NOC

N

NCo

H. Scheer

Andere cyclische Tetrapyrrole I

O

O

N HN

NH N

O

OH

O

CH3COOHO

OCOCH3

H

H

Tolyporphine

Cyanobakterien (Tolypothrix)(Schutzpigmente ?)

Zn

O

N N

N N

H

H

COOCH3H

COOR

OH

H

Zn-BChl a

Purpurbakterien (Acidiphilium) Photosynthese

H. Scheer

Andere cyclische Tetrapyrrole II

• Tunichlorine: Ni – Chlorine, wahr- scheinlich Schutzpigmente

(Tunicaten)

• Bonnelin: Pyropheophorbid – Derivat, geschlechtsbetimmend

(Bonella viridis, mariner Wurm)

• Namenlos: Pyropheophorbid – Derivat, Sehpigment in Tiefseefisch Melanocosteus niger

H. Scheer

Lineare Tetrapyrrole

NH

NH N

COOHCOOH

HN

O OH

NH

NH N

COOHCOOH

HN

O OH

NH

NH N

COOHCOOH

HN

O O

Phycicyanobilin (PCB) Phycoerythrobilin (PEB)

Phycoviolobilin (PVB)

1617

1819 1

23

4

5

67

89

1011

1213

14

15

31

32

H

H

NH

NH N

COOHCOOH

HN

O O

Phycourobilin (PUB)

H H

Type 1 chromophores: 3-ethylidene group

Type 2 chromophores (some hypothetical): 3-vinyl group

NH

NH N

COOHCOOH

HN

O OH

Phytochromobilin (PB)

NH

NH N

COOHCOOH

HN

O O

Biliverdin (BV)

H. Scheer

Protoporphyrin IX

NH HN

NH HN

COOHCOOH

Protoporphyrinogen IX

NH HN

NH HN

COOHCOOH

Uroporphyrinogen III

HOOC

HOOC

COOH

COOH

COOH

COOH

NH HN

NH HN

COOH

HOOC

Hydroxymethyl-Bilan

HOOC

COOH

COOH

COOH

COOH

HOOC

NH

HOOC

COOH

NH2

NH2

COOH

O

COOH

COOH

NH2

COOH

NH2COOH

COOH

+

GlycinSuccinic acid

Glutamic acid

5-Aminolevulinic acidPorphobilinogen

C5-Pathway

C4+1-Pathway

2x, - 2H2O

- 3 NH3

Cyclization, ring rotation, - H2O - 6 CO2 Oxidation

(1)

(2)

(3)

(4)

(5) (6) (7)

Siroheme, F430, Vitamin B12 Chlorophylls

4x

Hemes

MgFe

HO

Bilins

- Fe - Mg

CO

NH N

N HN

COOHCOOH

1

2

34

56

7

8

9

10

11

12

1314

1516

17

18

19

20

A B

CD

Biosynthese der Tetrapyrrole - Übersicht

H. Scheer

a) b)

glutamyl-tRNA

NADPH NADP+

COOH

H2N

O

O

N

NN

N

NH2

O

OH

CH2

tRNA

tRNAGlu

GluTR

GSA

COOH

H2N

OH

ALA

COOH

H2NH

O

GSAM

PLP/PMP

glutamycin

COOH

H2N

O

OH

N

NN

N

O

N

CH2

OH

N

C5-Weg der ALA - Synthese

(aus Jahn, 2003)

H. Scheer

a b

1

1

22

3

4

53

s

tRNAGlu tRNAGlu

as as

acac

acsacs

dd g

n

GluRS GluTR

as: Aminosäure-Bindungsstelleac: Anticodonacs: Anticodon Stamm

g Glutamycinn: NADPH-Bindungsstelles: Rückgrat Helix

Komplex der tRNAGlu mit:

(aus Jahn, 2003)

Glu-tRNA-Synthetase (GluRS) Glu-tRNA-Reduktase (GluTR)

H. Scheer

a

b

Jahn et al, Fig. 4: Glu-tRNA-Reduktase aus Methanopyrus kandleri

1

1

1

1

2

2 2

2

3

3

3 3

g

g

gg

n

n

n

n

s

s

ss

g: Glutamycinn: NADPHs: Rückgrat Helix

Glu-tRNA-Reduktase aus Methanopyrus kandleri

(aus Jahn, 2003)

H. Scheer

a

b

tRNAGlu

tRNAGlu

tRNAGlu

GluTRGluTR

GluTR

GluTR

GSAM

GSAM

GSAMALA-Synthese (C5-Weg):Modell für Substrate Channeling

Glu-Semialdehyd-2,1-Aminomutase(grau/weiss)

Glu-tRNA-Reduktase(grün/gelb)

Glu-tRNA (blau)

(aus Jahn, 2003)

ALA C5-Weg:Modell für Substrate Channeling

H. Scheer

5-Aminolevulinsäure und Porphobilinogen

HN

COOH

COOH

NH2

NH2

COOH

O

COOH

COOH

H2N

COOH

NH2

COOH

COOH

+

Glycine Succinate

Glutamate

5-Aminolevulinate (ALA) Porphobilinogen (PBG)

5-AminolevulinateDehydratase

2 x ALA, - 2 H2O

C5 - Pathway

C4 + C1 - Pathway

H. Scheer

Von Porphobilinogen zum Corpoporphyrinogen III

NH HN

HNHN

COOHCOOH

Uroporphyrinogen IIIHOOC

HOOC

COOH

COOH

COOH

COOH

NH HN

NH HN

COOHHOOC

Hydroxymethylbilane I

HOOC

COOH

COOH

COOH

COOH

HOOC

Uroporphyrinogen III Synthase Uroporphyrinogen III

Siroheme, F430, Vitamin B12

HO

Enzyme-bound hexapyrrole intermediate

NH HN

NH HN

NH HN

Enzyme-Cys Hydroxymethylbilane I

NH HN

NH HN

COOHCOOH

HOOC

HOOC

COOH

COOH

COOH

COOH

Spiro-intermediate

COOH

COOH

COOH

COOHCOOH

COOH

COOH

COOH

HOOC

HOOC

COOH

COOH

Hemes, Chls, BChls

Decarboxylase

Hydroxymethylbilane I Synthase

A B

CD

A B

CDSynthase

4 x PBG, - 4 NH3

+

H. Scheer

13C – Markierung Chl a

5

15

10

20

14 16 4 9

H. Scheer

13C–13C – Kopplungen in Chl a

C-14 C-16C-4

C-9

C-10

C-15

C-5C-20

[ppm]

COO-

CH2

CH2

C=OCH2

NH2

Chl a

H. Scheer

Vom Coproporphyrinogen III zum Protoporphyrin IX

Uroporphyrinogen III

Uroporphyrinogen III

NH HN

NH HN

COOHCOOH

HOOC

HOOC

COOH

COOH

COOH

COOH

Decarboxylase

NH HN

NH HN

COOHCOOH

COOH

COOH

- 4 CO2

Coproporphyrinogen III

Protoporphyrinogen IX

Protoporphyrinogen IX

NH HN

NH HN

COOHCOOH

Oxidase

NH N

N HN

COOHCOOH

Protoporphyrin IX

Coproporphyrinogen IIIOxidase

- 4 CO2, - 2 H2O+ O2 - 3 H2O+1.5 O2

H. Scheer

F. Meyer-Betz : Ein Selbstversuch (1912)

Schwellungen nach intravenöser Injektion von 0,2 Gramm Hämatoporphyrin(einem Verwandten des Chlorophylls und des Blutfarbstoffs) und anschließendem

Aussetzen ans Sonnenlicht. Dr. Meyer-Betz, der diesen Selbstversuch am 14.10.1912 durchgeführt hatte, war noch Anfang Dezember Lichtempfindlich, erst im Frühjahr

1913 war er wieder völlig desensibilisiert. H. Scheer, 9/05

H. Scheer

Porphyrie: Die königliche Krankheit

König Georg III von England und König Friedrich Wilhelm I von Peußen litten unter Porphyrie, bei der der Stoffwechsel des Blutfarbstoffs gestört ist. Durch die

angehäuften Porphyrine werden die Patienten lichtempfindlich, sie führt außerdem zu schweren Störungen im Gehirn. Ihre Krankheit war genetisch bedingt und lässt sich

über mehrere Generationen verfolgen.

Auch bei Graf Dracula wird eine Porphyrie als Ursache der Lichtscheu und des Blutbedarfs vermutet

Georg III (1738 – 1820)

H. Scheer, 9/05

H. Scheer

Porphyrie: Ursachen

Der Münchener Porphyriker Petri hat jahrelang seinen rotweinfarbenen Urin (rechts im Glas) der Arbeitsgruppe von Prof. Hans Fischer zur Verfügung gestellt, und damit

zur Strukturaufklärung des Blutfarbstoffs beigetragen. H. Scheer, 9/05

Porphyrien können genetisch bedingt sein, oder durch Umwelteinflüsse hervor gerufen (z.B. Schwermetalle). Sie können auch dadurch verstärkt werden. So nimmt man an, dass die Krankheit bei Georg III besonders schwer war, weil er mit (Arsen-haltigem) Antimon behandelt wurde.

H. Scheer

Vom Protoporphyrin IX zu Proto-Häm und Chlorophyll a

NH N

N HN

COOHCOOH

Protoporphyrin IX

Mg-Chelatase

N N

N N

COOHCOOH

Mg-Protoporphyrin IX

ADP, PiMg++, ATP

8-Vinyl-Reductase

N N

N N

COOCH3COOH

Protochlorophyllide a

NADPNADPH

SAM:Mg-Protoporphyrin IXMethyltransferase

N N

N N

COOCH3COOH

Mg-Protoporphyrin IX Monomethylester

SAM

H

Mg Mg

Mg

N N

N N

COOCH3COOH H

Mg

Mg-Protoporphyrin IX

NADP/H2O

Monomethylester Cyclase

NADPH

and/orO2

and/orH2O

[8-Vinyl]-Protochlorophyllide a

N N

N N

COOHCOOH

Fe-Protoporphyrin IX

Fe

Fe-Chelatase

(Protoheme)

SAH

O O

H. Scheer

Chlide c2 + other c-type chlorophyll(ide)s

a) Mg-insertion (9) Dehydrogenation

Protoporphyrin IX

NH N

N HN

COOHCOOH

1

2

34

56

7

8

9

10

11

12

1314

1516

17

18

19

20

A B

CD

Mg-Protoporphyrin IX-133-mme

N N

N N

COOCH3COOH

N N

N N

COOCH3COOH

b) Methylation by SAM (10)

H

Mg

N N

N N

COOCH3COOHH

Mg

OO

N N

N N

COOCH3COORH

Mg

O

N N

N N

COOCH3COORH

Mg

O

N N

N N

O

COOCH3COORH

Mg

O

N N

N N

COOCH3COOHH

Mg

O

Chl a (+ BChl g?) Chl b[3-Hydroxyethyl]-Chlide a

BChl a (+ b, g ?)

N N

N N

R

R

HCOORH

Mg

O

BChls c, d, e

a) Hydrogenation ring D (12, 13)

b) Esterification (GGPP, Fig.8) (15) Hydrogenation of alcohol (16)

Oxygenation (17)

Reduction (18)

HO

a) Hydrogenation ring B (13a)

b) Esterification (GGPP, Fig.8) (14) Hydrogenation of alcohol (16)

Hydrogenation ring D (13)

HO

RSeveral reactions

?

MgCyclization (11)

+ other modifications

PChlide a

Hydratation 3-vinyl group

OH

Hydrogenation 8-vinyl (14)Hydrogenation 8-vinyl (14)

HH HH

H

HHHH

H

HH

H

(8)

Porphyrine(ungesättigt)

Chlorine(Dihydro)

Bacteriochlorine(Tetrahydro)

Die verschiedenen Chlorophylle

H. Scheer

Absorptionsspektren der Chlorophylle

H. Scheer

Vom Häm zu den Gallenfarbstoffen und Biliproteinen

NH

NH N

COOHCOOH

HN

O OH

3E-PCB

15,16-Dihydrobiliverdin

NH

NH N

COOHCOOH

HN

O O

Biliverdin

NH

NH N

COOHCOOH

HN

O O

H

Heme

PC, PEC, APC, Phytochromes

Heme-Oxygenase Biliverdin-15,16-hydrogenase

Fd

Apoproteins

3E-PB

Fe

Ancient Phytochromes

Apoproteins

CO

PCB-OxidoreductasePcyA

PEB-Oxidoreductase

Phycobilin-LyasenCpcE, F, S,T,U,V

Heme-OxigenaseCO

H. Scheer

Photosynthetische Einheit

H. Scheer

Phytochrom

H. Scheer

Insektenbiline

H. Scheer

Conformation and charge control absorption

H. Scheer

Phycobiline: Nativ

NN N

COO-COO-

N O

SCys

H

H

H

84-

OH

NN N

COO-COO-

N O

SCys

H

H

H

A

BC

DO

H

H

Phycocyanobilin - adduct

31-Cys - phycoviolobilin

NN N

COO-COO-

N O

SCys

H

H

H

OH

31(,181-Di)-Cys - phycoerythrobilin

H H HH

H

SCys

HN N

COO-COO-

N O

SCys

H

H

H

84-

OH

31(,181-Di)-Cys - phycourobilin

HH

SCys

H. Scheer

N

NH

N

HN COOH

COOH

O

ONon-fluorescent

N

NH

NH

HN COOH

COOH

O

OFluorescent

H. Scheer

nativ denatured renatured boarder

Conformational mobility controls fluorescence

Phycocyanin fluorescence

H. Scheer

IQPHGV

Spontaneous chromophore addition to PhyA from Anabaena PCC7120

H. Scheer

Chromophore ligation Autocatalytic Catalytic

E/F-type lyaseS/U/V lyasesT-lyase

84: faulty bindingß84: faulty bindingß155: unclear

H. Scheer

E/F – Type Lyases

HN

O

HNHN+ RSH

HN

OH

HNS

R

H

HN

O

HN+ RSH

H

HN

O H

HNS

R

Isomerization

(C)

(B)

(A)

(D)COO- COO-

COO-COO-

1

2

5 = PCB

6 = PVB

H

H H

Lyase-only type

PCB:-CPC - Lyase

(Cys-a84 specific)

Isomerising lyase PVB:a-PEC - Lyase

H. Scheer

Isoprenoide: Übersicht

OPP

OPP

OPP

+ OPP

TerpeneOH HO

HO

OPP

OPP

Sesquiterpene

Diterpene

SqualenSteroideHO OH

COOH CHO

Carotinoide

OH

OHO

CH3COO

OO

C

Dolicholphosphat

Kautschuk, Guttapercha

2 x

2 x

+ C5

+ C5

+ 5 x C5

+ n x C5

OPP

+ n x C5

OP

Prenyl-Chinone

3 Acetyl-CoA

GAP + Pyruvat OOH

OH

P

HOOCOH

OPP

Übersicht Isoprenoide mit Beispiel-Strukturen der Endprodukte

Mevalonat - Weg (Tiere, Cytoplasma bei Pflanzen)

Deoxyxylulose - Weg (Plastiden, Bakterien)

Chlorophylle (Alkohol an C-173)

Isoprenoide.cdr (H. Scheer)

Beispielstrukturen

Beispielstrukturen

Beispielstrukturen

Beispielstrukturen

Geranyl-pyrophosphat

Farnesyl-pyrophosphat

Geranyl-gerany-pyrophosphat

H. Scheer

Isoprenoide höherer Pflanzen

Aus Heldt, Pflanzenbiochemie; Spektrum Verlag

H. Scheer

Dolicholphosphat(aus Stryer, Biochemistry, 2002)

Cytoplasma

ER-Lumen

H. Scheer

Carotinoide: Endgruppen

H. Scheer

Einige Carotinoide

H. Scheer

Carotinoide: Spektroskopie II

H. Scheer

Carotinoide: Spektroskopie I

H. Scheer

Carotinoide: Spektroskopie III

H. Scheer

O

S-CoA2 x

O

S-CoA

O O

S-CoA

OH

COOH

OH

OH

COOH

O-PP

OH

COOH

O-PP

Acetyl-CoA

2 NADPH

CoA-SHCoA-SH

2 ATP

2 ADP+ 2 NADP

Acetoacetyl-CoA 3-Hydroxy-3-methyl-glutaryl-CoA Mevalonat Mevalonyl-pyrophosphat

Isopentenyl-pyrophosphat

Mevalonat - Weg

O

COOH P-O

OH

CHO+

CH3

OHO

OHCH2O-P

CH2OHH3C

OHCH2O-P

CH2OHH3C

OHCH2O-CDP

OH O-PCH2OH

H3COHO

O PO

P

Deoxy-xylulose - Weg

TPP

CTP, ATP

PPi, ADP CMPCO2

Acetyl-CoA-Transferase HMG-CoA-Synthase HMG-CoA-ReduktaseMevalonat-KinaseP-Mevalonat-Kinase Diphosphomevalonat

-Decarboxylase

Deoxyxylulose-5-P-Synthetase Dox-5-P-Reduktase-Isomerase Synthase Cyclase

NADPH

NADP

Pflanzen: Cytosol(Wirbel)tiere

Pflanzen: PlastideCyanobakterienEubakterien (E. coli, B. subtilis)Streptomyces

Streptomyces

Protozoen, Plasmodium

Pyruvat GAP 1-Deoxyxylulose-5-P 2-Methyl-erythritol-4-P CDP-MEP cyclo-MEPP

Alternative Wege zum IPP

Fe4S4

H. Scheer

Inhibitor des Mevalonat - Wegs

O

S-CoA

OH

COOH

OH

OH

COOH

2 NADPH

CoA-SH+ 2 NADP

3-Hydroxy-3-methyl-glutaryl-CoA Mevalonat

HMG-CoA-ReduktaseHO

COOH

OHMevinolin (aus Aspergillus terreus)

H. Scheer

Mevalonat- und Deoxyxylulose-Weg: Markierungen aus Glucose

Aus Eisenreich et al., 2004

GAP

GAP

Pyr

Pyr

Acetyl-CoA

Acetyl-CoA

Mevalonat - Weg

Deoxyxylulose- Weg

H. Scheer

Abschätzung von Markierungsraten aus 1-13C-Glc

Aus Eisenreich et al., 2004

Leu-C2 stammt aus Acetyl-CoA

Tyr-C3 stammt aus Pyruvat und GAP

Val-C4 stammt aus Hydroxyethyl-TPP (= Pyruvat)

H. ScheerAus Eisenreich et al., 2004

Markierungsvergleich

H. ScheerAus Eisenreich et al., 2004

Produkte des Deoxyxylulose-Wegs (1)

H. ScheerAus Eisenreich et al., 2004

Produkte des Deoxyxylulose-Wegs (2)

H. Scheer

Phylogenie der Isoprenoid-BiosynthesewegeDeoxy-Xylulose-Weg Mevalonat-Weg

Archaea +

Bakterien Aquifales +Chlamydien +Cyanobakterien +B. subtilis +Deinococcus +Staphylococcus +Streptomyces +E. coli +Borrelia +Listeria + +

Tiere +

Pflanzen + (Plastid) +

Hefen +

Protozoen Plasmodium +

H. Scheer

NADPH NADP

Fosmidomycin FR 900098

Inhibitoren

2C-Methyl-D-erythritol-4-phosphat-synthaseals Antimalaria-Target

H. ScheerAus Eisenreich et al., 2004

Analyse von Gerüstumlagerungen

H. Scheer

OPP

OPPH H

OPPKopf-Schwanz-Kondensation

Kettenverlängerung

H. Scheer

Symmetrische Kondensation

ROPP

Kopf-Kopf-KondensationR

OPP

ROPP

R

HPPi

R

R

PPi-

R

R

PPi

RR

R = C5: SqualenR = C10: Phytoen

H- (NADPH)

+

H. Scheer

Squalenepoxid-Mutase

Squalen-2,3-Epoxid Lanosterin

H. Scheer

2 x

2 x

Diapophytoene synthase

Phytoene synthaseOPP

OPP

HO

OH

O

O

OH

H3CO

O

CH3O

OCH3

O

OGlc

RO

O

OGlc

OR

O

CH3O

CHO

HO

HO

OH

IPP

DMAPP2 x IPP

Diapophytoene

C30 - Carotenoids Phytoene

Neurosporene

Lycopene

Green Plants

-Carotene

Violaxanthin

Lutein

13-cis-Rhodopinal

Spheroidenone

SpirilloxanthinOkenone

Isoreniaretene

Heliobacteria

Rhodospirillaceae

Rhodospirillaceae

Thiocapsa(Chromatiaceae)

ChlorobiaceaeChloroflexaceae

Phytoene desaturase

ChromatiaceaeRhodospirillaceae

Aerobics

ChromatiaceaeRhodospirillaceae

Aerobics

Aerobics

Chromatiaceae

Ectothiorhodospiraceae

Chloroflexaceae

ChloroflexaceaeGreen plantsGreen plants

Diaponeurosporene

Aerobics

AerobicsAlgae

Algae

Algae

OH

OHO

CH3COO

OO

C

Peridinin

Farnesyl-pyrophosphate

Geranylgeranyl-pyrophosphate

Algae

-cyclase

Green plantsAlgae

-cyclase

-cyclase

Cyanobacteria

Cyanobacteria

Prochlorophytes

Prochlorophytes

-Carotene

Carotinoide

H. Scheer

H. Scheer

Shikimatweg

Pflanzen Pflanzen

CH2OP

OH

OH

OH

COOH

OP

COOH

O

CH2OP

OH

OH

HOH

H

COOH

OHOH

OH

OH

H

COOHOHOH

O

H

H

COOHOHOH

H

HOH

H

COOHOHOH

H

POH

H

COOHOH

H

PO

COOH

H

H

COOHOH

COOH

H COOH

OH

COOHO

COOH

O

COOH

NH2

Ery-4-P PEP 7P-2-Dehydro-3-deoxy-D-arabino-heptulosonat

3-Dehydro-chinat 3-Dehydro-schikimat

SchikimatSchikimat-5-PO5-(1-carboxyvinyl)-3-P-schikimat

Chorismat

Prephenat Phenylpyruvat Phenylalanin

H COOH

OH

COOHO

Arogenat

(NAD)

NADH

ATPPEP

FMN/NADH

CO2, H2O Glu KG

Pi H2O

PiCOOHCOOH

OO

H. Scheer

Phenylpropanoide in Pflanzen

Aus G. Michal:BiochemicalPathways, Wiley, 1999

H. Scheer

Lignin

Aus D.E.Metzler:BiochemistryAcademic Press, 2003

H. Scheer

Einige Stilbene und Flavonoide

OHHO

Pinosylvin

O

O

O

RhaGlc

OH

OH

HO

HO

H

Rutin (Quercetin Glykosid)Cyanidin; Dephinidin (5'-OH); Petunidin (3'-OCH3, 5'-0H)

O

HO

OH

OH

HO

HO

+

O O

OH

CH3O

HO GlcRha

Hesperidin

OH

OH

HO

HO

O

Phlorhizin

1'2'

3'

4'5'

23

4 56

78

Peonidin (3'-OCH3); Malvidin (3',5'-OCH3); Pelargonidin (3'-H)

**

*: glykosiliert in Anthocyanen

Stilben Flavonol Anthocyani(di)ne

O

FlavonChalcon

(Blütenfarbstoffe)(Antioxidant (Radikalfänger), bakterizid, viruzid)

(Antioxidant, Radikalfänger)(Nierengift)

H. Scheer

pH-Effekt bei Anthocyanen

O

HO

OH

OH

HO

HO

+O

HO

OH

OH

HO

HO

OHO

HO

OH

OH

O

HO

O

HO

O

OH

O

HO

O

HO

OH

OH

HO

HO-

OH

pH >3 pH 4-5 pH 6-7

pH 7-8pH >8

H. Scheer

Metallkomplexe von Anthocyanen

Aus Wikipedia

H. ScheerWikipedia Abbildung von User Chris 73, frei verfügbar unter http://commons.wikimedia.orf/wiki/image:Urakuen_tea_garden_03.jpg under thze creative commons cc-by-

sa2.5 licenceschriftfarbe

H. Scheer

Funktionen• Lichtschutz a) Passiv UV- und Blau-Absorption

Flavonoide b) Aktiv Quencher von Radikalen (wasserlöslich)

• Lock-Pigmente BlütenfarbenAnthocyane

• Abwehr a) Bakterizide, Fungizide, Viruzide Lignane (a,b) b) Fraßgifte

Stilbene (a) c) Schlechter GeschmackCumarine (a,b,d)d) Phototoxizität

Flavonoide (a) (z.B. Hemmung Mitose, PDase, Atmung, StörungTannine (a,b) des Hormonhaushalts, Proteinbindung)

• Festigung Druckstabile Strukturen, zusammen mit Lignin zugstabiler Cellulose Verbundwerkstoff

• Sperrschichten Gas- und Wasser-undurchlässigSuberin, Cutin

H. Scheer

Modularer Aufbau von Polyketiden: II

S-CoA

HOOC

O

S-CoA

OS-CoA

Kette

O

S-CoA

O

Kette

O

S-CoA

O

R

OH

S-CoA

O

R S-CoA

O

R

CO2

Ketoacyl-Synthase Ketoreductase Dehydratase Reductase

Fettsäure-Synthese

Polyketid-Synthese

R R R R

H. Scheer

Modularer Aufbau von Polyketiden: 1

AT: AcyltransferaseACP: Acyl-carrierKS: Ketoacyl- SynthaseKR: KetoreductaseDH: DehydrataseER: EnoylreductaseTE: Thioesterase

Aus D.E.Metzler:BiochemistryAcademic Press, 2003

H. Scheer

Polyketide: Urushiol

Aus D.E.Metzler:BiochemistryAcademic Press, 2003

H. Scheer

Polyketide: DiverseAus D.E.Metzler:BiochemistryAcademic Press, 2003

H. Scheer

Polyketide: Tetracyclin

Aus D.E.Metzler:BiochemistryAcademic Press, 2003

H. Scheer

Polyketide: Griseofulvin

Aus D.E.Metzler:BiochemistryAcademic Press, 2003