Isoprenoide

Question 1

Allgemeines

Answer 1

Isoprenoide werde auch als Isoprene, Terpene oder Terpentine bezeichnet. Es handelt sich dabei um eine große Gruppe (ca. 50.000-70.000) von Naturstoffen, deren Struktur sich formal aus einzelnen Isopren-Einheiten zusammensetzt.
Isopren selbst ist ein C5-Körper, der in der Natur nicht frei vorkommt, sondern nur in Verbindungen.
Jede Isopreneinheit besitzt einen Kopf (am C1) und einen Schwanz (am C4). Isopren = 2-Mehtyl-1,3-butadien
Isoprenmoleküle können im Zuge ihrer Biosynthese auf 3 verschiedene Arten miteinander verknüpft werden:
- Kopf-Schwanz-Verknüpfung (K-S): C1 der einen Einheit mit C4 der anderen Einheit –> asymmetrisch
- Schwanz-Schwanz-Verknüpfung (S-S): Kondensation über die beiden C4-Enden –> symmetrisch
- Kopf-Kopf-Verknüpfung (K-K): Kondensation über die beiden C1-Enden)

Question 2

Einteilung der Iosprenoide

Answer 2

Die Gurppeneinteilung orientiert sich nicht am biologischen Bildungsprinzip aus C5-Bausteinen. Basiseinheit bilden die aus 10 C-Atomen (also aus 2 Isopren-Einheiten) bestehenden Monoterpene. Nach der Anzahl der zum weiteren Bau verwendeten C5-Bausteine unterscheidet man in Sesquiterpene (sesqui lat. = eineinhalb), die Di-, Tri-, Tetra- und Polyterpene.
Innerhalb jeder Gruppe wird weiter in cycliche und acyclische Terpene unterteilt. Bei den cyclischen Vertretern trifft man eine weitere Unterscheidung nach der Zahl der Ringe im Molekül

Question 3

Überblick über die Hauptgruppen der Iosprenoide

Answer 3

Die Einteilung erfolgt nach Zahl der C-Atome, wobei man von einem C10-Körper als Grundeinheit ausgeht. Die Grundeinheiten der jeweiligen Isoprenoidgruppe kommen über 1,4-Verknüpfungen (Kopf-Schwanz) zustande, die Dimerisierungen hingegen über 4,4-Verknüfungen (Schanz-Schwanz)

Question 4

Strukturvielfalt der Terpene

Answer 4

Zu den Terpenen gehören Naturstoffe mit unterschiedlichsten physikochemischen Eigenschaften und unterschiedlichem chemischen Aufbau.
Innerhalb jeder einzelnen Gruppe treten als auch die verschiedensten Strukturtypen auf. Gründe für diese können sein:
- Ungewöhnliche Verknüpfungen von C5-Vorstufen: K-K, S-S, Rumpf-K, R-S
- Cyclisierung
- unterschiedliche Faltung von offenkettigen Vorstufen von Cyclisierung
- Einführung von funktionellen Gruppen (Alkohole, Aldehyde, Ketone, Carbonsäuren, Lactone)
- Bildung von Epoxiden
- Einführung von Heteroatomen (z.B. Terpenalkaloide mit N)
- Spaltung von cyclischen Verbindungen (seco lat. = schneiden)
- Umlagerungen (Methylgruppen werden verschoben)
Bei einigen Terpenen fehlen C-Atome (z.B. Steroidhormone), bei anderen wieder sind zusätzliche enthalten (z.B. Juvenilhormone).
Außerdem können Isoprenbausteine auch mit anderen Strukturen verbunden sein (z.B. Lysergsäure, Humulon, Chlorophyll, Vitamin E, Vitamin K, Ubichinon)

Question 5

Isoprenregel

Answer 5

Die Isoprenregel von Ruschizka gibt an, wie die einzelnen Isopren-EInheiten miteinander verknüpft sind, normalerweise wird Kopf-Schwanz verknüpft, es gibt aber auch Ausnahmen (S-S, K-K).
DIe Ioprenregel besagt also, dass man durch schematische Ringöffnung eines Tresens acyclische Strukturformeln erhält, die sich formal in einzelne Isoprenbausteine zerlegen lassen. D.h. das Molekül lässt sich so in C4-Einheiten zerlegen, die in regelmäßigen Abständen eine Methylgruppe tragen.
Wenn bei dieser formalen Aufspaltung das C-Skelett dem des Isoprens entspricht, so spricht man von regulär aufgebauten Terpenen, andernfalls bezeichnet man ihren Aufbau als irregulär.

Question 6

Biosynthese von Isopentenylpyrophosphat

Answer 6

Für die Synthese des Ausgangsbausteins gibt es zwei verschiedene Wege, die beschritten werden können. Die beiden Wege laufen in verschiedenen Kompartimenten ab und führen zur Bildung unterschiedlicher Endprodukte.

Question 7

Acetat-Mevalonat-Weg

Answer 7

klassischer Weg, im Cytoplasma von Pilzen, Pflanzen (Samenpflanzen) und Säugetiere
Bildung von Sesquiterpenen und Triterpenen
Das IPP wird hier aus Acetyl-CoA synthetisiert, wobei der Geschwindigkeit bestimmende Schritt die Reduktion des 3-HMG-CoA zur Mevalonsäure ist. Dieser Schritt wird von der HMG-CoA-Reduktase katalysiert (durch Stadien blockiert –> senken Cholesterinspiegel).
Die Mevalonsäure wird dann in Gegenwart von ATP zu IPP umgewandelt. Die Carboxylgruppe wird eliminiert, Wasser abgespalten und eine Doppelbindung ausgebildet. Die OH-Gruppe wird dann mit dem ATP phosphoryliert. Das IPDP ist die Ausgangssubstanz für alle Isoprenoide. Das entstandene IPP steht im Gleichgewicht mit dem Dimethylallylpyrophosphat (DMAPP), das DMAPP ist der Starter für die Polykondesation der einzelnen Isopteneinheiten.

Question 8

Glycerinaldehyd-3-phosphat/ Pyruvat-Weg

Answer 8

Dieser Syntheseweg findet in den Plastiken (Chroloplasten, Leukoplasten) statt. Er wird von höheren Pflanzen, Grünalgen und Bakterien beschritten. Dieser Weg führt zur Biosynthese von Mono-, Di- und Triterpenen.
Beim Nicht-Mevalonsäure-Biosyntheseweg entsteht das IPP aus Glycerinaldehyd-3-phosphat und Pyruvat anstelle von Mevalonsäure.
Das IPP entsteht schlussendlich über mehrere Schritte, der genaue Reaktionsweg ist nur teilweise bekannt.

Question 9

Biosynthese der Terpenoide

Answer 9

Das entstandene IPP reagiert mit DMAPP durch K-S-Verknüpfung zu einer C10-Einheit, dem Gernaylpyrophosphat (GPP). Das GPP ist die Muttersubstanz aller Monoterpene. Durch K-S-Kondensation mit einem weiteren Molekül IPP entsteht zunächst Farnesylpyrophosphat (FPP; C15), die Ausgangssubstanz für alle Sesquiterpene.
Zwei Moleküle FPP können in einer S-S-Reaktion zu Qualen, einem acyclischen C30-Körper reagieren, welches das Grundgerüst für die Triterpene und Steroide bildet.
Reagiert das FPP durch K-S-Verknüpfung mit eine weiteren IPP, so entsteht das Geranylgeranylpyrophosphat (GGPP), ein C20-Gerüst.. Das GGPP ist die Muttersubstanz aller Diterpene. Durch S-S-Verknüpfung von 2 Molekülen GGPP entsteht das 15-cis-Phytone, ein C-40-Körper, von dem dann Tetraterpene (z.B. Carotinoide) abgeleitet werden.
Durch K-S-Kondesation mit n weiteren IPP-MNolekülen entstehen die Polyterpene. Allen Kondensationen verlaufen über eine katholische Zwischenstufe, die durch Abspaltung eines H+ imd Ausbildung einer DB stabilisiert wird.

Merke: Alle cyclischen Terpene, die nach formaler Ringöffnung dieselbe Verteilung der Methylgruppen (also dieselben Verknüpfungen) aufweisen, wie die Muttersubstanz der jeweiligen Reihe sind regulär aufgebaut. Andernfalls spricht man von einem irregulären Aufbau.

Question 10

Vorkommen der Isoprenoide

Answer 10

Isoprenoide kommen in allen Organismen vor, in größter Mannigfaltigkeit jedoch in grünen Pflanzen. Mehr als 22.000 natürlich vorkommende Isoprenoide sind in ihrer Struktur aufgeklärt. Es ist allerdings nur wenig über ihre biologische Funktion bekannt.
Bestimmte Carotinoide sind für den Photosyntheseprozess der Pflanze essentiell. Andere Isoprenoide, wie z.B. die Gibberelline fungieren als Hormone.
Tierische Organismen enthalten ebenfalls Isoprenoide, sie werden entweder mit der Nahrung aufgenommen oder biosynthetisiert. Charakteristische Isoprenoide des Tierreichs sind Cholesterin und Steroidhormone.
Weitere interessante isoprenoide sind Pheromone (Insektenlockstoffe) sowie Cantharidin.
Medizinische Bedeutung: die stärker lipophilen Mono- und Sesquiterpene finden sich häufig als Bestandteil von ätherischen Ölen.
Einige Terpene haben Bedeutung als Rohmaterial für Lebensmittel- und Parfümindustrie (ÄÖ) bzw. auch für die Lack- und Gummiindustrie.

Question 11

Gewinnung der Isoprenoide

Answer 11

Terpene, v.a. Mono-, Sesqui- und Diterpene können aus Pflanzenteilen oder ÄÖ durch Wasserdampfdestillation, Extraktion oder Chromatographie gewonnen werden. Dabei liefern die jugendlichen Pflanzen typischerweise Treppen-kohlenwasserstoffe, die älteren Pflanzen zunehmend sauerstoffhaltige Derivate, wie Alkohole, Aldehyde und Ketone.

Question 12

Eigenschaften der Isoprenoide

Answer 12

Die meisten Terpene sind schlecht wasserlöslich. Über andere physikalische oder chemische Eigenschaften lassen sich aber keine allgemein gültigen Aussagen treffen.

Question 13

Klassifizierung von Isoprenoiden

Answer 13

Die Terpene sind eine Untergruppe der Terpentine. Die Terpentine sind Terpene, bei denen in späteren Schritten der Biosynthese C-Atome ausgeschleust werden. Ihre C-Atom-Anzahl ist folglich nicht mehr durch 5 teilbar. Die Zugehörigkeit zu den Terpenen begründet sich in einer gemeinsamen Biosynthese, nicht aber in gemeinsamen Eigenschaften. Generell wird bei den Terpenen zwischen acyclischen, mono-, bi- und tricyclischen Terpenen unterschieden.

Question 14

Monoterpene

Answer 14

Monoterpene sind aliphatische, mono-, bi-, tricyclische Terpene, die zumindest formal aus 2 Isopren-EInheiten gebildet werden.

Question 15

Vorkommen von Monoterpenen

Answer 15

Die Vorbereitung der Monoterpene ist vorwiegend auf das Pflanzenreich beschränkt (als Zwischenprodukt auch bei Tieren). Es sind über 900 Monoterpene bekannt.

Question 16

Eigenschaften von monoterpenen

Answer 16

Die meisten Monoterpene sind flüchtig (mit Wasserdampf) und finden sich vor allem in ätherischen Ölen. Sie sind lipophil und niedermolekulare Vertreter aus der Familie der Terpene. (ÄÖ: Phenylpropane, Monoterpene, Sesquiterpene; nicht flüchtig: iridoide, Cantharidin (spanische Fliege), Pyrethrine)
Im typischen Fall sind die einzelnen C5-Bausteine regulär verknüpft, d.h. K-S. Dadurch bedingt stehen im “fertigen” Naturstoff die methylgruppen an ganz bestimmten, vorausberechenbaren Positionen. Ein solcher Naturstoff ist regulär aufgebaut.

Question 17

Anwendung von Monoterpenen

Answer 17

Monoterpene finden vielfältige Anwendungen in der Pharmazie, Lebensmittel-, Parfüm- und Lackindustrie. Sie werden dabei sowohl in reiner Form als auch in Gemischen (z.B. Balsamen) eingesetzt.
Die wichtigsten nicht flüchtigen Monoterpene sind das Cantharidin und Pyrethrine. Cantharidin kommt in der spanischen Fliege (schillernder Käfer) vor. Es wurde früher vor allem als Aphrodisiakum eingesetzt. Allerdings traten dabei schwerwiegende Nebenwirkungen auf (irreversible Schäden der Niere). Heute ist die Anwendung von Cantharidin wegen seiner hohen Toxizität obsolet.
Eine weitere wichtige Rolle spielen die Monoterpene die den Pheromonen. Pheromone befinden sich in den tierischen Sekreten, die von männlichen und weiblichen Tieren abgegeben werden, um andere Individuen der gleichen Art anzulocken, dadurch wird die Fortpflanzung sichergestellt.
Phlegmone kommen als Lockstoffe z.B. bei Ameisen, Schmetterlingen, Bienen, usw. vor. Sie werden auch als Sozialhormone bezeichnet. Zum Teil werden Pheromone heute auch in der Landwirtschaft als sogenannte Hormonfallen eigesetzt um Insektenschädlinge zu vernichten.

Question 18

regulär aufgebaute Monoterpene

Answer 18

Bei den regulär aufgebauten Monoterpenen sind die beiden Isopreneinheiten K-S verknüpft. Die Ausgangsverbindung ist also das GPP. Es sind aber trotzdem sehr viele unterschiedliche Strukturen möglich, da sich die Ketten unterschiedlich cyclisiseren können (mono-, di- und tricyclisch)

Question 19

Grundstrukuturen Monoterpene

Answer 19

3,7-Dimethyloctan, p-Menthan, Thujan, Pinan, Caran, Bornan

jeweils unterteilt in: Kohlenwasserstoffe, Alkohole und Carbonylverbindungen

Question 20

Acyclische Monoterpene

Answer 20

Die acyclischen, linearen Monoterpene entstehen direkt aus dem GPP durch Hydrolyse der Phosphatester-Bindung. Pyrophosphat wird abgespalten und es entsteht das 3,7-Dimethyloctan, aus welchen dann weitere andere acyclische Monoterpene entstehen können. Das 3,7-Dimethyloctan kommt selbst in der Natur nicht vor. Es ist aber der Grundtyp für andere lineare, offenkettige Monoterpene.
Das GPP ist weiters Ausgangssubstanz für Iridoide sowie eine Zwischenstufe bei der Bildung von Squalen. Tieren bilden Geranyl-PP und nicht Neryl-PP.
z.B. Myrren, Ocimen, Cosmen, Linalool, Geraniol, Nerol, Citronellol, Lavendulol

Question 21

cyclische Monoterpene

Answer 21

Die cyclischen Terpene entstehen hingegen nicht unmittelbar aus dem GPP, sondern aus linalyldiphosphat.
Die eigentliche Mutterverbindung aller cyclischen Monoterpene ist das Neryldiphosphat. Die Doppelbindung ist hier cis-konfiguriert, damit sich C1 und C6 so nahe wie möglich kommen. Neryldiphosphat wird dann zu Linalyldiphosphat. Das Neryl-PP kommt nur in Pflanzen vor.
Die Entstehung der cyclischen Monoterpene ist noch nicht vollständig geklärt. Was man weiß, ist, dass aus dem GPP das Linalyl-PP entsteht, welches sich zu einem Ring zusammenschließt. Es entsteht als Zwischenstufe das alpha-Terpinylkation, aus welchem alle weiteren cyclischen Monoterpene hervorgehen. Stabilisiert wird das Kation entweder durch Abspaltung von H+ oder durch die Aufnahme von OH-.
Sekundäre Reaktionen, wie Hydroxylierungen, Dehydrierungen und weitere C-C-Verknüpfungen, führen zu der großen Mannigfaltigkeit an monocyclischen und bicyclischn Monoterpenen.
z.B. ausgehend von alpha-Terpinylkation:
- Abspaltung von H+ an C10 (Limonen)
- Abspaltung von H+ am C4 (Methoden)
- Abspaltung von H+ am C3 (Caren)

Question 22

Irregulär aufgebaute Monoterpene

Answer 22

Naturstoffe, deren Methylverzweigungen nicht an den, der Isoprenregel entsprechenden, Stellen sitzen, sind irregulär aufgebaut. Ein irregulärer Aufbau kann zweierlei Ursachenhaben: die Kondensation der Isporenenheiten erfolgt nicht K-S, sonder zwischen z.B. C4 und C2 oder C4 und C3. Es kann aber auch sein, dass eine zunächst regulär aufgebaute Kette sekundär modifiziert wird, indem z.B. Methylgruppen wandern, z.BV. 1,2-Verschiebungen.
So wird eine irreguläre Biosynthese vorgetäuscht. Aus der Strukturformel eines irregulären Terpens lässt dich nicht ablesen, ob bereits die Kette irregulär aufgebaut wurde oder ob es sich um eine sekundäre Modifikation handelt. Durch S-R-Verknüpfung (3, 4) entsteht ein Cyclopentanring.
Der Cyclopentanring ist aber nicht stabil, es gibt verschiedene Möglichkeiten zur Ringöffnung.

Question 23

Pyrethrine

Answer 23

Ein Beispiel für irregulär aufgebaute Monoterpene sind die Pyrethrine. Bei den Pyrethrinen bleibt der Cyclopentanring stabil, wird nicht geöffnet. Es handelt sich um Naturstoffe, die für die Insektizide Wirkung von Pyrethrum verantwortlich sind. Sie kommen alle in verschiedenen Chrysanthemen-Arten vor. Chemisch gesehen handelt es sich um optisch aktive Ester als der Chruysanthemumsäure (Monocarbonsäure) oder der Pyrethrinsäure (Dicarbonsäuren) und den Hydroxyketonen Pyrethrolon, Cinerolon und Lasmolon (5er-Ringe). Pyrethrine sind also Ester mit der Chrysanthemumcarbonsäure als Säurekomponente und mit alkylsubstiutierten 4-Oxo-2-cyclopenten-1-olen als Alkoholkomponente. Die Pyrethrine sind Kontaktinsektizide. Für Insekten, Milben und Würmer wirken sie stark giftig als Muskel- und Nervengift. Für Menschen sind die natürlichen Insektizide nicht giftig, da si nicht resorbiert werden.

Question 24

Definition Iridoide

Answer 24

Iridoide sind natürlich vorkommende Substanzen - es handelt sich um biogenetische Abkömmlinge der Monoterpene. Iridoide sind durch ein Methylcyclopentan-Pyran-Kohlenstoff-Grundgerüst (Ringsystem 5er-, 6er-Ring) gekennzeichnet (auch abgewandelt), sowie mindestens 2 O-Funktionen im Molekül.
Formal lassen sich alle Iridoide von der Halbacetalform des Iridodial ableiten, welches der einfachste Grundkörper der Iridoide ist. Das Iridodioal wurde erstmal im Sekret von Ameisen der Gattung Iridomymex (Termiten) gefunden, später aber auch in Pflanzen.
Die Iridoides lasen sich nach formaler Öffnung der Bindungen zwischen C3 und C9 und zwischen C1 ud 2-O in ein reguläres, acyclisches Monoterpen zerlegen.

Question 25

Modifikationsmöglichkeiten bei Iridoiden

Answer 25

Typisch: Molekülgerüst der Iridoide aus 10 C-Atomen. Doch neben den C10-Iridoiden (z.B. Loganin) gibt es auch Vertreter mit 9 oder auch 8 C-Atomen, wenn bei der Biosynthese C1-Bruckstücke, vermutlich als CO2 eliminiert werden. Eine weitere Modifikation besteht in der oxidativen Aufspaltung des Cyclopentanrings ( = Secoiridoide). Für die Secoiridoide trifft die Definition für Iridoide zwar nicht mehr zu, sie werden aber aufgrund ihrer biosynthetischen Verwandtschaft doch noch zu den Iridoiden im weiteren Sinn gezählt.

Question 26

Iridoglykoside

Answer 26

Die Iridoide liegen im Gegensatz zu den meisten anderen Monoterpenen vorwiegend als Iridoglykoside (meist Glucoside) vor, d.h. die Oh-Gruppe der Halbacetalform des Iridodials ist glykosidisch mit einem Zucker (meist Glucose) verknüpft. Durch den Zuckerrest werden die Iridoglykoside polarer und somit in Wasser und Ethanol löslich. Echte Monoterpene (reguläre und irreguläre) sind lipophil und werden in den Exkreträumen (Öldrüsen/ Ölbehälter) abgelagert, wohingegen Iridoide im Zellsaft gelöst sind und somit in allen Organen der Pflanze gespeichert werden können. Die Glykosidierung führt zur Stabilisierung des Lactonrings (Iridoide sind nur als Glykoside stabil, sonst eher instabil). Mit Säuren oder spezifischen Enzymen kommt es aber zu einer Hydrolyse des Glykosids, d.h. das Glykosid wird aufgespalten und es entsteht der Zucker und Aglykon (Iridoid), das zu einer schwarzen Masse polymerisiert (z.B. schwarze bis blau-schwarze Flecken entstehen bei schlechter Trocknung von Folium Plantaginis)

Question 27

Biosynthese der Iridoide

Answer 27

1. Hydroxylierung des GPP, es entsteht das 10 Hydroxygeraniol 2. Isomerisierung (trans wird zur cis) 3. Die beiden OH-Gruppen werden dann zu Aldehyd oxidiert und so entsteht das Iridodial, welches in verschiedenen Formen vorliegt (Dialdehydform, Enolform, Halbacetalenolform) 4. Ringschluss, das bicyclische Grundgerüst der Iridoide entsteht (Halbacetalenolform der Iridodoals) Die Biosynthese der Iridoide geht, so wie bei allen Monoterpenen von GPP aus

Question 28

Unterteilung der Iridoide

Answer 28

C10-Iridoide: Ericales, Lamiales, Scrophulariaceae, Dispsacales, gentianales, Oleales, Loasales C8-/C9-Iridoide: Ericales, Lamiales, Scrophulariales Valepotriate (in Baldrian): Epoxidgruppe, sehr reaktiv, Stabilisierung über Vereiterung (Reste sind verestert)

Question 29

C-10 Iridoide

Answer 29

C10-Iridoide sind allgemein als Glykoside verbreitet, es gibt aber auch nicht-glykosidische C10-Iridoide Beispiele: Loganin, Verbenalin

Question 30

C9-Iridoide

Answer 30

Beispiele: Aucubin, Harpagid, Harpagosid, Procumbid

Question 31

Secoiridoide

Answer 31

Secoiridoide entstehen durch Aufspaltung des Cyclopentanringes. Ein neuerlicher Ringschluss führt zu einem delta-Lactonring. Verknüpfungen der Secoiridoide mit Glucose führen zu Secoiridoidglykosiden. Die wichtigsten Secoiridoide sind die Gentianaceenbitterstoffe, wie z.B. Gentiopicrosid oder Amarogentin. Drogen mit Secoiridoidgylkosiden verwendet man aufgrund ihres bitteren Geschmacks.

Question 32

Valepotriate

Answer 32

Valepotriate sind Iridoide, deren Hydroxygruppe mit Isovaleriansäure und Essigsäure verestert sind sowie eine Epoxidring aufweisen. Valepotriate entstehe durch Vereiterung der reduzierenden Carbonylgruppe und Ausbildung eines Epoxidringes. Valepotriate besitzen teilweise mutagene Eigenschaften und sind toxisch. Die Valepotriate sind im Allgemeinen keine Glykoside und noch keine Secoiridoide

Question 33

Indolalkaloide

Answer 33

Die Indolalkaloide entstehen durch Verknüpfung von Secoiridoiden mit Tryptamin (Einbeziehung in den Tryptophanstoffwechsel)

Question 34

Sesquiterpene

Answer 34

Das C-Gerüst der Sesquiterpene besteht aus 15 C-Atomen. Es handelt sich um mono-, di- oder tricyclische Terpene, die aus drei Isopreneinheiten gebildet werden. Auch hier kann man, wie bei den Monoterpenen zwischen regulär aufgebauten und irregulär aufgebauten Sesquiterpenen unterschieden, wobei ein irregulärer Aufbau z.B. durch Wanderung von Methylgruppen oder durch sekundäre Spaltung von Ringen zustande kommt. Die Sesquiterpene sind mit mehreren tausend Vertretern und über 1000 verschiedenen Ringskeletten die umfangreichste Gruppe der Terpene. Über ihre Aufgabe in der Pflanze ist allerdings noch sehr wenig bekannt. Die Einteilung der Sesquiterpene kann nach unterschiedlichen Gesichtspunkten erfolgen, z.B. nach der Zahl der Ringe (acyclisch, mono-, di- oder tricyclisch), nach den funktionellen Gruppen (Sesquiterpenkohlenwasserstoffe, Sesquiterpenalkohole, Sesquiterpenlactone) oder auch nach biosynthetischen Gesichtspunkten und´ter Berücksichtigung der Farnesolvorstufe und der Cyclisierungsweise. Die stofflichen Eigenschaften hängen wesentlich von der Art und Anzahl der O-Funtkionen ab, mit denen das Sesquiterpenskelett substituiert ist.

Question 35

Biosynthese der Sesquiterpene

Answer 35

Das Ausgangsmolekül für alle Sesquiterpene ist das Farnesylpyrphosphat. Das FPP wird selbst auch GPP und IPP über eine K-S-Verknüpfung gebildet (unter Abspaltung von PP)

Question 36

Acyclische Sesquiterpene

Answer 36

Acyclische Sesquiterpene werden gebildet, indem vom FPP das Pyrophosphat hydrolytisch abgespalten wird (z.B. Farnesol).

Question 37

Cyclische Sesquiterpene

Answer 37

Cyclische Sesquiterpene können hingegen nicht direkt aus dem FPP entstehen, welches als Muttersubstanz der Sesquiterpene gilt. Die drei Isporeneinheiten, die diesen Grundkörper aufbauen können sich nämlich geometrisch unterschiedlich addieren, so dass stereoisomere Farnesylderivate entstehen. Das 2-trans-6-cis-FPP isomerisiert zu Nerolidyldiphosphat und zu 2-cis-6-trans-FPP (DB in Position 2 ist cis anstatt trans konfiguert, so kann Ringschluss erfolgen). Es wird dabei PP eliminiert und intermediär bilden sich katholische Zwischenprodukte, die dann durch Abspaltung einem Protons stabilisiert werden (eine Isomerase wandelt nach Aspaltung von PP den trans-Alkohol über das Aldehyd in einen cis-Alkohol um; diese Isomerase gibt es nur in grünen Pflanzen und Pilzen). Der Grund für diese große Mannigfaltigkeit der cyclischen Sesquiterpene ist, dass die Muttersubstanz der Sesquiterpene, das FFP also in vier verschiedenen Diastereomeren vorliegen kann (auch unterschiedliche Geometrie der DB) 2-trans-6-trans: Daraus entsteht Squalen, Triterpene, Steroide; Cyclisierung nicht möglich, da zu weit voneinander entfernt. 2-cis-6-trans: Bisabolantyp, Caryophyllantyp, Humulan 2-cis-6-cis: Cadinentyp, Eudesmantyp 2-trans-6-cis: Guajantyp/ Azulen, Germacrantyp

Question 38

Abscisinsäure

Answer 38

Die Abscisinsäure ist ein weit verbreitetes, vorwiegend hemmend wirkendes Pflanzenhormon. Sie ist ein Antagonist der Auxine und Gibberelline (fördern beide das Längewachsztum) sowie auch der Cytokinine (fördern die Zellteilung). Damit inhibiert die Abscisinsäure also Wachstum und Samenkeimung, induziert die Samenruhe und fördert Blatt- und Fruchtfall (Winterruhe). Die Abscisinsäure ist ein regulär aufgebautes Sesquiterpen.

Question 39

Sesquiterpenlactone

Answer 39

Innerhalb der Gruppe der Sesquiterpenlactone sind vor allem die Sesquiterpenlactone von pharmazeutischem Interesse. Bis heute sind über 3000 natürlich vorkommen de Vertreter dieser Stoffklasse bekannt. Über 90% davon kommen in der Familie der Asteraceen vor. Vereinzelt findet man Sesquiterpenlactone aber auch in Apiaceen, Lamiaceen, Magnoliaceen, Lauraceen und auch in Lebermoosen. Allergenes Potential durch exocyclische Doppelbindungen --> mit S-haltigen Stoffen Verbindungen --> kovalente Bindung (Allergie, evtl. Kreuzallergie)

Question 40

Entstehung der Sequiterpene

Answer 40

Die Sesquiterpene entstehen durch oxidative Veränderungen von Germacran-Kohlenwasserstoffen (auch von Eudesman, Guajan und Pseudoguajan - hat Methylgruppe im Gegensatz zu Guajan nich am C4 sondern am C5). Am C12 des germacran-Grundgerüsts wird eine zusätzliche O-Funktion eingeführt, es wird hufoxidiert zu COOH und an Position 6 und 8 erfolgt Hydroxylierung.

Question 41

Biogenese der Germacranolide

Answer 41

Zunächst wird die katholische Vorstufe durch Abgabe eines Protons stabilisiert, nun kann das Molekül an den markierten Stellen oxidiert werden. Nun können die COOH-Gruppe und die OH-Gruppe kondensieren , wodurch es zur Ausbildung eines Lactonrings kommt (intramolekularer Ester). Da die Einfachbindung, an welcher sich die COOH-Bindung befindet, frei drehbar ist, kann die COOH-Gruppe entweder mit der OH-Gruppe an C6 oder mit jener an C8 kondensieren. - bei einer Verknüpfung mit der OH-Gruppe an C6 spricht man von einem angulären Sesquiterpenlacton - bei einer Verknüpfung mit der OH-Gruppe an C8 spricht man von einem linearen Sesquiterpenlacton. Der Lactonring kann mit jedem Grundgerüst immer linear oder angulär verknüpft sein, es gibt also immer zwei Möglichkeiten (für Germacranoline, Eudesmanolide, Guaianolide, Pseudoguaianolide)

Question 42

Eigenschaften der Sesquiterpenlactone

Answer 42

Es handelt sich um bei Raumtemperatur durchwegs kristalline Verbindungen. Sie sind nicht flüchtig und schmecken bitter oder scharf. Sie sind biologisch aktiv und haben eine vielfältige pharmakologische Wirkung. Sie kommen v.a. in Blattgewebe vor. In Arzneizubereitung sind sie wegen ihrer Reaktionsfreudigkeit meist wenig stabil.

Question 43

Wirkungsspektrum der Sesquiterpenlactone

Answer 43

- antitumoral - antimikrobiell - antiphlogistisch (entzündungshemmend) - antiarthritisch - antihyperlypidämisch (Blutfettwerte senkend) - cardiotone Wirkung (Arnika als Dopingmittel für Bergsteiger) - z.T. hohe allergene Potenz

Question 44

Biologische Aktivität von Sesquiterpenlactonen

Answer 44

Das charakteristische Strukturmerkmal der meisten Sesquiterpenlactone ist eine alpha-Methylen-gamma-Lacton-Gruppe. Viele Lactone enthalten auch a,-ungesättigte Carbonyl- oder Epoxidgruppen. Diese funktionellen Gruppen sind reaktive Bindungstellen für biologische Nucleophile (z.B. Aminogruppen). Davon kann ein Großteil der biologischen und pharmakologischen Wirkungen abgeleitet werden. Viele Wirkungen, sowie auch die Allergene Wirkung beruhen auf der alkylierenden Potenz der Sesquiterpenlactone. Sie können nämlich kovalent an die nucleophilen Gruppen der Aminosäurereste von Proteinen (z.B. SH-Gruppen) binden und so zu einem Sesquiterpen-Protein-Konjugat gebunden werden. Die Wirkung der Sesquiterpenlactone dürfte also vielfach aus die Alkylierung von Proteinen (Enzymen) zurückzuführen sein (v.a. an der SH-Gruppe)

Question 45

Stark allergen wirkende Sesquiterpenlactone

Answer 45

besitzen aber häufig auch eine sehr starke erwünschte Wirkung Germacranolide: Parthenolid, Costunolid, Taraxinsäureglucosid Eudesmanolide: Santamarin, Reynosin, Alantolakton Guaianolide: Helenalin, Desacetalchamissonolid, Dehydrocostuslacton

Question 46

Diterpene

Answer 46

Diterpene sind formal aus 4 Isopreneinheiten aufgebaut, d.h. es handelt sich um Moleküle mit 20 C-Atomen. bis heute kenn man ca. 2000 Diterpene, wobei fast ausschließlich cyclische Diterpene vorkommen.

Question 47

Acyclische Diterpene

Answer 47

Acyclische Diterpene sind sehr selten, aber sehr wichtig. Ein Beispiel für ein wichtiges aliphatisches Diterpen ist das sehr häufig vorkommende Phytol. Phytol spielt als Esterkomponente des Chlorophylls und als Bestandteil von Vitamin K und Vitamin E eine bedeutende Rolle.

Question 48

Biosynthese der acyclischen Diterpene

Answer 48

Acyclische Diterpene entstehen durch trans- oder cis- Addition von IPP an trans-trans-FPP. Die cis-Addition findet in erster Linie in Hefen und im Tierreich (Säugetieren) statt, wohingegen eine trans-Addition vor allem in Pflanzen erfolgt. Es entsteht das Geranylgeranyl-PP, welches der allgemeine Vorläufer aller Diterpene ist.

Question 49

Cyclische Diterpene

Answer 49

je nach Vorhaltung (Stereochemie) ergeben sich 2 verschiedene Biosynthesewege --> zwei Hauptgruppen Makrocyclische Diterpene (lower terpens) Di-, tri- und tetracyclische Diterpene (higher terpens)

Question 50

Biosynthese der makrocyclischen Diterpene

Answer 50

Hier greift eine Doppelbindung am C an, an dem das Diphosphat gebunden ist und die Pyrophosphatgruppe wird abgespalten. Dadurch kommt es zum Ringschluss (nucleophiler Angriff).

Question 51

Biosynthese der cyclischen Diterpene

Answer 51

Bei dieser Gruppe der Diterpene erfolgt die Cyclisierung durch Protonierung der Doppelbindung, wobei dicyclische Perhydro-Naphthalen-Derivate entstehen (es sind jeweils zwei enantiomere Formen möglich). Die cyclischen Diterpene liegen hauptsächlich als Säuren vor und haben vielfältige Eigenschaften. Daneben können sie auch als Kohlenwasserstoffe und als Alkohole vorkommen. Hier läuft die Reaktion elekrophil ab: am vom Pyrophosphatrest am weitesten entfernten Ende wird ein Proton abgespalten --> Cyclisierung

Question 52

Aconitin

Answer 52

Aconitin ist sehr giftig. Aconitin und verwandte Alkaloide werden sehr schnell intestinal, aber auch über intakte Haut und Schleimhäute resorbiert. Die Wirkung von Aconitin beruht auf einer Erhöhung der Membranpermeabilität für Natriumionen, verlängert damit dessen Einstrom und verzögert die Repolarisation. Es wirkt peripher wie zentral auf motorische wie sensible Nerven zunächst erregend, gefolgt von einer Lähmung. Kardinale Auswirkungen sind vor allem Arrhythmien sowie eine Bradykardie, die bei letaler Dosis zu diastolischen Herzstillstand führt. Tod durch Atemstillstand, schmerzhafte Zustände bei vollem Bewusstsein. Die tödliche Dosis Aconitin liegt für Erwachsene bei ca. 5mg. Deshalb wurde es in Form des blauen Eisenhuts früher für Pfeil- und Ködergifte, Hexensalben und als Mordgift verwendet. Aconitin ist verschreibungspflichtig. Es wird immer noch in homöopathischen Dosen gegen Rheuma und Erkältungskrankheiten eingesetzt. Kauran-Derivat: Ringerweiterung im Ring b, Ringverkürzung im Ring C (im Vergleich zum Kauran-Grundgerüst) Aconitin ist ein Diterpenoid-Alkaloid, das sich vom Aconan ableitet. Hauptalkaloid in allen Aconitum-Arten, so auch im Blauen Eisenhut. Aconitin ist in allen Pflanzenteilen enthalten Pseudoalkaloid: nachträglich eingebaute Ethylaminogruppe, nicht von Aminosäuren abgeleitet

Question 53

Steviosid

Answer 53

Kauran-Derivat Steviosid ist ein Miterben-Glykosid aus dem Steviakraut in Mexiko. Das Aglykon Steviol ist mit drei Zuckerresten (Glucose) verknüpft. Steviosid ist etwa 300mal süßer als Zucker, als Süßstoff ist es seit 2011 in der EU in einigen Lebensmittelkategorien zugelassen. n Asien hat das Süßmittel schon länger einen Marktanteil von über 75%.

Question 54

Gibbereline

Answer 54

Gibbereline sind Wuchsstoffe, die von Pilzen und grünen Pflanzen gebildet werden. Sie sind außerdem zusammen mit anderen Hormonen an der pflanzlichen Stoffwechselregulation beteiligt. Bisher ist keine medizinische Anwendung bekannt. Gibbereline sind u.a. auch für das Längenwachstum der Pflanze verantwortlich. Der Lactonring ist je nach pH-Wert geöffnet oder geschlossen. Man kennt bislang über 100 verschiedene Gibbereline. Gemeinsames Strukturelement ist das tetracyclische Giberellan-Gerüst, das sich vom Kauran-Gerüst ableitet (Ring B wird aufgespalten und neu verknüpft).

Question 55

Cassain

Answer 55

kommt in Rotwasserbaum vor Cassain ist ein Pseudoalkaloid mit digitalisartiger Wirkung, besitzt ein Pimaran-Grundgerüst, also den Dimethylaminoethanol-Ester einer Pimaransäure.

Question 56

Carnosol

Answer 56

Früher als Picrosalvin bekannt, macht Salbei und Rosmarin bitter. Vorkommen als Säure Oxidation, dann Lactonisierung

Question 57

Triterpene

Answer 57

Die Triterpene sind eine außerordentlich umfangreiche Klasse von Terpenen. Von wenigen Ausnahmen abgesehen kommen fast nur Tetra- und pentacyclische (hydroaromatische) Vertreter vor. Triterpene bauen sich formal aus 6-Isopreneinheiten auf, d.h. sie bestehen aus 30 C-Atomen. Zu den Triterpenen werden aber auch die Terpene mit weniger als 30 C-Atomen gezählt, deren Biosynthese aber auf die C30-Zwischenprodukte zurückgeht (biogenetische Triterpene ohne C30-Gerüst). Den größten Anteil in der Gruppe der Triterpene bilden wohl die Steroide, bei denen 3 Methylgruppen oxidativ abgespalten werden, sodass ein C27-Gerüst entsteht.

Question 58

Acyclische Triterpene

Answer 58

Der einzige acyclische Vertreter der Triterpene ist das Squalen, ein acyclischer C30-Kohlenwasserstoff mit 6 trans-DB. Squalen entsteht durch S-S-Verknüpfung von 2 Molekülen FPP. Squalen wurde zuerst aus der Haifischelber isoliert. Es kommt in kleinen Konzentrationen in pflanzlichen Ölen (z.B. Olivenöl) und in Hefen vor. Aus biochemischer Sicht ist Squalen ein wichtiger Grundkörper, da es ein Zwischenprodukt im Stoffwechsel ist und zur Synthese von Triterpenen und Steroiden führt.

Question 59

Cyclische Triterpene

Answer 59

Viele cyclische Triterpene zeigen eine hohe biologische Aktivität. Durch die S-S-DImerisierung von zwei Molekülen FPP entsteht das offenkettige Squalen, welches als Vorstufe für alle Triterpene dient. Durch die Vielzahl an möglichen Konfirmationen für das Squalen können ganz unterschiedliche Strukturen bei der Cyclisierung entstehen. Außerdem können verschiedene Gruppen innerhalb des Moleküls wandern. Ausgehend vom offenkettigen Squalen erfolgt nach der Oxidation zum 2,3-Epoxysqualen und der Provozierung zum Kation des 3-Hydroxysqualens die stereospezifische Ringbildung zum Cyclopentanoperhydrophenanthren Ringysytem. Als Endprodukt einer Hybrid- und Methylverschiebung und nach Abspaltung eines Protons entstehen schließlich Lanolsterol und Cycloartenol. Cycloartenol ist ein zentraler Metabolit der Sterin-Synthese in allen Pflanzen, die wenig oder kein Cholesterin enthalten. Triterpene tragen am C3 oft eine OH-Gruppe, die noch vom Squalen-Epoxid übrig ist. An diese OH-Gruppe kann ein Zucker (Glykoside) oder auch Proteine gebunden sein.

Question 60

Cucurbitane

Answer 60

Cucurbitane stehen biogenetisch dem Cycloartenol sehr nahe, dessen Cyclopentan ring wurde aber geöffnet, so dass bei den Cucurbitanen die Methylgruppe am C9 hängt. Durch diese formale Verschiebung der Methylgruppe von C10 zu C9 unterscheiden sich die Cucurbitane von allen übrigen Triterpenen. Cucurbitane schmecken bitter und sind relativ stark toxisch. Sie kommen in Cucurbitaceen (Kürbisgewächsen), Brassicaceen und Scrophulariaceen vor. Beispiel: Cucurbitacin D: Am Ring A sind beide Methylgruppen nich dran, daher eine C30-Verbindung. Diese beiden Methylgruppen wären sonst die ersten, die wegoxidiert werden würden.

Question 61

Triterpensapogenine (Beispiele)

Answer 61

Gypsogenin, Hederagenin, Aescigenin

Question 62

Aromatische Triterpene

Answer 62

z.B. Gossypol: ist ein Polyphenol (Baumwollsamenöl), das die männliche Fertilität senkt ("Pille für den Mann" --> 20% danach unfruchtbar), denn es hemmt die Spermatogenese des Mannes. Das Gossypol besteht im Prinzip aus zwei Sesquterpenen mit Nadinen-Struktur. Es handelt sich um ein aromatisches Triterpen, was eher die Ausnahme darstellt (die meisten cyclischen Triterpene sind nicht aromatisch).

Question 63

Steroide

Answer 63

Steroide sind Derivate des Cyclopentanohydrophenanthren. Das Grundgerüst besteht aus drei Sechserringen und einem Fünferring mit 6 asymmetrischen C-Atomen (5, 8, 9, 10, 13, 14). Von den 64 möglichen Stereoisomeren sind tatsächlich nur sehr wenige bekannt. Aus Gründen der Thermodynamik sind die Ringe B und C und C und D meist trans-verknüpft, dadurch ergibt sich eine planare, flache Anordnung. Auch die Ringe A uns B sind in vielen Fällen trans annulliert. Die meisten Steroide weisen also die Annilierung trans-trans-trans auf. Eine Ausnahme sind die Herzglykoside und die Gallensäuren, bei diesen beiden Gruppen sind die Ringe A und B cis verknüpft (cis-trans-trans), bei den Herzglykosiden sind die ringe C und D zusätzlich cis verknüpft (cis-trans-cis). Alle über der Molekülebene liegenden Substituenten werden mit beta, alle unterhalb der Molekülebene liegenden Substituenten mit alpha bezeichnet. Beta-ständige Substituenten werden mit verdickten Strichen, alpha mit gestrichelten Strichen dargestellt. Von den mehr als 100.000 bekannten Steroiden sind nur ca. 2.000 von medizinischem Interesse.

Question 64

Grundgerüst der Steroide

Answer 64

Beim Grundgerüst handelt es sich um Gonan. Die Ausrichtung der Substituenten am C5 ist abhängig von der Verknüpfung der Ringe A und B: sind die Ringe trans-verknüpft, ist der Substituent alpha-ständig, bei cis-Verknüpfung beta-ständig.

Question 65

Grundtypen von Steroiden

Answer 65

Die große Vielfalt der Steroide kommt durch ihre unterschiedlichen Grundtypen, die Vielfältigkeit von Anzahl, Position und Konfiguration von Substituenten sowie durch die variable Anzahl und die Lage von Doppelbindungen zustande. - enthält das Molekül Substituenten mit O, wird die Nachsilbe -ol oder -on angehängt - bei Doppelbindungen Nachsilbe -en - Ringverkleinerungen Vorsilbe Nor- - Ringerweiterungen Vorsilbe Homo- - Ringöffnung Vorsilbe Seco- im Namen des Grundtyps Die in Pflanzen vorkommenden Steroide können frei, als Ester oder als Glykoside (z.B. bei Herzglykosiden, Steroidsaponinen) auftreten. Im tierischen Organismus liegen die Steroide als Ester, als Glucuronid oder als Konjugate mit Proteinen vor.

Question 66

Sterine/ Sterole

Answer 66

Sterine sind eine Gruppe von biochemisch wichtigen Naturstoffen aus der Obergruppe der Steroide. Steine kommen natürlich vor und haben als gemeinsames Merkmal alle eine 3-beta-OH-Gruppe und eine 17-beta-ständige aliphatische Seitenkette. Grundgerüste der Sterine sind Cholestan (C27), Ergostan (C28) und Stigmastan (C30) Nach ihrem Vorkommen lassen sich die Sterine unterteilen in - Phytosterine (aus Pflanzen) --> C29, C30 - Zoosterine (aus Tieren) --> C27, C28, C30 - Mycosterine (aus Pilzen) --> C27, C28

Question 67

Phytosterine

Answer 67

C29, C30, z.B. b-Sitosterin, Stigmasterin Sind die in höheren Pflanzen vorkommenden Substanzen mit Steroidgrundgerüst, die dem Cholsterol nahestehen. Die Anzahl an C-Atomen ist verschieden, da die Seitenkette am C17 unterschiedlich lang ist. Aber in den letzten Jahren wurden auch in Pflanzen Sterine mit 27 28 und 29 C-Atomen gefunden, weswegen die Einteilung etwas obsolet ist.

Question 68

Weitere Steroid-Gruppen

Answer 68

- Vitamin D, z.B. Ergocalciferol - Steroidsapogenine, z.B. Digitoxigenin, Diosgenin, Sarsasapogenin - Gallensäuren, z.B. Cholsäure

Question 69

Steroidalkaloide

Answer 69

Steroidalkaloide sind N-haltige Steroide, die in ihren Eigenschaften den Alkaloiden und Saponinen ähneln. Bei den Steroidalkaloiden werden also in Steroidgerüst Heteronome eingebaut. Der Stickstoff kann entweder in einen Ring eingebaut sein oder als Aminosubstituent vorliegen. Meist findet man die Steroidalkaloide mit Zucker verknüpft als Glykoalkaloide (Glykoside) oder verestert als Esteralkaloide (z.B. Aconitin). Die Esterfunktion ist oft für die Toxizität der Verbindung verantwortlich, so bewirkt z.B. die Spaltung einer Esterbindung im Aconitin eine Wirkungsverminderung auf 1/1000.

Question 70

Vorkommen der Steroidalkaloide

Answer 70

Liliaceae, Apocynaceae, Buxaceae, Solanaceae, Salamander Man unterscheidet in 2 große Hauptgruppen von Steroidalkaloiden - Veratrum-Alkaloide - Solanum-Alkaloide

Question 71

Veratrum-Alkaloide

Answer 71

Die Grundkörper der Veratrum-Alkaloide stehen biogenetisch in enger Beziehung zu den C27-Steroiden vom Typus des Cholesterins, wobei Ring C zum 5er-Ring verengt (nor) und Ring D zum 6er-Ring erweitert (homo). Das Grundgerüst der Veratrum-Alkaloide ist also das C-nor-D-homo-Cholesterol (C-nor-D-homo-Cholan). Durch weiteren Ringschluss diese Grundgerüstes entstehen die Alkaloide von Jervin- bzw. Cevan-Typ (2 Hauptgruppen der Veratrum-Alkaloide)

Question 72

Vorkommen der Veratrum-Alkaloide

Answer 72

Veratrum-Arten (Melanthiaceae) Fritillaria-Arten (Schachblume, Liliaceae) Schoenocaulon-Arten (Melanthiaceae) Veratrum album (weißer Gerber), Melanthiaceae Einheimische Gifltpflanze, so toxisch, dass man bei vollem Bewusstsein ersticken kann (aktiviert Na+ -Kanäle, beeinflusst Herzaktivität) Früher als Brech- und Abführmittel verwendet Die Pflanze kann in nicht blühendem Zustand mit dem gelben Enzian (Gentiana lutea) verwechselt werden, dessen Blätter aber kreuzweise gegenständig angeordnet sind, während die von Veratrum Album wechselständig sind.

Question 73

Ceveratrum-Alkaloide

Answer 73

Die Ceveratrum-Alkaloide leiten sich vom Grundgerüst Cevan ab. Oft ist das Grundgerüst mit vielen Hydroxyl-Gruppen substituiert, die wiederum häufig mit einfachen Säuren verestert sind (z.B. Essigsäure, Buttersäure, Angelicasäure, Veratrumsäure). Je höher der Veresterungsgrad ist, umso toxischer ist die Verbindung. Ceveratrum-Alkaloide mit 7 freien oder veresterten OH-Gruppen zählt man zur Veracevin-Gruppe, solche mit 8 OH-Gruppen zur Protoverin-Gruppe. Das N-Atom ist Teil eines Chinlozidin-Ringsystems.

Question 74

Jerveratrum- Alkaloide

Answer 74

Jerveratrum-Alkaloide enthalten meist nur 2 oder 3 O-Atome und treten frei oder an Glucose glykosidisch gebunden auf. Ring E mit Furan-Teilstruktur und Ring F mit Piperidin-Teilstruktur, spiroartig verknüpft. Die Alkaloide dieser Gruppe sind teratogen (dafür ist die Furanopiperidin-Teilstruktur verantwortlich).

Question 75

Solanum-Alkaloide

Answer 75

Bei den Solanum-Alkaloiden handelt es sich um Cholestan-Derivate (C27). Biogenetisch leiten sich auch die Solanum-Alkaloide vom Cholesterin ab. Die Solanum-Alkaloide besitzen einen im Ring integrierten Stickstoff in der Seitenkette (sekundärer und tertiärer N). Man unterscheidet zwei Arten von Solanum-Alkaloiden, je nachdem ob der Stickstoff sekundär oder tertiär gebunden ist: - Spirosolan-Typ (sekundär) - Solanidan-Typ (tertiär) In ihren physikalischen Eigenschaften ähneln sie den Saponinen. Sie wirken hämolysierend, besitzen ein gutes Schaumbildungsvermögen und bilden mit Cholesterin schwerlösliche Komplexe.

Question 76

Spirosolan-Typ

Answer 76

Die Spirosolane weisen ein aza-oxaspiran-System auf und sind damit analog den Steroidsapogeninen gebaut, mit welchen sie auch häufig gemeinsam auftreten. - Tomatidin (= Lycopersicin) ist ein Glykosid-Alkaloid aus den Blättern der Wildtomate. Besitzt antimycotische Wirkung. Das Tomatidin ist eine Spiroverbindung aus einer Tetrahydrofurano- und Piperidin-Gruppe. Ist die OH-Gruppe mit einem Zucker verknüpft (Glykosid), heißt es Tomatin - das Tigogenin ist ein Digitalis-Saponin und ist hier nur zum Vergleich der Ähnlichkeit mit Steroidalkaloiden angeführt

Question 77

Solanidan-Typ

Answer 77

Das N-Atom ist hier in einem Indolizidin-System gebunden. Solanidin kommt in vielen Solanaceen vor. Es zeigt eine Saponin-ähnliche Wirkung. Das Glykosid von Solanidin heißt Solanin.

Question 78

Vorkommen der Solanum-Alkaloide

Answer 78

- v.a. in Pflanzen der Solanaceen-Gattung (Solanum und Lycopersicon) - Asclepiadeaceen - Liliaceen

Question 79

Herzwirksame Glykoside

Answer 79

Herzwirksame Glykoiside sind aus Pflanzen gewonnene zuckerhaltige Verbindungen mit Steroidring zur Förderung der Kontraktionskraft der Herzmuskulatur (positiv inotrpo). Es werden nur Reinsubstanzen verwendet, da therapeutische Breite sehr klein; Nebenwirkungen: Gelb-Sehen, Rhythmusstörungen Herzglykoside ist eine Oberbezeichnung für herzwirksame chemische Substanzen, deren gemeinsames Merkmal ist, dass es sich um Zuckermolekülen glykosidisch verbundene Steroidderivate handelt. Diese Steroidglykoside bestehen aus einem Aglykon (= Cyclopentanperhydrophenanthern "Steroide" + ungesättigtem Lactonring), an das glykosidisch ein bis vier Zuckermoleküle gebunden sind. Der an das Steroidhormon-Gerüst gebundene Lactonring kann 5- oder 6-gliedrig sein.

Question 80

Cardenolide

Answer 80

Steroid-Grundgerüst + 5-gliedriger Lactonring; einfach ungesättigt, delta-Lacton, cis-trank-cis wichtig für die herzwirksame Wirkung enthalten in: - Adonis vernalis, Frühlings-Adonisröschen (Ranunculaceae) - Digitalis (purpurea), Fingerhut (Scrophulariaceae) - Nerium oleander, Oleander (Apocynaceae) - Strophantus gratus/ kombé (Apocynaceae) - Theretia, Schellenbaum (Apocynaceae) Beispiele: DIgitoxigenin, Oleandrigenin, Strophantidin, Adonitoxigenin

Question 81

Bufadienolide

Answer 81

Steroid-Grundgerüst + 6-gliedriger Lactonring (zweifach ungesättigt) enthalten in: - Bufo, Kröte - Helleborus viridis, grüne Nieswurz (Ranunculaceae) - Urginea maritima, Meerzwiebel (Hyacynthaceae)

Question 82

Struktur der Herzglykoside

Answer 82

Die Herzglykoside besitzen ein Steroidgerüst mit 21 C-Atomen (Prägnant-Gerüst), das am C17-Atom mit einem Layton-Ring verknüpft ist. - die OH-Gruppe in Position 12 führt zur starken Toxizität des Digoxigenins. Zusätzliche OH-Gruppen im Aglyka-Grundgerüst bewirken aber generell eine Verdopplung der Toxizität bzw. eine Steigerung der Wirksamkeit - die Substituenten am C10 weisen unterschiedliche Oxidationsstufen auf - stereochemische Unterschiede sind bei den Herzglykosiden eher selten - g-Strophantidin wird v.a. i.v. extrem schnell, weil es durch die vielen Substituenten so hydrophil ist - von diesen Aglyka gibt es eine ganze Reihe an Abkömmlingen, die sich nur in er Zuckerart bzw. in der Anzahl der Zuckermoleküle am C3 unterscheiden.

Question 83

Biosynthese der Herzglykoside

Answer 83

Die gemeinsame Vorstufe der Cardenolide und der Bufadienolide ist das Pregnolon, das durch oxidativen Abbau der Seitenkette vom Cholesterin entsteht. Bis heute ist aber nach wie vor ungeklärt, wie genau as dem Pregnenolon dann der Lactonring entsteht.

Question 84

Verwendung der Herzglykoside

Answer 84

Neben den Herzglykosiden aus Convallaria majalis (Maiglöckchen), Adonis vernalis (Frühlings-Adonisröschen), Helleborus viridis (grüne Nieswurz) und Urginea maritime (Meerzwiebel) werden heute fast ausschließlich Strophantus- und Digitalis-Glykoside für die Therapie verwendet. Bedingt durch die komplizierte chemische Struktur sind die Herzglykoside bei heute nicht durch Synthetik ersetzt worden. Es werden jedoch in der Therapie weitgehend Reinglykoside eingesetzt, da diese eine exakte Dosierung, eine gut vorhersehbare Wirkung, eine gleichmäßige Resorption sowie eine gute Haltbarkeit gewährleisten.

Question 85

Steroidhormone

Answer 85

- Häutungshormone, z.B. b-Ecdyson - Nebennierenrindenhormone, z.B. Corticosteron - Sexualhormone: Gestagene (z.B. Progesteron), Androgene (z.B. Androsteron), Östrogene (z.B. Östradiol)

Question 86

Saponine

Answer 86

Unter Saponinen versteht man glykosidische Pflanzeninhaltsstoffe, die durch saure oder enzymatische Hydrolyse in lipophile Sapogenine (Aglyka) und einen polaren Kohlenhydrat-Anteil gespalten werden. Die Terpenoidaglyka (Triterpen- und Steroidsapogenine) besitzen eine b-ständige OH-Gruppe am C3, über die Zucker gebunden werden. Saponine sind im Pflanzenreich außerordentlich weit verbreitet. Man geht davon aus, dass ca. 3 von 4 Pflanzenarten Saponine führen. Der Konzentrationsbereich von 0,1-30% ist sehr hoch, verglichen mit den Konzentrationen anderer sekundärer Pflanzenstoffe. Saponine liegen in der Regel als Glykoside vor.

Question 87

Einteilung der Saponine

Answer 87

Nach Struktur der Aglyka: - Triterpensaponine (C30, meist pentacyclisch, seltener tetracyclisch) - Steroidsaponine (C27) - Steroidalkaloidsaponine Nach dem Glykosidtyp/ Anzahl der Zuckerketten im Molekül: - monodesmosidische Saponine, Zuckeranteil aus einer einzigen Kette (an C3) - bisdesmosidische Saponine, besitzen 2 Zuckerketten (hängen an C2 und C17) Als Zucker kommen Glucose, Galactose und Xylose vor, geradkettig oder verzweigt

Question 88

Saponinglykoside

Answer 88

Saponine kommen immer als Glykoside vor (nie alleine die Aglyka). Die Art und Anzahl der Zucker ist unterschiedlich. Ein Saponin enthält zwischen 1 und 11 Zuckermoleküle. Die Verknüpfung mit dem Zucker kann a- oder b-glykosidisch erfolgen. Die Bindung des Zuckers an das Sapogenin (Aglykon) erfolgt entweder über die Hydroxylgruppe des Sapogenins oder esterglykosidische über die OH-Gruppe einer Carboxylgruppe (Acetylglykoside). Steroidsaponine von Spirostanol-Typ kommen fast nur als Monodesmoside vor und sind vor allem in Wurzeln, Knollen und Samen zu finden. Furostanolglykoside sind hingegen bevorzugt in den assimilisierenden Teilen der Pflanze zu finden (z.B. bei Convallaria). Sie sind zusätzlich am C26 der Seitenkette meist mit Glucose glykosidisch verbunden und liegen somit meist als Bisdesmoside vor. Bisdesmoside bedürfen bei ihrer Gewinnung sehr schonender Maßnahmen. Sie sind sehr labil. Der Zucker am C26 wird nämlich sehr leicht abgespalten, mit der freien OH-Gruppe kommt es sehr schnell zum Ringschluss.

Question 89

Zucker in Saponinen

Answer 89

Zucker bei Triterpensaponinen: - Glucose - Galactose - Rhamnose - Xylose - Fucose - Arabinose - zusätzliche Säuren: Gluconsäuren, Galacturonsäure, Angelicasäure, Tiglinsäure, Essigsäure Zucker bei Steroidsaponinen: - Glucose - Galactose - Xylose - Arabinose - Rhamnose

Question 90

Triterpensapogenine

Answer 90

Die Triterpensapogenine sind die am häufigsten vorkommenden Sapogenine. Sie bestehen aus 6 Isopren-Einheiten (aus 30 C-Atomen) und sind Tetra- oder pentacyclisch aufgebaut.

Question 91

Vorkommen der Triterpensaponine

Answer 91

Triterpensaponine kommen hauptsächlich in dikotylen Pflanzen vor (zweikeimblättrige Pflanzen), und zwar v.a. in folgenden Familien: - Araliaceae: Eleutherococcus senticosus (borstige Talgawurzel), Hedera helix (Efeu), Banat ginseng (Ginseng) - Caryophyllaceae: Agrostemma githago (Kornrade), Saponinaria- und Hernaria-Arten (Bruchkraut-Arten) - Fabaceae: Glyzyrrhiza glabra (Süßholz), Ononis spinosa (Hautreckel) - Hippocastanaceae: Aesculus hippocstanum (Roßkastanie) - Polygalaceae: Polygaga Seneca (Klapperschlangenwurzel) - Primulaceae: Cyclamen, Primula-Arten - Rosaceae: Quillaja Ausnahme einer monokotoylen Pflanze: - Poaceae: Avena sativa (Saathafer)

Question 92

Grundstrukturen Saponine

Answer 92

Oleanan-Typ, Lupeol-Typ, Ursan-Typ, Dammaran-Typ Beim Urban-Typ ist eine Methylgruppe von C20 nach C19 gewandert. Beim Dammaren-Typ wurde der Ring D verkleinert, der Ring E geöffnet. Beim Lupeol-Typ wurde der Ring E verkleinert (mit Propyl-Seitenkette). Am häufigsten kommen Saponine mit Oleanan-Grundgerüst vor (90%). --> durch Wanderung der Methylgruppe entsteht irregulärer Aufbau

Question 93

Beispiele für Saponine vom Oleanan-Typ

Answer 93

Das R der Oleanolsäure ist also normalerweise eine Ethyl-Gruppe (bedingt durch die Biosynthese), kann zum Alkohol oder Aldehyd hufoxidiert werden. Bis auf den letzten Ring sind alle Ringe trans-verknüpft. Das Protoprimulagenin A hat als Besonderheit eine Etherbrücke.

Question 94

Steroidsaponine

Answer 94

Steroidsaponine sind 27 C-Atome aufgebaut. Steroidsapogenine vom Spirostanol- Typ wurde Ring F geöffnet, OH-Gruppe am C26 glykosidisch mit D-Glucose verknüpft, so dass fast immer hämolytisch unwirksame Bisdesmoside vorkommen. Bei der Steroidsaponinen unterschiedet man wiederum zwei Untergruppen: Spirostanol-Typ und Furastanol-Typ. - Spirostanol-Typ: Grundgerüst aus 27 C-Atomen mit Spiroketal-Frupperung, hexacyclische Spirostanol-Struktur mit einer Cycloketal-Gruppierung (monodesmosidisch). - Furostanol-Typ: KW-Seitenkette mit OH-Funktion. pentacyclische Furastanol-Struktur mit einer zusätzlichen OH-Gruppe in der Seitenkette. (Bisdesmosidisch, Ring F geöffnet, OH an C26 --> D-Glucose, hämolytisch unwirksam)

Question 95

Vorkommen der Steroidsaponine

Answer 95

Steroidsaponine kommen hauptsächlich in monocotylen pflanzen vor (einkeimblättrige Pflanzen): - Agavaceae (Agave, Yucca) - Dioscoraceae (Dioscorea-Arten) - Liliaceae: Paris quadrifolia (Einbeere), Rusces aculeatus (Mäusedorn), Smilax regelii (Stechwinden) Ausnahme einer dicotylen Pflanze: Digitalis und Trigonella (Bockshornklee)

Question 96

Eigenschaften der Saponine

Answer 96

Physikalische Eigenschaften: - In Wasser kolloidal löslich, in verdünntem EtOH besser löslich - liegen kristallin und amorph vor - Aus Lösungen ausfallbar durch Zugabe von NaCl und Gerbsäuren - mit Cholesterin kommt es zur Komplexbildung (schwer löslich) - beim Schütteln in Wasser bildet sich ein haltbarer Schaum (ähnlich wie bei Seifen), wirken auf Öl emulgierend und stabilisieren Suspensionen. Saponine sind oberflächenaktive Substanzen, d.h. sie setzen die Oberflächenspannung herab (Schaumkraft, Waschmittel auch reinigende Wirkung), weil sie einen polaren und einen polaren Teil besitzen. Daher werden Saponine auch Emulsionen und Suspensionen als Dispergiermittel zugesetzt. Biologisch Eigenschaften: - kratzender, bitterer Geschmack - gewebereizend, nieserregend - antimikrobielle Wirkung (--> Bedeutung für die Pflanze) - hämolytische Aktivität, toxisch für Fische

Question 97

Schaumzahl

Answer 97

Die Schaumzahl ist der Reziprok-Wert jener Verdünnung eines wässrigen Drogenauszuges, von der 10ml - unter genormten Bedingungen - einen Schaum von 1cm Höhe bilden. Sehr ungenau, aber immer noch im AB, weil noch nichts besseres gefunden.

Question 98

Hämolytischer Index

Answer 98

Der Hämolytische Indes (H.I.) dient der Grenzwertbestimmung für Saponine. Nach dem ÖAB versteht man darunter den reziproken Wert derjenigen Verdünnung von 1g oder 1ml einer Droge bzw. eines galizischen Präparats, bei der unter bestimmten Versuchsbedingungen gerade noch totale Hämolyse eintritt. Der Messwert wird mit dem H.I. des Saponninstandards (S = 30.000 --> 1g Substanz auf 30.000g verdünnt, immer noch Hämolyse) in Beziehung gesetzt, wobei a die Menge des Saponin-Standards und b die Menge des zu prüfenden Materials ist, welche die totale Hämolyse bewirkt. Das Standardsaponin stammt aus der weißen Seifenwurzel, ihm wird per Definition ein HI von 30.000 zugeteilt. Die Hämolyseversuche werden alle in Reagenzgläsern mit frischen Rinderblut durchgeführt. Hämolytischer Index = S x a/b Bei der Bestimmung des HI macht man zunächst ein Vorporbe, um zu sehen, wo der HI ungefähr liegt. Dann wird der Hauptversuch mit den genauen, entsprechenden Verdünnungsreihen gemacht, 24h stehen gelassen, dann ausgewertet. Oft gibt es einen graduellen Übergang. Verschiedenes Tierblut zeigt verschiedenen Eigenschaften, daher werden versuche immer mit Rinderblut gemacht (1:10 mit Citrat verdünnt). Achtung: Der HI ist keine quantitative Bestimmung. Es können damit keine Angaben über den Saponin-Gehalt gemacht werden, nur die Wirkung wird untersucht. Wenn zwei Drogen den gleichen HI haben kann man auch nicht daraus schließen, dass sie die gleiche Wirkung haben. Mit dem HI kann man nur verschiedene Chargen einer bestimmten Droge (z.B. von Radix Primulae) untereinander vergleichen. Der HI erlaubt weiters auch keine Aussagen über den therapeutischen Wert einer Droge.

Question 99

Chemische Methoden zur Wertbestimmung von Saponinen

Answer 99

- spektrohotometrisch: als gefärbte Verbindung (UV-Absorption bei Saponinen relativ gering, Absorptionsmaxima zwischen 190 und 215nm, d.h. schlecht detektierbar, da sehr niedrig) - gravimetrisch als Cholesterin-Molekülverbindung (Komplexe) - HPLC, DC: Blutsuspension auf DC --> wo andere Farbe (Problem: auch andere Strukturen weisen hämolytische Aktivität auf)

Question 100

Fischindex

Answer 100

gibt das Maß der Toxizität von verschiedenen Saponinen an; je größer die Zahl umso größer die Wirksamkeit Saponine sind stark toxisch für Fische --> wurde deshalb früher für den Fischfang benutzt (Fisch stirbt und reibt dann an der Oberfläche) Pathologische Permeabilitätserhöhung der Kiemenepithelien bei Fischen --> Hydrämie --> zu viel Wasser im Blut --> tote Fische für Menschen noch genießbar (schlecht resorbiert)

Question 101

Pharmakologische Wirkungen und Anwendungen

Answer 101

Die Verwendung von Saponindrogen ist schon alt. Es gibt nicht für alle Saponindrogen eine wissenschaftliche Erklärung. Allgemein: - expektorierend (Auswurffördernd): Verflüssigung des Bronchialsektrets/ Sektretolytika, durch Erhöhung der Oberflächenaktivität und örtliche Reizung der Schleimhaut - diuretisch: Steigerung der Harnproduktion, osmanisch oder durch direkte Reizung der Nierenepithelien - kratzender und/oder bitterer Geschmack - gewebereizend: Auswirkung auf Schleimhäute der Nase, Rachen, Bronchien, nieserregend (in Niespulvern und Schnupftabak enthalten) - Resorptionsfördernd: (durch hohes Dispergiervermögen), z.B. in Teedrogen bis zu 40fache Resorption im Gegensatz zur Reinstoffapplikation. Schlecht lösliche Stoffe werden durch Saponine in feine Teilchen dissertiert und dadurch werden sie besser resorbierbar --> steigern die Bioverfügbarkeit Spezifisch: - tonisierend, z.B. Panax ginseng: Verwendung in der Geriatrie, Steigerung der geistigen und körperlichen Leistungsfähigkeit im Alter - entzündungshemmend - antibakteriell, z.B. Centella asiatica (Apiaceae), Wunderheilmittel in Indien gegen Lepra bzw. antibiotisch (z.B. Primula, Hedera) - antimykotisch, z.B. Primula gegen Candida - antiviral - molluscid, z.B. Hedera helix als Schneckenvertilgungsmittel, wirksam gegen die Schnecke Biomphalaria glabrata, dem Zwischenwirt der Bilharziose (Saugwürmer) - Fischgift (Cyclamenwurzel): auch in hohen Verdünnungen Saponine bewirken eine pathologische Permeabilitätserhöhung der Kiemenepithelien. Fische sterben an Hydrämie (zu hoher Wassergehalt im Blut). Die Fische nehmen die Saponine aber nicht auf, d.h., die toten Fische sind danach noch genießbar. Saponine sind außerdem auch in anderen Lebensmitteln enthalten, z.B. im Spinat. Im Altertum betrieb man Fischfang z.B. Verbascum-Arten; dadurch wurden die Fische betäubt und konnten leichter gefischt werden. Das ist heute verboten. - sedativ: in der chinesischen Medizin werden Saponine als Beruhigungs- und Nervenstärkungsmittel verwendet - ödemhemmend und fragilitätsvermindern (z.B. Aesculus hippocastanum, Ruscus aculeatus) - cancerostatisch (Eschenahorn, Alpenveilchen), in Versuchen an Ratten - hämolytisch: viele Saponine wirken auch noch in großer Verdünnung hämolytisch - Venentherapeutikum

Question 102

Hämolytische Aktivität

Answer 102

Saponine wirken hämolytisch, indem sie die Oberflächenspannung in der Erythrozytenmembran herabsetzen. Die Membranlipide werden in den wässrigen Bestandteilen der Membran emulgiert und so aus der Membran herausgelöst. Durch die entstandenen Lücken in der Membran strömen Na+ und Wasser in die Zelle hinein und K+ aus der Zelle heraus. So lange bis die Membran platzt und Hämoglobin ins Plasma übertritt. Die hämolytische Aktivität der Saponine ist von der Struktur der Aglyka enthalten eine polare Gruppe am Ring A und schwächer polare Gruppen an den Ringen D und E, wobei eine 16-a-OH-Gruppe eine erhebliche Wirkungsverstärkung hervorruft. Starke polare Gruppierungen an den Ringen D und E vermindern hingegen die Aktivität oder führen zum vollkommenen Aktivitätsverlust. Außerdem wird die hämolytische Aktivität durch die Vereiterung einer COOH-Gruppe in Sapogenin-Teil erhöht. Spirostanole wirken stark hämolytisch, Furostanole weniger. Die Hämolysewirkung kann gesteigert werden durch: - polare Gruppe am Ring A - OH-Gruppe in Position 16 - Veresterung der COOH-Gruppe Hämolytische Aktivität verschiedener Saponintypen: - Tristeren-Saponine: + Monodesmoside: neutral (sehr stark), sauer (sehr schwach), Acylglycosen (sehr schwach) + Bisdesmoside: neutral (sehr schwach), sauer (mittel bis stark) - Steroide + Monodesmoside: sehr stark + Bisdesmoside: sehr schwach + Alkaloide: stark

Question 103

Toxizität

Answer 103

Viele Saponine sind peroral gut verträglich, i.v. aber toxisch. Ausnahme: Aescin, dieses ist p.o. und i.v. gut verträglich. Saponine sind für den Menschen weniger giftig als z.B. für Mäuse. Durch die Schleimhautreizung wirken Spanien außerdem emetisch, d.h. der mensch übergibt sich, was ein weiterer Schutz gegen toxische Konzentrationen ist. Eine Maus kann nicht erbrechen, daher werden Saponine länger resorbiert.

Question 104

Saponindrogen

Answer 104

3 wichtige einheimische Saponindrogen: - Agrostemma githago (Kornrade), Caryophyllaceae --> Diarrhoe, Respirationstraktprobleme - Cyclamen purpurecens (Alpenveilchen), Primulaceae - Anagallis arvensis (Ackergauchheil), Primulaceae --> Nierenschäden - Paris quadrifonia (vierblättrige Einbeeren, Wolfsbeeren), Liliaceae --> Steroidsaponin, Nieren, ZNS-Störungen

Question 105

Bedeutung der Saponine

Answer 105

Saponine sind ein wichtiges Ausgangsprodukt für Corticoide und Prostagene. Saponindrogen gehören daher heute zu den wichtigsten Pflanzen für die Weltwirtschaft, weil ausgehend von den Saponinen Steroidhormone (Sexualhormone und Corticosteroide) produziert werden. Steroide sind nämlich schwer zu synthetisieren, die Vollsynthese oder die Isolation aus Tieren sind immer noch zu teuer.

Question 106

Gewinnung von Steroidhormonen heute

Answer 106

Erfolgt aus: - Steroidsapogeninen (Dioscorea, Agave, Yucca, Smilax) - pflanzlichen Sternen (Sitosterin, Stigmasterin) - Cholesterin - Steroidalkaloide (Solanum-Arten) 70% der jährlich erzeugten Steroidhormone haben ihren Ursprung im Diosgenin. Der Rest stammt aus den Epimeren des Diosgenins (Gentropenin, Hecogenin, usw.). Die Dioscorea-Pflanze, aus welcher das Diosgenin stammt, besitzt ca. 3kg schwere Rhizome (30-70cm), welche 2-5% Diosgenin enthalten (ähnlich der Kartoffel). Ca. 90% der so gewonnenen Steroidhormone werden Corticosteroiden verarbeitet, der Rest wird zu Sexualhormonen verarbeitet.

Question 107

Partialsynthese von Steroidhromonen

Answer 107

Ausgangspunkt: Extrakte, früher aus Nebenniere von Tieren gewonnen; Vollsynthese auch möglich, aber zu aufwendig Kombination von chemischen und mikrobiologischen Verfahren, eine sehr aufwendige Synthese: - in den Rhizomen sind die Glykoside enthalten. Diese werden zunächst hydrolasiert, so dass die entsprechenden Aglyka übrig bleiben - die Aglyka werden über Fällungsreaktionen hufgereinigt, so bleibt der hohe Gehalt an Saponinen erhalten - ausgehend vom Aglykon (z.B. Diosgenin) erfolgt die Patialsynthese

Question 108

Tetraterpene

Answer 108

Tetraterpene sind auch 8 Isopren-Einheiten, also auch 40 C-Atomen aufgebaut. Es gibt hier aber im Gegensatz zu den Triterpenen kaum polycyclische Verbindungen, max. bicyclische Strukturen.

Question 109

Einteilung der Tetraterpene

Answer 109

Carotinoide sind fettlösliche, gelbe bis rote Farbstoffe, die aus 8 Isopreneinheiten aufgebaut sind. Da sie symmetrisch aufgebaut sind, handelt es sich genau genommen nicht um Tetraterpene sondern um Bisditerpene, die über das jeweils endständige C4-Atom der C20-Kette miteinander verknüpft sind. Carotinoide enthalten eine größere Zahl von konjugierten Doppelbindungen, die in der Regel trans angeordnet sind. Diese konjugierten Systeme sind für die intensive gelbe bis rote Farbe verantwortlich. bei der Lagerung geht die Farbe der Carotinoide verloren. Die Carotinoide erden in 2 Hauptgruppen unterteilt: Carotine Xanthophylle

Question 110

Carotine

Answer 110

reine Kohlenwasserstoffe (z.B. Carotin, lycopin, Neurosporin, Phytofluen, Phytoen)

Question 111

Xanthyophylle

Answer 111

O-hältige Verbindungen, sind meist gelb gefärbt (z.B. Crocetin, Astaxanthin, Capsanthin, Violaxanthin) Häufig auftretende O-Funktionen sind Hydroxy-, Methoxy-, Epoxy- und Carbonylgruppen.

Question 112

Biosynthese der Tetraterpene

Answer 112

Carotinoide entstehen durch Schwanz-Schwanz-Kondensation von 2 Molekülen gernaylgeranly-PP (eine nicht-reduktive Dimerisierung). Es entsteht zunächst das cis-Phytoen, welches zum trans-Phytoen isomerisiert wird, dann erfolgt die schrittweise Oxidation die Einführung weiterer DB, solange bis eine durchkonjugierte kette entstanden ist. Die echten Carotinoide haben all-trans-Konfiguration. Durch das Einführen von DB wird das Molekül starr und unbeweglich, es können keine weiteren Cyclisierung mehr erfolgen. Zwischenstufe wird durch Eliminierung von H+ stabilisiert Schrittweise Oxidation --> Einführung weiterer Doppelbindungen

Question 113

Verschiedene v Varianten der Cyclisierung

Answer 113

Die Iononringe in den cyclischen Carotinoiden entstehen durch die Anlagerung eines Protons an C2 und die anschließende Ausbildung einer Bindung zwischen C2 und C7. Danach muss ein Proton abgespalten werden, entweder von C7 (b-Iononring) oder vom C5 (a-Iononring).

Question 114

Carotinoide: Vorkommen

Answer 114

Carotinoide sind in dier Pflanze zu über 90% in den Blättern enthalten. Tiere können Carotinoide selbst nicht de-novo synthetisieren. In Tieren gefundene Carotinoide sind also immer pflanzlichen Ursprungs (z.B. durch Nahrungsaufnahme, unter anderem vor Wurzeln)

Question 115

Physiologische Bedeutung der carotinoide

Answer 115

- Beteiligung an der Energieübertragung bei der Photosynthese - Antioxidative Wirkung (Verhinderung von radikalischen Reaktionen)/ Schutz vor schädigendem Lichteinfluss (für die Pflanze) - Carotin als Provitamin bei Tieren (Aufnahme über Nahrung)

Question 116

Beispiele für wichtige Carotinoide

Answer 116

In der Pflanze können ganz unterschiedliche Tetraterpene vorkommen. b-Carotin enthält zwei b-Iononringe a-Carotion enthält einen b- und einen a-Iononring, es ist optisch aktiv, weil 1 asymmetrische C. b-Carotin ist besonders stark verbreitet. In der Pflanze findet man es neben Chlorophyll und Xanthophyll in allen grünen Pflanzenteilen. In der Karotte z.B. 85% b-Carotin und 15% a-Carotin. In tierischen Organismen findet man es vor allem im Fettgewebe, in der Milch im Serum sowie im Corpus luteum (Gelbkröper). b-Carotin kann enzymatisch hydrolysiert werden (+2 H2O) zu 2 Molekülen Vitamin A. a-Carotin kann ebenfalls enzymatisch hydrolysiert werden, dabei entsteht aber nur 1 Molekül Vitamin A (weil nur ein b-Iononring). D.h. es ist nur halb so wirksam. b-Carotin ist also das Provitamin von Vitamin A.

Question 117

Entstehung von Vitamin A

Answer 117

Alle Carotine mit mindestens einem b-Iononring sind Provitamine A. Solche Carotine können im menschlichen und tierischen Organismus in der Mitte gespalten werden. Die Spalthälften mit dem b-Iononring können durch Oxidation in Vitamin A umgewandelt werden. In der Darmschleimhaut erfolgt mit Hilfe von Enzymen die oxidative Spaltung des b-Carotins zum Retinol (2 Moleküle), welche anschließend zum Retinol (Vitamin A) reduziert werden kann.

Question 118

Xanthophylle

Answer 118

Xanthophylle sind gelbe Farbstoffe, Begleitstoffe des Chlorophylls. Chlorophyll und Xanthophylle kommen in der Pflanze immer gemeinsam vor, die gelbe Farbe wird aber vom Grün des Chlorophylls überdeckt. Im Herbst wird das Chlorophyll abgebaut, die Färbung bleibt übrig. Xanthophylle haben keine Provitamin-A-Eigenschaften.

Question 119

Vorkommen der Xanthophylle

Answer 119

- in grünen Pflanzen in Blütenblättern und Früchten - in Algen und Bakterien - im Eidotter - in Getreidekörnern

Question 120

Entstehung der Xanthophylle

Answer 120

Sauerstoff wird oxidativ eingeführt, häufig endständige OH-Gruppen

Question 121

Abbauprodukte der Xanthophylle

Answer 121

Sind nicht so regelmäßig aufgebaut. Sie zeigen große antioxidative Aktivität. Xanthophylle gehören zwar biogenetisch zu den Tertraterpenen, haben aber keinen C40-Körper mehr. - b-Citraurin: gelber Farbstoff in der Zitronenschale, in Bitterorangen (Pericarpium aurantii, Rutaceae) - Bixin: Farbstoff in Butter und Käse, Lebensmittelfarbstoff in USA und England, in Samen von Bixa arellana, Bixaceae; Roter Farbstoff mit starker antioxidativer Wirkung. - Crocetin: Farbstoff in Safran, Diterpen, aber biogenetisch ein Tetraterpen. Kann noch weiter abgebaut werden, z.B. in Corpus sativus (Iridicaeae), die Droge des Safran sind die Narbenschenkel

Question 122

Polyterpene

Answer 122

Polyterpene bestehen - wie der Name schon sagt - aus vielen Isopren-Einheiten. Es handelt sich um acyclische, unverzweigte, ungesättigte Terpenkohlenwasserstoffe oder -alkohole.

Question 123

Einteilung der Polyterpene

Answer 123

Das wichtigste Unterscheidungsmerkmal bei den Polyterpenen ist die Konfiguration des Doppelbindung. - Polyprenole: 6-24 Einheiten, cis/trans DB - Guttapercha/ Balata: ca. 100 Einheiten, trans DB - Naturkautschuk: > 10.000 Einheiten, cis (auch trans) DB

Question 124

Vorkommen Polyterpene

Answer 124

Polyterpene kommen nur im Pflanzenreich vor (in Milchröhren und Milchsatfzellen). Eine Ausnahme bilden die Polyprenole, sie kommen frei oder als Ester von höheren Fettsäuren oder von Phosphorsäure in Mikroorganismen, Pflanzen (Betula) und Tiere (Hefen) vor.

Question 125

Guttapercha

Answer 125

Guttapercha ist der eingetrocknete, koagulierte Milchsaft des im malaiischen Raum heimischen Guttaperchabaumes, Palaquium gutta, Sapotaceae. Guttapercha steht chemisch dem Kautschuk nahe, ist aber im Gegensatz zu diesem nicht cis-, sondern trans-1,4-verknüpftes Polyisopren mit weit geringerer molarer masse. bei Raumtemperatur ist es härter und nicht so elastisch, wird aber bei ca. 50°C weich und knetbar. Guttapercha besteht aus ca. 500 Trans-verknüpften isopren-Einheiten. Wichtig z.B. für die Kaugummiherstellung und bei Zahnärzten für Zahnabdrücke.

Question 126

Balata

Answer 126

Balata ist eine natürliche, harte, hornartige, in der Wärme plastische Substanz. Man gewinnt sie, indem man den Milchsaft (Latex) des südamerikanischen Balatabaumes, Manikara bidentata, Sapotaceae, eintrocknet. Balata ist das all-trans-Isomer des Naturkautschuks, also ein geometrisch anders aufgebautes, ansonsten identisches Molekül. Im Gegensatz zum Kautschuk hat es einen hohen Harzgehalt, ist härter, zäher und widerstandsfähiger gegen Chemikalien, ist aber nicht vulkanisierter. Billiger Ersatz für Guttapercha.

Question 127

Kautschuk

Answer 127

Ein Riesenmolekül aus 8.000-30.000 Isopren-Einheiten (all-cis-konfiguriert). Kautschuk wird von O2 und Fettlösungsmitteln angegriffen.

Question 128

Vorkommen Kautschuk

Answer 128

- Euphorbiaceae: Hevea Brasiliens (Kautschukbaum), Manihot glazovii (Manihot) - Moraceae: Ficus elastica (Gummibaum) - Apocynaceae: Kickxia elastica - Cichoriaceae: Taraxacum-Arten (Löwenzahn) Aus Hevea brasiliensis gewinnt man den besten Kautschuk. Für die Gewinnung von Kautschuk schneidet man zunächst Streifen aus dem Stamm heraus. Rohkautschuk ist eine helle, klebrige Masse. Der Milchsaft tritt aus und koaguliert mit Ameisen- und Essigsäure. Der Milchsaft wird vulkanisiert (d.h. mit Schwefel versetzt und erhitzt um den Kautschuk widerstandsfähiger zu machen). Es kommt zur Quervernetzung, erst jetzt entsteht z.B. Reifengummi (Ruß wird noch zugesetzt für Widerstandsfähigkeit). Heute wird Kautschuk auch synthetisch hergestellt, z.B. für Luftballons, Kondome usw. aber Naturkautschuk hat immer noch eine bessere Qualität, wobei es heute nicht her die gleiche Bedeutung hat.