Biosynthese Terpene

Den Terpenen ist gemeinsam, dass sie sich auf das Gerüst des ungesättigten Kohlenwasserstoffs Isopren zurückführen lassen. Ein zentraler Baustein der Biosynthese von Terpenen ist das Dimethylallylpyrophosphat (DMAPP) und sein Doppelbindungsisomer Isopentenylpyrophosphat (IPP). Beide Bausteine enthalten fünf Kohlenstoff-Atome und eine Doppelbindung und können als aktiviertes Isopren aufgefasst werden. Der von F. Lynen und K. Bloch vorgestellte Biosyntheseweg geht von Acetyl-CoA als ursprünglichen Baustein aus, welches zur Mevalonsäure umgesetzt wird. Aus der Mevalonsäure werden dann die Bausteine DMAPP und IPP synthetisiert.

Ein erst in jüngerer Zeit gefundener alternativer Biosyntheseweg, der sogenannte MEP (2C-Methyl-D-erythritol-4P)-pathway geht von einem Zucker-Derivat als C-5 Baustein aus. Dieser Weg wurde jedoch bisher nur in einigen Mikroorganismen, in grünen Algen und Pflanzen beobachtet. Beide Wege finden unabhängig voneinander statt.

Der Mevalonatbiosyntheseweg ist im Cytosol lokalisiert und der MEP-Biosyntheseweg in den Plastiden (Chloroplast, Leukoplast etc.). Der Austausch zwischen Substraten der beiden Stoffwechselwege ist minimal. Alle Mono- und Diterpene werden in den Plastiden synthetisiert und alle Sesquiterpene im Cytosol.

Die Farnesylpyrophosphatsynthase verknüpft ein Molekül DMAPP und zwei Moleküle IPP zum Farnesylpyrophosphat (FPP), das das Grundgerüst der cytosolischen Sesquiterpene ist. Aus zwei Einheiten Farnesylphosphat entsteht das Squalen (Squalensynthase), das Grundgerüst der Triterpene. Die plastidäre Geranylgeranylpyrophosphatsynthase verknüpft ein Molekül DMAPP mit drei Molekülen IPP zum Geranylgeranylpyrophosphat (GGPP), dem Grundgerüst der Diterpene. GGPP kann wiederum zum 16-trans-Phytoen reagieren, dem Grundgerüst der Tetraterpene. Jedes Terpen wird so über die Biosynthese dargestellt, indem die Schlüsselenzyme in der Terpenbiosynthese, die Terpensynthasen, diese Grundgerüste in die jeweiligen Terpene umwandeln.