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EinleitungTerpene oder Isoprenoide bilden die vielfältigste Naturstoffklasse und kommen in fast allen Lebensformen vor, wo sie unzählige Aufgaben -von hauptsächlich strukturellen (Cholesterin in Zellmembranen) bis funktionalen (Carotinoide bei der Photosynthese; Retinal beim Sehvorgang; Chinone beim Elektronentransfer) -übernehmen. [1] Tatsächlich leiten sich alle -zumindest teilweise -von den C 5 -Substraten Dimethylallyldiphosphat (DMAPP, 1; Schema 1) und Isopentenyldiphosphat (IPP, 2) ab: Normalerweise wird zunächst DMAPP in einer 1'-4-oder "Kopf-Schwanz"-Kondensation mit einem oder mehreren IPP-Molekülen unter Bildung von Geranyldiphosphat (GPP, 3; C 10 ), Farnesyldiphosphat (FPP, 4; C 15 ) oder Geranylgeranyldiphosphat (GGPP, 5; C 20 ) verknüpft. [2] FPP und GGPP kçnnen dann in "Kopf-Kopf"-Anordnung (manchmal auch als Schwanz-Schwanz-Anordnung bezeichnet [4] ) kondensieren, [3] um beispielsweise Dehydrosqualen (DHS, 6), Squalen (7) oder Phytoen (8) zu bilden, die Vorläufer von Carotinoiden wie b-Carotin (9), Sterolen wie Cholesterin (10) und Hopanoiden wie Bakteriohopantetrol (11) -einige der ältesten und häufigsten Naturstoffe. [1] Isoprenoide kçnnen auch verwendet werden, um Proteine posttranslational zu modifizieren (wichtig für die Signalübertragung in der Zelle), oder sie kçnnen zu zahlreichen Terpen-Naturstoffen cyclisiert werden: zu C 10 -Monoterpenen wie Menthol (12), C 15 -Sequiterpenen wie Farnesen (13) und Artemisinin (14) und C 20 -Diterpenen, die z. B. in Gibberellinsäure (15) und Taxol (16) überführt werden. Durch Pflanzen wird DMAPP in einem Ausmaß von ungefähr 100 Megatonnen pro Jahr in Isopren (17) umgewandelt -eine Reaktion, die als potenzielle Quelle für "erneuerbare" Brennstoffe und andere Produkte gegenwärtig interessant ist. [5] Die DMAPP-und IPP-Vorstufen werden über zwei verschiedene Reaktionswege synthetisiert: den Mevalonat- [6] und den Methylerythritolphosphat(MEP)-Weg. [7] Der Mevalonat-Weg wird von den meisten Eukaryoten (einschließlich Menschen) sowie von Archaebakterien [8] genutzt, während der MEP-Weg in den meisten Eubakterien vorkommt. Es gibt natürlich Ausnahmen, z. B. verwendet das Bakterium Staphylococcus aureus den Mevalonat-Weg, während (eukaryotische) Malariaparasiten den MEP-Weg nutzen. [9] In Pflanzen kommen beide Biosynthesewege vor, [7] wobei der MEP-Weg üblicherweise in den Plastiden zu finden ist und der Mevalonat-Weg im Cytosol: Sterole (Triterpene) werden über Mevalonat synthetisiert, während Hemi-, Mono-und Diterpene sowie Carotinoide (Tetraterpene) über MEP aufgebaut werden. Im Folgenden erläutern wir neuere Erkenntnisse bezüglich Struktur und Funktion bei vielen Schlüsselenzymen der Isoprenoid-Biosynthese: den Kopf-Terpene bilden die umfangreichste Klasse niedermolekularer Naturstoffe auf der Erde. Hier werden neuere Entwicklungen bei der Aufklärung von Struktur und Funktion der an der Terpen-Biosynthese beteiligten Proteine zusammengefasst. Die Strukturen dieser Enzyme bestehen aus sechs Hauptbausteinen oder Modulen (a,b,g,d,e und z...