Elucidation of the biosynthesis of ephedra alkaloids

Abstract: Ephedra-Alkaloide weisen einige der grundlegendsten Strukturen von Alkaloiden auf. Obwohl sie für den menschlichen Gebrauch wichtig sind und kommerzielle Bedeutung haben, ist die Biosynthese von Ephedra Alkaloiden nicht vollständig aufgeklärt. Neue Naturstoffe wurden in Pflanzen wie Ephedra sinica entdeckt, die möglicherweise an der Biosynthese von Ephedra-Alkaloiden beteiligt sind. Darüber hinaus haben neuere Studien einen alternativen Weg für die Bildung von (S)-Cathinon [(S)-1] aufgezeigt, der das Zwischenprodukt 1-Phenylpropan-1,2-dion (24) umgeht, das von Hagel et al. vorgeschlagen wurde und in der Literatur den dominierenden Weg darstellt.
In dieser Arbeit wird eine Methode zur Analyse der Enantiomere und Diastereomere von Ephedra-Alkaloiden in verschiedenen Pflanzenproben mittels HPLC-MS/MS genutzt. Methylcathinon (5) war in allen Proben von Ephedra-Arten detektierbar, die auch andere Ephedra Alkaloide enthielten und es wurden Hinweise auf die Präsenz von Dimethylcathinon (6) gefunden. Dies weist auf die Notwendigkeit weiterer Untersuchungen von 5 und 6 bezüglich ihrer Beteiligung an der Ephedra-Alkaloid-Biosynthese hin. (1S,2S)-Pseudoephedrin [(1S,2S)-3] wurde als Naturprodukt in Aconitum napellus, Hamelia patens und Pinellia ternata nachgewiesen. Des Weiteren wurde Arabidopsis thaliana als neuer Organismus identifiziert, der die Ephedra Alkaloide (1S,2S)-3 und (1R,2S)-3 aufweist, was ihn zu einem potenziell vielversprechenden Kandidaten für weitere Bioinformatik- und Laborstudien macht. Im Gegensatz zur Literatur, die ausschließlich über die Anwesenheit von (2S) konfigurierten Ephedra Alkaloiden in Ephedra-Arten berichtet,[7,8] wurde in dieser Arbeit festgestellt, dass (R)-1 in allen analysierten Pflanzenproben vorhanden war, mit einem enantiomeren Überschuss von (S)-1 zwischen 52-92%. Außerdem wurden in verschiedenen Ephedra-Arten Spuren von (1S,2R)-Norephedrin [(1S,2R)-2] nachgewiesen. Dies wirft ein neues Licht auf die mutmaßliche Beteiligung von (2R)-konfigurierten Ephedra Alkaloiden an der Biosynthese.
Die Beteiligung einer alpha-Oxoamin-Synthase (OAS) wurde untersucht in der Biosynthese von Ephedra Alkaloiden. Dafür wurde ein Assay entwickelt, um die PLP abhängige OAS Aktivität in Pflanzen zu testen. Im Lysat von jungem Stammgewebe von Ephedra Arten wurde die Bildung von (S) 1 nachgewiesen. Die Deuterium-Markierung von [2,3,3,3-D4]-L-Alanin [[2,3,3,3 D4]-23] wurde in [3,3,3-D3]-(S)-1 eingebaut und die Stickstoff-Markierung von 15N-23 in 15N-(S)-1. Das Lysat von jungen Catha edulis Blättern zeigte ebenfalls die Bildung von jeweils markiertem und unmarkiertem (S)-1. Der Einbau des markierten Stickstoffs in 1 unterstützt die Hypothese, dass eine OAS die Bildung von 1 katalysiert und das Dion 24 deshalb nicht als Zwischenprodukt entsteht. Die vorgeschlagenen Biosynthesewege für die Bildung von Ephedra Alkaloiden in Ephedra Arten bzw. Catha edulis sind basierend auf den Ergebnissen dieser Arbeit weiter ausgeführt.
Insgesamt bieten die Ergebnisse dieser Arbeit einen tieferen Einblick in das Vorkommen von Ephedra Alkaloiden in verschiedenen Pflanzen. Darüber hinaus zeigen sie eine neue PLP abhängige enzymatische Aktivität in Ephedra Alkaloid-produzierenden Ephedra Arten und in Catha edulis. Diese Aktivität ist vermutlich an der Biosynthese von Ephedra Alkaloiden beteiligt, indem sie die Carboligierung von Benzoyl-CoA (22) und L-Alanin (23) zur Bildung von (S)-1 katalysiert. Der Fortschritt dieser Arbeit wird dazu beitragen, die Biosynthese von Ephedra Alkaloiden in Pflanzen und anderen Organismen aufzuklären und den Fokus zukünftiger Studien auf PLP abhängige OASs auszuweiten

Angaben zum Objekt

• Standort: Deutsche Nationalbibliothek Frankfurt am Main
• Umfang: Online-Ressource
• Sprache: Englisch
• Anmerkungen: Universität Freiburg, Dissertation, 2024

Klassifikation und Themen

• Schlagwort: Biosynthese ; Strukturaufklärung ; Alkaloide ; Biosynthese ; Ephedrin ; Pyridoxalphosphat

Beteiligte, Orts- und Zeitangaben

• Ereignis: Veröffentlichung
• (wo): Freiburg
• (wer): Universität
• (wann): 2024
• Urheber: Witte, Karina
• Beteiligte Personen und Organisationen: Müller, Michael ; Müller, Michael ; Kümmerer, Klaus ; Albert-Ludwigs-Universität Freiburg. Institut für Pharmazeutische Wissenschaften ; Albert-Ludwigs-Universität Freiburg. Fakultät für Chemie und Pharmazie

Weitere Informationen

• DOI: 10.6094/UNIFR/249830
• URN: urn:nbn:de:bsz:25-freidok-2498306
• Rechteinformation: Open Access; Der Zugriff auf das Objekt ist unbeschränkt möglich.
• Letzte Aktualisierung: 25.03.2025, 13:44 MEZ