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modification: 11. Mar. 2009)
Die Biosynthese des Gerberin-Aglycons durch 2-Pyron-Synthase (2PS) Zitat: Eckermann et al. (1998) Zur Zeit der Entdeckung war dies die Identifizierung einer ganz neuen Funktion in der Familie der CHS-verwandten Proteine: Eine Typ III PKS, welche Acetyl-CoA als Starter verwendete, zwei Kondensationen durchführte, und ein Pyron freisetzte. Die Reaktion ist unten dargestellt. Eine der zunächst sehr verwirrenden Eigenschaften des Enzyms war, dass es Malonyl-CoA zu Acetyl-CoA decarboxylieren kann, und sich damit sein eigenes Substrat aus dem Kettenverlängerer synthetisiert. Warum war das verwirrend? Eine der typischen Negativ-Kontrollen bei diesen Ansätzen ist das Weglassen des Starter-CoA Esters; dann sollte nichts Wesentliches passieren. Wenn man das aber in einem solchen Fall macht, bekommt man trotzdem hohe Enzymaktivitäten: Das Enzym macht sich einfach das Substrat selbst. Untersuchungen mit anderen Typ III PKS zeigten später (siehe Eckermann et al., 2003), dass praktisch alle Malonyl-CoA decarboxylieren können, aber üblicherweise merkt man das nicht, weil Acetyl-CoA in den meisten Fällen kein oder nur ein sehr schlechtes Substrat ist. Arbeiten in den letzten Jahren zeigten jedoch, dass es eine ganze Reihe von anderen Pflanzen Typ III PKS gibt, die Acetyl-CoA/Malonyl-CoA als physiologische Starter verwenden. Interessanterweise sind es meistens (vielleicht immer?) Enzyme, die vier, fünf, sechs, oder sogar sieben
(a, b) Kondensationen durchführen! Acetyl-CoA und/oder Malonyl-CoA sind auch typische Starter bei Typ III PKS in Bakterien:
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 Typ III PKS in der Biosynthese von Gerberin and Parasorbosid, über das Intermediat Triacetsäure-Lacton (ein Pyron).
Das Protein ist eine Pyronesynthase, die Acetyl-CoA als Starter verwendet und zwei Kondensationen durchführt. Das Enzym decarboxyliert auch Malonyl-CoA zum Acetyl-CoA, und macht sich damit sein eigenes Starter-Substrat. Und noch ein Aspekt: Die 2PS ist nicht nur aktiv mit Acetyl-CoA, sondern auch mit vielen anderen kleinen hydrophoben CoA-Estern, z.B. Benzoyl-CoA. Damit synthetisiert sie das Rückgrat von Molekülen, die von medizinischem Interesse sein können:
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Zitate 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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Eckermann, C., Schröder, G., Eckermann, S., Strack, D., Schmidt, J., Schneider, B., and Schröder, J.: Stilbenecarboxylate biosynthesis: a new function in the family of chalcone synthase-related proteins. Phytochemistry 62, 271-286 (2003).
Chalcone (CHS), stilbene (STS) synthases, and related proteins are key enzymes in the biosynthesis of many secondary plant products. Precursor feeding studies and mechanistic rationalization suggest that stilbenecarboxylates might also be synthesized by plant type III polyketide synthases; however, the enzyme activity leading to retention of the carboxyl moiety in a stilbene backbone has not yet been demonstrated. Hydrangea macrophylla L. (Garden Hortensia) contains stilbenecarboxylates (hydrangeic acid and lunularic acid) that are derived from 4-coumaroyl and dihydro-4-coumaroyl starter residues, respectively. We used homology-based techniques to clone CHS-related sequences, and the enzyme functions were investigated with recombinant proteins. Sequences for two proteins were obtained. One was identified as CHS. The other shared 65-70% identity with CHSs and other family members. The purified recombinant protein had stilbenecarboxylate synthase (STCS) activity with dihydro-4-coumaroyl-CoA, but not with 4-coumaroyl-CoA or other substrates. We propose that the enzyme is involved in the biosynthesis of lunularic acid. It is the first example of a STS-type reaction that does not lose the terminal carboxyl group during the ring folding to the end product. Comparisons with CHS, STS, and a pyrone synthase showed that it is the only enzyme exerting a tight control over decarboxylation reactions. The protein contains unusual residues in positions highly conserved in other CHS-related proteins, and mutagenesis studies suggest that they are important for the structure or/and the catalytic activity. The formation of the natural products in vivo requires a reducing step, and we discuss the possibility that the absence of a reductase in the in vitro reactions may be responsible for the failure to obtain stilbenecarboxylates from substrates like 4-coumaroyl-CoA.
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