BiomolekülemmmmmIsoprenoide
Aktivierte Essigsäure als Grundbaustein der Lipide
Obwohl die im pflanzlichen und tierischen Organismus vorkommenden Lipide in vielen verschiedenen Formen auftreten, hängen sie doch biogenetisch eng zusammen: alle Lipide entstehen aus Acetyl-CoA, der "aktivierten Essigsäure".
1. Vom Acetyl-CoA führt ein Hauptweg zu den aktivierten Fettsäuren,. Daraus werden dann Fette, Phospholipide und Glycolipide aufgebaut und besondere Fettsäure-Derivate gebildet. In Tieren und den meisten Pflanzen herrscht dieser Weg mengenmäßig vor.
2. Der zweite Weg führt vom Acetyl-CoA zu Isopentenyl-diphosphat, dem "aktivierten Isopren", welches der Grundbaustein der Isoprenoide ist. Seine Biosynthese wird im Zusammenhang mit der Biosynthese des Isoprenoids Cheolesterol besprochen.
Isoprenoide leiten sich von einem gemeinsamen Baustein ab, dem Isopren (2-Methyl-1,3-butadien), einer methylverzeweigten Verbindung mit fünf C-Atomen. Aktiviertes Isopren, das Isopentenyl-diphosphat, wird von Pflanzen und Tieren zur Biosynthese von kettenförmigen und cyclischen Oligo- und Polymeren verwendet.
Vm aktiven Isopren führt der Stoffwechselweg durch Dimerisierung zu aktivem Geraniol und weiter zu aktivem Farnesol. Hier verzweigt sich die Biosynthese der Isoprenoide. Eine weitere Verlängerung des Farnesols führt zu Ketten mit wachsender Zahl an Isopren-Einheiten, zu Phytol, Dolichol und schließlich auch zu Kautschuk. Dagen leitet eine "Kopf-an-Kopf"-Verknüpfung des Farnesols zum Squalen über, das durch Cyclisierung zu Cholesterol und weiter zu den anderen Steroiden umgewandelt werden kann.
Die Fähigkeit, bestimmte Isoprenoide zu bilden, ist meist auf wenige Pflanzen- oder Tierarten beschränkt. So wird Kautschuk nur von einigen Pflanzenarten gebildet, darunter dem Gummibaum (hevea brasiliensis). Einige Isoprenoide, die der tierischen Organismus für den Stoffwechsel benötigt aber nicht selbst aufbauen kann, sind Vitamine: Vitamin A, D, E und K gehören zu dieser Gruppe. Wegen seiner strukturellen und funktionellen Verwandschaft mit den Steroidhormonen wird Vitamin D heute allerdings meist den Hormonen zugeordnet.
Der Isopren-Stoffwechsel von Pflanzen ist sehr vielfältig. Sie können aus Isopren viele Arten von Duftstoffen und ätherischen Ölen aufbauen. Als Beispiele sind Menthol, Campher und Citronellol erwähnenswert. Diese C10-Verbindungen werden als Terpene klassifiziert. Analog kann man dann Verbindungen aus drei Isopren-Einheiten als Sesquiterpene bezeichnen und Steroide als Triterpene.
Isoprenoide mit Hormon und Signalfunktion bilden eine wichtige Gruppe: Dazu gehören Steroidhormone und Retinnoat (Retinsäure) in Wirbeltieren, sowie die Juvenilhormone in Arthropoden. Auch eingie Pflanzenhormone zählen zuden Isoprenoiden, z.B. die Cytokine, Abscisinsäure und Brassinostoroide.
Die Isopren-Kette wird manchmal als Lipid-Anker benutzt, um Moleküle an eine Membran zu fixieren. Coenzyme mit Isoprenoid-Anker unterschiedlicher Länge sind das Ubichinon (Coenzym Q), Plastochinon und Menachinon (Vitamin K2). Chlorophyll trägt ebenfalls einen Lipidanker, einen Phytyl-Rest. Auch Proteine können durch Isoprenylierung an Membranen geheftet werden.
In einigen Fällen wird der Isopren-Baustein als Element benutzt, um Moleküle chemisch abzuwandeln. Als Beispiel sei das N6-Isopentenyl-AMP erwähnt, das als modifizierte Base in tRNA vorkommt.