Lexikon der Biochemie: Cumarine
Cumarine, Lactone von cis-2-Hydroxyzimtsäurederivaten, die in Pflanzen weit verbreitet sind, z.B. in Umbelliferen und Rutaceen. Der Lactonring kann durch alkalische Behandlung geöffnet werden, wobei cis-2-Hydroxyzimtsäuren entstehen, die in Säure spontan rezyklieren. Die meisten C. sind formale Derivate des Umbelliferons, d.h. sie tragen eine OH-Gruppe an C7. Einige besitzen auch eine zweite OH-Gruppe (oder Alkoxygruppe) an C5 oder seltener an C4. Cumarin selbst (2H-1-Benzopyran-2-on; 1,2-Benzopyron; cis-2-Cumarinsäurelacton; o-Hydroxyzimtsäurelacton) ist eine angenehm riechende Verbindung.
Biosynthese. C. sind Produkte des Shikimisäurewegs der Aromatenbiosynthese. Die Schlüsselzwischenverbindung ist die trans-Zimtsäure, die entweder in C. selbst umgewandelt werden kann oder – als Auftakt für die Synthese anderer C. – in der para-Position hydroxyliert wird (Abb.). Die in geeigneter Weise substituierte trans-Zimtsäurevorstufe wird dann in der ortho-Position hydroxyliert. Die Glycosylierung dieser Hydroxylgruppe ist möglicherweise wichtig für die nachfolgende trans-cis-Isomerisierung der Seitenkette, da starke intramolekulare Wasserstoffbrückenbindungen zwischen der Carboxylgruppe und der 2-Hydroxylgruppe des Glucoserestes nur in der cis-Form der 2-Glucosyloxyzimtsäure möglich sind. Es gibt Anzeichen für die Existenz einer Isomerase, jedoch unterliegt die Isomerisierung wahrscheinlich großenteils einer Photokatalyse. Die Zimtsäure-4-Hydroxylase, die in der mikrosomalen Fraktion verwundeter Zellen vorhanden ist, wandelt trans-Zimtsäure in p-Cumarinsäure um, während die ortho-Hydroxylierung durch ein Chloroplastenenzym katalysiert und durch NADPH und 2-Amino-4-hydroxy-6,7-dimethyl-5,6,7,8-tetrahydrobiopteridin stimuliert wird. C. selbst und 7-hydroxyliertes C. kommen selten gleichzeitig in derselben Pflanze vor, d.h. normalerweise wird 7-hydroxyliertes C. synthetisiert, außer wenn das Membransystem, das die para-Hydroxylierung der trans-Zimtsäure katalysiert, abwesend oder von geringer Aktivität ist.
Freies C. kommt in gesundem Pflanzengewebe in nicht signifikanten Mengen vor. Wenn Pflanzenzellen beschädigt werden oder die Pflanze welkt, entfernen spezifische Glucosidasen Glucose aus den 2-Glucosyloxy-cis-Zimtsäurevorstufen, die dann spontan zu C. zyklisieren. Einige C. können auch als Glucoside gespeichert werden, sofern eine Hydroxylgruppe für die Glucoseanlagerung verfügbar ist.
Cumarine. Biosynthese der Cumarine. Trans-Zimtsäure wird durch Zimtsäure-4-Hydroxylase in 4-Cumarinsäure umgewandelt. Wenn die Pflanze beschädigt wird, erfolgt nach Abspaltung der 2-Glucosylgruppe durch eine spezifische Glucosidase eine spontane Zyklisierung zum Cumarinringsystem.
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