Aromatenbiogenese
Für die Diskussion der Aromatenbiogenesewerden Kenntnisse der Claisen-Kondensation, der Aldolreaktion, der C-H-Acidität und einiger sigmatroper Umlagerungen benötigtund im folgenden parallel besprochen.
Modul A: Bioorganische Chemie und Naturstoffchemie, SS 2005, H.D.Martin, Kapitel 01_Aromaten
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Malonyl-CoA entsteht aus Acetyl-CoA durchCarboxylierung (Carboxy-Biotinyl-Enzym)
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Die Carbonsäure wird zu einem Thioester (ein Coenzym-A) aktiviert:
Cysteamin, ß-Alanin, Pantoinsäure, PP, Adenosin
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Eine neue C-C-Bindung wird geknüpft, durch eine Claisen-ähnliche Kondensation:
In der Polyketid-Biosynthese werden C-C-Bindungen durch eine Decarboxylative-Kondensation geknüpft, die irreversibel abläuft und einen Malonsäure-Thioester benötigt. Dabei entsteht im Produkt ein -Keto-Thioester.
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Claisen-Kondensation mitMalonyl-CoA zumPolyketid (nicht gezeichnet),Enolisierung zum Triphenol,Cyclisierung zum Flavanon
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FLAVONOIDSFLAVONOIDS
Plant Pigments
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PLANT PIGMENTSPLANT PIGMENTSFlavonoids and anthocyanins are conspicuous plant pigments in nature thatare responsible for the beauty and splendor of flowers, fruits, fruit tree blossoms and of the autumn leaves.
Flavones are responsible for the yellow and orange colors; and the anthocyaninsare the source of red, violet and blue colors. These compounds occur mainly inhigher plants and are less common in the lower orders. You don’t find them inalgae, fungi or bacteria.
The flavonoids play a major role in attracting insects to feed and pollinate theseplants. Some of them also have a bitter taste and repel harmful insects like caterpillars.
Flavonoids are thought to be antioxidants, and play a major role in our diet, preventing the ravages of aging caused by free-radicals.
These compound have their biosynthetic origin in both the skimic acid pathwayand the acetogenin pathway - they are of hybrid origin.
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NARINGENINNARINGENIN
O
CoAS
OH
malonyl-CoA3x
OH
SCoA
OO
O
O
OH
OH O
OH
O
:
OH
OH O
OH
O
H
naringenin
A FLAVONE
internal Claisenand enolizations
A different starterthan acetyl-CoA.
acetogeninpathway
shikimic acidpathway
MIXED-ORIGINCOMPOUND
found in many fruits
Michaeladdition
flavones are yellowor orange pigments
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AnthocyaninFlower Pigments
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Anthocyanin Leaf PigmentsAutumn Leaves
In Spring and Summerchlorophyll (green) masksthe anthocyanin colorsandin mountain birch (Betula pubescens)early autumn colour change (i.e. highdegree of autumn colouration in Sep-tember) was negatively correlated with insect damage the following season
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OH
OH O
OH
O
R
naringenin (R=H)
OH
OH O
OH
O
OH
R
OH
OH O
OH
OH
OH
R
NADPH
[O]
OH
OH O
OH
OH
OH
R
OH
OH
OH O
OH
OH
R
+
- 2 H2O
O2
pelargonidin (R=H)cyanidin (R=OH)
ANTHOCYANIDINS AND ANTHOCYANINSANTHOCYANIDINS AND ANTHOCYANINS
plant flower andleaf pigments
ANTHOCYANIDINScyanidin is bluepelargonidin is pink
Anthocyanins arered, violet or bluepigments.
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Aldol-Addition und Kondensation: basisch und sauer (Gleichgewichte !)
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glycolysis
PEP
GLUCOSE
Acetyl-CoA
pentose phosphatepathway
Erythrose-4-phosphate
Phosphoenol pyruvate
Shikimic Acid
ORIGINS OF THEORIGINS OF THESHIKIMIC ACIDSHIKIMIC ACIDPATHWAYPATHWAY
The pentose phosphatepathway is one that converts glucose intosugars of different sizes(different numbers of C)by acyl interchanges.Erythrose is a 4-carbonsugar.
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OH P
O
O
O C
CH2
COOH
O
OH HCH2
OH
H
H
PO
H+
H
OH
erythrose-4-phosphate
phosphoenol pyruvate
O C
CH2
COOH
OH
OH H
OHH
H
CH2OP
O
O
OH
O C
CH2
COOH
OH
OH H
CH2H
OH
H+
O
OH
OH
H
OHCOOH
O
OH
OH
COOH
OH
OH
OH
COOH
shikimic acid
NADPH
H+
FORMATION OF SHIKIMIC ACIDFORMATION OF SHIKIMIC ACID
B:
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FORMATION OF CHORISMIC ACIDFORMATION OF CHORISMIC ACID
OH
OH
OH
COOH
shikimic acid
ATP
O
OH
OH
COOH
P
C O
CH3
COOHpyruvic acid
H+
hydrolysisof PEP
O
OH
O
COOH
P C
CH3
COOH
OHO
OH
O
COOH
P C
CH2
COOH
H
OH
O
COOH
C
CH2
COOH
chorismic acid
:B- H2O
nucleophilicaddition to C=O
- H3PO4
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PREPHENIC ACIDPREPHENIC ACID
O CCH2
COOH
C
O
OHH
OH
chorismic acid
Claisen TypeRearrangement
OH
H
CH2
CO
HOOC
C
O
O H
prephenic acid
H OH
CH2HOOC C
O
COOH
phenypyruvic acid
p-hydroxy-phenylpyruvicacid
NADP+NADPH
- CO2-H+ -H-
Prephenic acid can be converted to phenylpyruvic acidor to 4-hydroxyphenylpyruvic acid:
tyrosine phenylalanine
- CO2-H+ -OH
pseudoaxial conformation
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CLAISEN REARRANGEMENTCLAISEN REARRANGEMENT
O
CHR
an allyl ether
heat O
CHRH
OH
CHR
an allyl phenol
enolization
H+
A THERMAL REARRANGEMENT
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PREPHENIC ACID TO PHENYLALANINEPREPHENIC ACID TO PHENYLALANINE
OH
H
CH2
CO
HOOC
C
O
O H
prephenic acid
:B-Enz
H+
CH2 C
O
COOH
transamination
phenylpyruvic acid
CH2 CH COOH
NH2
phenylalanine
- CO2
- H2O
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