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(Last modification:
04. October 2009)
Benzophenonsynthase
(BPS)
(Liu et al., 2003;
Beerhues et al., 2007)
Benzophenon-
und Xanthon-Derivate sind in Guttiferae weit verbreitet, und ein neuerer
Übersichtsartikel zeigt Beispiele von erheblichem medizinischem Interesse (Beerhues
et al., 2006). Sehr interessant ist auch, dass Benzophon-Derivate
vermutlich auch zur Attraktion von Befruchtern der Blüten von
Hypericum calycinum
beitragen
(Gronquist et al., 2001).
Bereits aus sehr frühen Fütterungsexperimenten wurde
geschlossen, dass das Grundgerüst beider Naturstoffe über eine
Polyketidsynthase-Reaktion synthetisiert wird, mit Benzoyl-CoA oder einem
Derivat davon als Starter-Substrat (s. z.B. Übersicht:
Sultanbawa,
1980). Die
erste Demonstration einer Benzophenonsynthase (BPS) Aktivität wurde 1996
publiziert (Beerhues,
1996). Dieses Enzym aus
Centaurium
erythraea (Gentianaceae) zog 3-Hydroxybenzoyl-CoA eindeutig dem
Benzoyl-CoA vor, aber das kann in anderen Pflanzen anders sein: Die Aktivität in Hypericum androsaemum
war mit
Benzoyl-CoA besser (Schmidt and Beerhues, 1997).
In diesem Fall ist es so, dass die 3'-Hydroxylgruppe in
2,3',4,6-Tetrahydroxy-Benzophenon durch ein P450 Enzym eingeführt wird, die
Benzophenon 3'-Hydroxylase (Schmidt and Beerhues, 1997).
Bei der weiteren Umwandlung in Xanthone passiert eine
wichtige Verzweigung von Stoffwechselwegen, und dies ist mit
2,3',4,6-Tetrahydroxybenzophenon (THBP) eine intramolekulare Kopplung zu einem
neuen Ringsystem: In Centaurium
erythraea RAFN wird 1,3,5-Trihydroxyxanthon
gebildet, während in Hypericum androsaemum L. das isomere 1,3,7-Trihydroxyxanthon
entsteht. In beiden Fällen werden die Ringschlüsse durch Cytochrom P450 Enzyme
durchgeführt (Peters
et al., 1998). Die Prinzipien der Reaktionen werden in der Abbildung
zusammengefasst, und einige davon abgeleitete Naturstoffe werden ebenfalls
wenigstens mit Namen angegeben.
Benzophenonsynthase (BPS) und die Biosynthese von Xanthonen. Die Farben
markieren die C-Atome, welche bei der PKS-Reaktion durch die drei
Kondensations-Reaktionen eingeführt werden.
2,3',4,6-Tetrahydroxybenzophenon
(THBP) kann über zwei verschiedene Wege gebildet werden, entweder direkt aus 3-Hydroxybenzoyl-CoA
(Centaurium erythraea), oder über eine Cytochrom P450 katalysierte
Hydroxylierung des 2,4,6-Trihydroxybenzophenons, welches aus Benzoyl-CoA
synthetisiert wird (Hypericum androsaemum). Die Ringschlüsse zu den
Xanthonen werden durch P450 Enzyme katalysiert.
BPS wurde aus Hypericum androsaemum
Zellkulturen kloniert, zusammen mit der Chalconsynthase (CHS)
(Liu et al., 2003),
und dies erlaubte einige interessante Mutagenese-Studien über die molekulare
Basis der funktionalen Unterschiede zwischen den beiden Enzymen. Dazu muss
angemerkt werden, dass die CHS eine beträchtliche BPS-Aktivität hatte, also mit
Benzoyl-CoA: etwas 22% der Aktivität mit 4-Coumaroyl-CoA. Die BPS dagegen war
inaktiv mit den Substraten der CHS, also 4-Coumaroyl-CoA. Wie sich bei CHS
herausstellte, gab es drei Aminosäuren welche die Substrat-Präferenz
entscheidend beeinflussten; alle betrafen die Form der aktiven Tasche. Im
Einzelnen: Die Umwandlung von CHS- in BPS-Typ Aminosäuren in diesen drei Fällen
waren interessant: Leu263 zu Met, Phe265 zu Tyr, und Ser338 zu Gly. Sie führten
zu einer starken Verminderung der CHS-Aktivität (etwa sechsfach) und zu einer
Zunahme der BPS-Aktivität um etwa 50%, und das Endergebnis war damit ein Enzym,
welches im Vergleich dann Benzoyl-CoA bevorzugte: Also eine BPS mit starker
CHS-Aktivität. Das Umgekehrte, die Umwandlung der BPS in eine CHS, schlug fehl:
Die Mutanten blieben entweder BPS, oder sie hatten überhaupt keine Aktivität
(Liu et al., 2003).
Eine interessante Frage war die Herkunft der Benzoesäure, die als CoA-Ester von
der BPS verwendet wird. Auch hier könnten verschiedene Strategien für
Benzoesäure und 3-Hydroxy-Benzoesäure verwendet werden. Benzoesäure: Durch Abbau
von Cinnamoyl-CoA
(Hypericum androsaemum,
Hypericaceae) (Abd El-Mawla and Beerhues, 2002);
3-Hydroxy-Benzoesäure: Direkte Abzweigung aus dem Shikimat-Weg, z.B. in
Centaurium erythraea (Gentianaceae) (Abd El-Mawla et
al., 2001) und in Swertia chirata (Gentianaceae) (Wang
et al., 2003). Die Prinzipien sind hier zusammengefasst.
Oben: Biosynthese von Benzoesäure aus
Phenylalanin über Cinnamoyl-CoA und Benzaldehyd.
Unten: Biosynthese von 3-Hydroxybenzoesäure direkt aus Shikimisäure, über
Shikimisäure-3-Phosphat.
Schema modifiziert aus Abd El-Mawla und Beerhues (2002), und Wang et al. (2003).
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Update
27.09.2009
Umwandlung
der BPS in eine Phenylpypronsynthase
Zitate:
Klundt et al. (2009),
zusammengefasst
in Beerhues and Liu (2009)
Ene neuere Arbeit untersuchte das
biosynthetische Potential von BPS, mit Hilfe der gezielten Mutagenese von
Aminosäuren, welche bekannt dafür sind, dass sie an der Form und Grösse der
aktiven Tasche beteiligt sind. Eine erste Serie von Experimenten zielte darauf,
die BPS in eine CHS umzuwandeln, und die Aminosäuren wurden danach ausgesucht,
dass sie in BPS anders als in der CHS von Medicago sativa sind:
| |
Aminosäure |
| Medicago sativa
CHS |
Leu214 |
Gly256 |
Phe265 |
Val196 |
Gly216 |
Leu263 |
Ser338 |
| Hypericum androsaemum
BPS |
Met217 |
Ala260 |
Tyr269 |
Met199 |
Ser219 |
Met267 |
Gly342 |
Keine dieser Mutanten in Richtung CHS
war erfolgreich, keine hatte CHS-Aktivität. Dann testeten die Autoren eine Reihe
von Doppel- und Mehrfach-Mutanten, aber das schlug auch fehl: Entweder waren die
Protein enzymatisch inaktiv, oder sie töteten E. coli, oder sie hatten
einfach die Wild-Typ BPS-Aktivität.
Dann probierten die Autoren eine grosse Zahl von anderen
Mutationen, in diesen und anderen Positionen. Die Ergebnisse waren äusserst
frustrierend; mit einer Ausnahme brachten sie keinerlei neue Einsichten. Die
einzige Ausnahme war, überraschenderweise, die Mutation einer Aminosäure, welche
tatsächlich in BPS und CHS gleich war: Thr135, welche Thr132 in der CHS
entspricht, und von dieser Aminosäure wusste man aus anderen Experimenten,
dass sie wesentlichen Einfluss auf die Grösse und Ausbildung der aktiven Tasche
hat. Thr135 wurde durch eine ganze Reihe anderer Aminosäuren ersetzt, aber nur
eine hatte einen drastischen Effekt; die Umwandlung von Thr in Leu: Dies
wandelte die BPS nicht in eine CHS um, aber in eine Phenylpyronsynthase, d.h.
ein Enzym welches mit Benzoyl-CoA nur zwei Kondensationen durchführt, und ein
Pyron freisetzt. Es ist bemerkenswert, dass andere Aminosäuren dies nicht taten:
Ser oder Phe Mutanten waren immer noch BPS (wenn auch mit geringerer Aktivität),
und die Mutationen zu Gly, Ala,Val, Ile, Asp, und Tyr führten zu inaktiven
Proteinen! Die Autoren versuchten dann, mit Hilfe von Modellierungsversuchen der
Proteine zu einer Erklärung zu kommen. Diese Computer-Studien liessen vermuten,
dass die Mutation zu Leu, und nur diese, wahrscheinlich eine neue, kleinere
Tasche öffnete, die aufgrund ihrer kleinen Grösse nur zwei Kondensationen
verkraften konnte, anstatt der drei, die für die Bildung der Benzophenone
notwendig sind. Es sollte angemerkt werden, dass dieser Effekt weder
vorhergesagt noch erwartet wurde. Insgesamt wird hier (wieder!) klar, dass
Vorhersagen aus Sequenzen und sogar Modellierungsversuchen immer noch riskant
sind.
Ansonsten gibt es nicht viel Neues oder Ungewöhnliches.
Pyrone von zwei Kondensationsreaktionen sind in in vitro typische
Nebenprodukte von CHS und anderen Enzymen, die eigentlich drei Kondensationen
durchführen (mehr...).
Das Phenylpyron als Produkt einer Typ III PKS mit zwei Kondensations-Reaktionen
wurde bereits vor elf Jahren mit der Pyronsynthase aus Gerbera nachgewiesen (Eckermann
et al., 1998), und dieses Enzym war die zweite Typ III PKS, welche
kristallisiert und ausführlich funktionell analysiert wurde (mehr...).
Es darf auch daran erinnert werden, dass solche Pyronring-Systeme häufig als
Nebenprodukte aus in vitro Reaktionen freigesetzt werden, wenn ein
synthetisiertes Polyketid nicht in das korrekte Produkt gefaltet werden kann,
weil eine zusätzliche Reaktion fehlt. Beispiele dafür sind die Oktaketidsynthase,
die für die Anthronsynthese in Aloe vorgeschlagen wurde (mehr...),
und die Hexaketidsynthase, welche für die Plumbagin-Biosynthese vorgeschlagen
wurde (mehr...). Und schliesslich,
ein solches Ringsystem ist in dem Naturprodukt Bisnoryangonin (ein Styrylpyron),
für dessen Biosynthese eine Typ III PKS vorgeschlagen wird (mehr...)
Die mutierte BPS gibt es als solche nicht in
Hypericum androsaemum,
aber die Pyronsynthase aus Gerbera war das native Protein, und die Aktivität mit
Benzoyl-CoA war sehr hoch. Dieses Phenylpyron gibt es meines
Wissens nicht in Gerbera, und so kann man wohl schliessen, dass diese
Phenylpyron-Synthase in vivo einfach nicht zum Tragen kommt, weil das
Substrat Benzoyl-CoA nicht verfügbar ist.
In diesem Zusammenhang ist es interessant, dass Phenylpyrone
bereits vor vielen Jahren als CHS-Nebenprodukte mit Diketiden aus
Phenylpropanoyl-CoA Estern beschrieben wurden (z.B.
in
Hrazdina et al., 1976):
In diesem Fall wird mit einem Phenylpropanoyl-CoA Starter nur eine Kondensation
durchgeführt; das Diketid wird freigesetzt und zu einem Pyron-Ringsystem
gefaltet (mehr...).
Das Prinzip ist in Fig. 3 (unten) dargestellt. Es ist jedoch wichtig, dass die
Pyron-Gerüste nicht identisch sind: Bei dem Pyron aus dem Diketid fehlt eine
Doppelbindung, die im Pyron aus einem Triketid vorhanden ist (Fig. 3, Vergleich
von A und B). Das ist nicht trivial, weil es eine Vorhersage der Biosynthese
schwieriger macht: Wird es möglich sein, vorherzusagen, ob sich ein
Pyronring-enthaltender Naturstoff aus Benzoyl-CoA und zwei Kondensationen (also
aus einem Triketid) ableitet, oder aus Phenylpropionyl-CoA und einer
Kondensation (also einem Diketid)? Das könnte schwierig sein, wenn man in
Betracht zieht, dass weiterführende Reaktionen das Pyrongerüst modifizieren
können, oder sogar vor der Pyronbildung das Molekül modifizieren.
Nach meiner Kenntnis gibt es nur ein Phenylpyron, bei welchem die
Biosynthese durch Vorstufen-Fütterungs-Experimente untersucht wurde:
Psilotonin in Psilotum nudum, und dies leitet sich von einem Diketid
ab (mehr...)
Fig. 3.
Biosynthesewege zu Phenyl-2-pyronen. Siehe Text
für Erklärungen.
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Zitate
-
Klundt,
T., Bocola, M., Lütge, M., Beuerle, T., Liu, B., Beerhues, L., 2009. A
single amino acid substitution converts benzophenone synthase into
phenylpyrone synthase. Journal of Biological Chemistry 284, 30957-30964.
Benzophenone metabolism provides a number of plant natural products
with fascinating chemical structures and intriguing pharmacological
activities. Formation of the carbon skeleton of benzophenone derivatives
from benzoyl-CoA and three molecules of malonyl-CoA is catalyzed by
benzophenone synthase (BPS), a member of the superfamily of type III
polyketide synthases. A point mutation in the active site cavity
(Thr135Leu) transformed BPS into a functional phenylpyrone synthase (PPS).
The dramatic change in both substrate and product specificities of BPS
was rationalized by homology modeling. The mutation may open a new
pocket which accommodates the phenyl moiety of the triketide
intermediate but limits polyketide elongation to two reactions,
resulting in phenylpyrone formation. 3-Hydroxybenzoyl-CoA is the second
best starter molecule for BPS but a poor substrate for PPS. The aryl
moiety of the triketide intermediate may be trapped in the new pocket by
hydrogen bond formation with the backbone, thereby acting as an
inhibitor. PPS is a promising biotechnological tool for manipulating
benzoate-primed biosynthetic pathways to produce novel compounds.
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-
Beerhues,
L., Liu, B., 2009. Biosynthesis of biphenyls and benzophenones - evolution
of benzoic acid-specific type III polyketide synthases in plants.
Phytochemistry 70, 1719-1727.
Type III polyketide synthases (PKSs) generate a diverse array of
secondary metabolites by varying the starter substrate, the number of
condensation reactions, and the mechanism of ring closure. Among the
starter substrates used, benzoyl-CoA is a rare starter molecule.
Biphenyl synthase (BIS) and benzophenone synthase (BPS) catalyze the
formation of identical linear tetraketide intermediates from benzoyl-CoA
and three molecules of malonyl-CoA but use alternative intramolecular
cyclization reactions to form 3,5-dihydroxybiphenyl and
2,4,6-trihydroxybenzophenone, respectively. In a phylogenetic tree, BIS
and BPS group together closely, indicating that they arise from a
relatively recent functional diversification of a common ancestral gene.
The functionally diverse PKSs, which include BIS and BPS, and the
ubiquitously distributed chalcone synthases (CHSs) form separate
clusters, which originate from a gene duplication event prior to the
speciation of the angiosperms. BIS is the key enzyme of biphenyl
metabolism. Biphenyls and the related dibenzofurans are the phytoalexins
of the Maloideae. This subfamily of the Rosaceae includes a number of
economically important fruit trees, such as apple and pear. When
incubated with ortho-hydroxybenzoyl (salicoyl)-CoA, BIS catalyzes a
single decarboxylative condensation with malonyl-CoA to form
4-hydroxycoumarin. A well-known anticoagulant derivative of this
enzymatic product is dicoumarol. Elicitor-treated cell cultures of
Sorbus aucuparia also formed 4-hydroxycoumarin when fed with the
N-acetylcysteamine thioester of salicylic acid (salicoyl-NAC). BPS is
the key enzyme of benzophenone metabolism. Polyprenylated benzophenone
derivatives with bridged polycyclic skeletons are widely distributed in
the Clusiaceae (Guttiferae). Xanthones are regioselectively cyclized
benzophenone derivatives. BPS was converted into a functional
phenylpyrone synthase (PPS) by a single amino acid substitution in the
initiation/elongation cavity. The functional behavior of this Thr135Leu
mutant was rationalized by homology modeling. The intermediate triketide
may be redirected into a smaller pocket in the active site cavity,
resulting in phenylpyrone formation by lactonization.
Zurück
-
Beerhues, L., Liu, B., Raeth, T., Klundt, T.,
Beuerle, T., Bocola, M., 2006.
Benzoic acid-specific
type III polyketide synthases. In: Rimando, A. M., Baerson, S. R. (Eds.),
Polyketides: Biosynthesis, Biological Activities and Genetic Engineering,
American Chemical Society, Washington, D.C., pp. 97-108.
Benzophenone synthase (BPS) and biphenyl synthase (BIS) catalyze the
formation of the same linear tetraketide from benzoyl-CoA and three
molecules of malonyl-CoA. However, BPS cyclizes this intermediate via
intramolecular C6-C1 Claisen condensation, whereas BIS uses
intramolecular C2-C7 aldol condensation. Benzophenone derivatives
include polyprenylated polycyclic compounds with high pharmaceutical
potential. Biphenyl derivatives are the phytoalexins of the economically
important Maloideae.
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-
Liu, B., Falkenstein-Paul, H., Schmidt, W., Beerhues,
L., 2003.
Benzophenone synthase and chalcone synthase from Hypericum androsaemum
cell cultures: cDNA cloning, functional expression, and site-directed
mutagenesis of two polyketide synthases. Plant Journal 34, 847-855.
Benzophenone derivatives, such as polyprenylated benzoylphloroglucinols
and xanthones, are biologically active secondary metabolites. The
formation of their C13 skeleton is catalyzed by benzophenone
synthase (BPS; EC 2.3.1.151) that has been cloned from cell cultures of
Hypericum androsaemum. BPS is a novel member of the superfamily
of plant polyketide synthases (PKSs), also termed type III PKSs, with
53-63% amino acid sequence identity. Heterologously expressed BPS was a
homodimer with a subunit molecular mass of 42.8 kDa. Its preferred
starter substrate was benzoyl-CoA that was stepwise condensed with three
malonyl-CoAs to give 2,4,6-trihydroxybenzophenone. BPS did not accept
activated cinnamic acids as starter molecules. In contrast, recombinant
chalcone synthase (CHS; EC 2.3.1.74) from the same cell cultures
preferentially used 4-coumaroyl-CoA and also converted CoA esters of
benzoic acids. The enzyme shared 60.1% amino acid sequence identity with
BPS. In a phylogenetic tree, the two PKSs occurred in different clusters.
One cluster was formed by CHSs including the one from H. androsaemum.
BPS grouped together with the PKSs that functionally differ from CHS.
Site-directed mutagenesis of amino acids shaping the initiation/elongation
cavity of CHS yielded a triple mutant (L263M/F265Y/S338G) that preferred
benzoyl-CoA over 4-coumaroyl-CoA.
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-
Eckermann, S., Schröder, G.,
Schmidt, J., Strack, D., Edrada, R.A., Helariutta, Y., Elomaa, P.,
Kotilainen, M., Kilpeläinen, I., Proksch, P., Teeri, T.H. and Schröder,
J.: New pathway to polyketides in plants. Nature (London) 396, 387-390
(1998).
The repertoire
of secondary metabolism (involving the production of compounds not
essential for growth) in the plant kingdom is enormous, but the genetic
and functional basis for this diversity is hard to analyse as many of
the biosynthetic enzymes are unknown. We have now identified a key
enzyme in the ornamental plant Gerbera hybrida (Asteraceae)
that participates in the biosynthesis of compounds that contribute to
insect and pathogen resistance. Plants transformed with an antisense
construct of
gchs2, a complementary DNA encoding a previously unknown function,
completely lack the pyrone derivatives gerberin and parasorboside. The
recombinant plant protein catalyses the principal reaction in the
biosynthesis of these derivatives: GCHS2 is a polyketide synthase that
uses acetyl-CoA and two condensation reactions with malonyl-CoA to form
the pyrone backbone of the natural products. The enzyme also accepts
benzoyl-CoA to synthesize the backbone of substances that have become of
interest as inhibitors of the HIV-1 protease. GCHS2 is related to
chalcone synthase (CHS) and its properties define a new class of
function in the protein superfamily. It appears that CHS-related enzymes
are involved in the biosynthesis of a much larger range of plant
products than was previously realized.
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-
Abd El-Mawla, A. M. A., Beerhues, L., 2002. Benzoic
acid biosynthesis in cell cultures of Hypericum androsaemum. Planta
214, 727-733.
Biosynthesis of benzoic acid from cinnamic acid has been studied in cell
cultures of Hypericum androsaemum L. The mechanism underlying
side-chain shortening is CoA-dependent and non-beta-oxidative. The
enzymes involved are cinnamate:CoA ligase, cinnamoyl-CoA hydratase/lyase
and benzaldehyde dehydrogenase. Cinnamate:CoA ligase was separated from
benzoate:CoA ligase and 4-coumarate:CoA ligase, which belong to xanthone
biosynthesis and general phenylpropanoid metabolism, respectively.
Cinnamoyl-CoA hydratase/lyase catalyzes hydration and cleavage of
cinnamoyl-CoA to benzaldehyde and acetyl-CoA. Benzaldehyde dehydrogenase
finally supplies benzoic acid. In cell cultures of H. androsaemum,
benzoic acid is a precursor of xanthones, which accumulate during cell
culture growth and after methyl jasmonate treatment. Both the
constitutive and the induced accumulations of xanthones were preceded by
increases in the activities of all benzoic acid biosynthetic enzymes.
Similar changes in activity were observed for phenylalanine
ammonia-lyase and the xanthone biosynthetic enzymes benzoate:CoA ligase
and benzophenone synthase.
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-
Abd El-Mawla,
A. M. A., Schmidt, W., Beerhues, L., 2001.
Cinnamic acid is a
precursor of benzoic acids in cell cultures of Hypericum androsaemum
L. but not in cell cultures of Centaurium erythraea RAFN. Planta
212, 288-293.
Benzoic acids are precursors of xanthone biosynthesis which has been
studied in cell cultures of Hypericum androsaemum (Hypericaceae)
and Centaurium erythraea (Gentianaceae). In both cell cultures,
methyl jasmonate induces the Intracellular accumulation of a new
xanthone. Under these inductive conditions, feeding experiments were
performed with [7-C-14]3-phenylalanine, [7-C-14]benzoic acid and
[7-C-14]3-hydroxybenzoic acid. All three precursors were efficiently
incorporated into the elicited xanthone in H. androsaemum,
whereas 3-hydroxybenzoic acid was the only precursor to be incorporated
into xanthones in C. erythraea. In addition, an appreciable
increase in phenylalanine ammonia-lyase activity occurred only in
methyl-jasmonate-treated cell cultures of H. androsaemum. Benzoic
acids thus appear to be formed by different pathways in the two cell
cultures studied. In H. androsaemum, benzoic acid is derived from
cinnamic acid by side-chain degradation. In C. erythraea
3-hydroxybenzoic acid appears to originate directly from the shikimate
pathway.
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-
Beerhues, L., 1996. Benzophenone synthase from
cultured cells of Centaurium erythraea.
FEBS Letters 383, 264-266.
A
central step in xanthone biosynthesis is the formation of the C-13
skeleton, i.e. an intermediate benzophenone. Biosynthesis of
2,3',4,6-tetrahydroxybenzophenone from m-hydroxybenzoyl-CoA and
malonyl-CoA was shown in cell-free extracts from cultured cells of
Centaurium erythraea. The enzyme catalyzing this reaction was named
benzophenone synthase.
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-
Gronquist, M., Bezzerides, A., Attygalle, A.,
Meinwald, J., Eisner, M., Eisner, T., 2001. Attractive and defensive
functions of the ultraviolet pigments of a flower (Hypericum calycinum).
Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of
America 98, 13745-13750.
The
flower of Hypericum calycinum, which appears uniformly yellow to
humans, bears a UV pattern, presumably visible to insects. Two
categories of pigments, flavonoids and dearomatized isoprenylated
phloroglucinols (DIPs), are responsible for the UV demarcations of this
flower. Flavonoids had been shown previously to function as floral UV
pigments, but DIPs had not been demonstrated to serve in that capacity.
We found the DIPs to be present in high concentration in the anthers and
ovarian wall of the flower, suggesting that the compounds also serve in
defense. Indeed, feeding tests done with one of the DIPs (hypercalin A)
showed the compound to be deterrent and toxic to a caterpillar (Utetheisa
ornatrix). The possibility that floral UV pigments fulfill both a
visual and a defensive function had not previously been contemplated.
DIPs may also serve for protection of female reproductive structures in
other plants, for example in hops (Humulus lupulus). The DIPs of
hops are put to human use as bitter flavoring agents and preservatives
in beer.
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-
Hrazdina, G., Kreuzaler,
F., Hahlbrock, K., Grisebach, H., 1976. Substrate
specificity of flavanone synthase from cell suspension cultures of parsley and
structure of release products in vitro. Archives of Biochemistry and
Biophysics 175, 392-399.
The substrate specificity of
an extensively purified flavanone synthase from light-induced cell
suspension cultures of Petroselinum hortense was investigated.
p-Coumaroyl-CoA was found to be the only efficient substrate for flavanone
synthesis, producing naringenin (5,7,4'-trihydroxyflavanone). Besides
4-hydroxy-6[4-hydroxystyryl]2-pyrone (F. Kreuzaler and K. Hahlbrock (1975)
Arch. Biochem. Biophys. 169, 84-90) two further release products of the
synthase reaction in vitro were identified as
4-hydroxy-5,6-dihydro-6(4-hydroxyphenyl)2-pyrone and p-hydroxybenzalacetone.
The apparent Km values for malonyl-CoA and p-coumaroyl-CoA in the reaction
leading to naringenin, and for p-coumaroyl-CoA in the reaction leading to
the styrylpyrone derivative were 35, 1.6, and 2.6 µM, respectively. With
caffeoyl-CoA as substrate only a very small amount of eriodictyol
(5,7,3',4'-tetrahydroxyflavanone) was formed besides relatively large
amounts of the corresponding styrylpyrone, dihydropyrone, and benzalacetone
derivatives. No flavanone formation was observed with feruloyl-CoA as
substrate, but again appreciable amounts of the three types of short-chain
release products were formed. No reaction at all took place with
cinnamoyl-CoA, p-methoxycinnamoyl-CoA, isoferuloyl-CoA, or
p-hydroxybenzoyl-CoA. None of the styrylpyrone, dihydropyrone, and
benzalacetone derivatives has been detected in the cell cultures in vivo.
The present results suggest that naringenin is the only natural product of
the synthase reaction and that further substitution in the B-ring of the
flavonoids occurs in parsley at or after the flavanone stage. The nature of
the smaller release products is consistent with the assumption of a stepwise
addition of acetate units from malonyl-CoA to the acyl moiety of the starter
molecule, p-coumaroyl-CoA.
Note:
The enzyme was first labelled as 'flavanone synthase', because the chalcone was so quickly converted in a non-enzymatic reaction to the flavanone that it was not detectable as the initial product. That was corrected a few years later with improved techniques
(see reference below), but the wrong name was used in the publications up to
that time:
Heller, W., Hahlbrock, K., 1980. Highly purified "flavanone synthase" from parsley catalyzes the formation of naringenin chalcone. Archives of Biochemistry and Biophysics 200, 617-619
(mehr...).
Zurück
-
Peters, S., Schmidt, W., Beerhues, L., 1998.
Regioselective
oxidative phenol coupling of 2,3',4,6-tetrahydroxybenzophenone in cell
cultures of Centaurium erythraea RAFN and Hypericum androsaemum
L. Planta 204, 64-69.
A
crucial step in plant xanthone biosynthesis is the cyclization of an
inter-mediate benzophenone to a xanthone. In cultured cells of
Centaurium erythraea RAFN, 2,3',4,6-tetrahydroxybenzophenone (THBP)
was shown to be intramolecularly coupled to 1,3, 5-trihydroxyxanthone,
whereas in cell cultures of Hypericum androsaemum L. it was
coupled to form the isomeric 1,3,7- trihydroxyxanthone. These
regioselective cyclizations that occur ortho and para, respectively, to
the 3'-hydroxy group of the benzophenone depend on cytochrome P-450, as
shown by the effectiveness of established P-450 inhibitors and
blue-light- reversible carbon monoxide inhibition. Furthermehr, the
reactions absolutely require NADPH and O2. The underlying reaction
mechanism is probably an oxidative phenol coupling that is catalyzed
regioselectively by xanthone synthases. These enzymes are proposed to be
cytochrome P450 oxidases. The intramolecular cyclizations of THBP to
1,3,5- and 1,3,7-trihydroxyxanthones catalyzed by the two xanthone
synthases represent an important branch point in the plant xanthone
biosynthetic pathway.
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-
Schmidt, W., Beerhues, L., 1997. Alternative
pathway of xanthone biosynthesis in cell cultures of Hypericum
androsaemum L. FEBS Letters 420, 143-146.
The
biosynthesis of xanthones was studied in cell cultures of Hypericum
androsaemum L. We have detected a new benzophenone synthase, for
which the preferred substrate is benzoyl-CoA, itself supplied by
3-hydroxybenzoate:coenzyme A ligase. The stepwise condensation of
benzoyl-CoA with three molecules of malonyl-CoA, catalyzed by
benzophenone synthase, yields 2,4,6- trihydroxybenzophenone. This
intermediate is subsequently converted by benzophenone 3'-hydroxylase, a
cytochrome P450 monooxygenase. These biosynthetic steps, leading to the
formation of 2,3',4,6-tetrahydroxybenzophenone, represent an alternative
pathway to that recently proposed for cell cultures of Centaurium
erythraea (Peters et al., Planta, 1998).
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-
Sultanbawa, M. U. S., 1980. Xanthonoids of
tropical plants.
Tetrahedron 36, 1465-1506.
No Abstract available.
Zurück zum Text
-
Wang, C.-Z., Maier, U. H., Keil, M., Zenk, M. H.,
Bacher, A., Rohdich, F., Eisenreich, W., 2003.
Phenylalanine-independent biosynthesis of 1,3,5,8-tetrahydroxyxanthone. A
retrobiosynthetic NMR study with root cultures of Swertia chirata.
European Journal of Biochemistry 270, 2950-2958.
Root
cultures of Swertia chirata (Gentianaceae) were grown with
supplements of [1-13C]glucose, [U-13C6]glucose or [carboxy-13C]shikimic
acid. 1,3,5,8-Tetrahydroxyxanthone was isolated and analysed by
quantitative NMR analysis. The observed isotopomer distribution shows
that 1,3,5,8-tetrahydroxyxanthone is biosynthesized via a
polyketide-type pathway. The starter unit, 3-hydroxybenzoyl-CoA, is
obtained from an early shikimate pathway intermediate. Phenylalanine,
cinnamic acid and benzoic acid were ruled out as intermediates.
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CHS-Typ Ring-Faltung, aber andere Substrate
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