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NaturstoffthernleMikrobielle, pflanzliche
und tierische Naturstoffe
vonProf. Dr. sc. nat . Peter Nuhn
Halle/Saale
1. Einleitung 2 0
1 .1 .
Entwicklung der Naturstoffchemie 2 0
1 .2 .
Verbreitung der Naturstoffe 2 3
1 .3 .
Biologische Wirkungen von Naturstoffen 2 5
1 .4 .
Isolierungs- und Trennmethoden 3 1
1 .5 .
Methoden der Strukturaufklärung 3 7
1 .6 .
Molekulare Evolution 4 61 .6 .1 .
Chemische Evolution 4 81 .6 .2 .
Biochemische Evolution 5 1
1 .7 .
Synthesen 551 .7 .1 .
Biosynthesen 551 .7 .2 .
Chemische Synthesen 581 .7 .3 .
Biotechnologische Verfahren 621 .7 .4 .
Bioorganische Photochemie 64
Grundbausteine der Organisme n
2. Aminosäuren, Peptide und Proteine 6 7
2 .1 .
Aminosäuren 672.1 .1 .
Struktur 672 .1 .2 .
Nomenklatur 6 92 .1 .3 .
Vorkommen 7 02 .1 .4 .
Synthesen 7 22 .1 .4 .1 . Biosynthesen 7 22 .1 .4 .2 . Chemische Synthesen 7 3
2 .2 .
Peptide und Proteine 7 62 .2 .1 .
Peptidbindung 7 62 .2.2 .
Nomenklatur 7 7
2 .3 .
Chemische Eigenschaften und Analytik 7 82 .3 .1 .
Reaktionen funktioneller Gruppen der Aminosäuren 7 82 .3 .1 .1 . Reaktionen der Aminogruppe 7 92 .3 .1 .2 . Reaktionen der Carboxylgruppe 8 12 .3 .1 .3 . Reaktionen weiterer funktioneller Gruppen 81
2 .3 .2.
Spaltung der Peptidbindung 8 62 .3 .2 .1 . Nicht-enzymatische Methoden 8 62 .3 .2 .2 . Enzymatische Methoden 8 72 .3 .3 .
Analytik 8 8
2 .4 .
Strukturebenen der Proteine 8 92 .4 .1 .
Primärstruktur 9 02 .4 .1 .1 . Aminosäureanalyse 9 02 .4 .1 .2 . Endgruppenbestimmung 9 02 .4 .1 .3 . Sequenzanalyse 9 12 .4 .2 .
Sekundärstrukturen 942 .4 .2 .1 . Helixstrukturen 9 62 .4 .2 .2 . Faltblattstrukturen 9 82 .4 .3 .
Tertiär- und Quartärstrukturen 9 9
2 .5 .
Physikalisch-chemische Eigenschaften 10 12 .5 .1 .
Ampholyteharakter 10 12 .5 .2 .
Löslichkeit 1022 .5 .3 .
Hydratation 1042 .5 .4 .
Denaturierung 10 42 .5 .5 .
Spektroskopie 105
2 .6 .
Biologisch aktive Peptide und Proteine 1062 .6 .1 .
Enzyme 1082 .6 .1 .1 . Klassifizierung 1082 .6 .1 .2 . Bau der Enzyme 1082 .6 .1 .3 . Mechanismus der Enzymkatalyse 11 22 .6 .1 .4 . Enzyminhibitoren 11 42 .6 .1 .5 . Trägergebundene Enzyme 11 62 .6 .2 .
Immunoglobuline 11 72 .6 .3 .
Lectine 12 02 .6 .4 .
Toxine 1222 .6 .4 .1 . Schlangengifte 1222 .6 .4 .2 . Bienengift 1222 .6 .4 .3 . Gifte des Grünen Knollenblätterpilzes 1232 .6 .4 .4 . Bakterielle Toxine 12 5
2 .7 .
Skleroproteine 12 52 .7 .1 .
Kollagengruppe 12 62 .7 .2 .
Keratine 12 72 .7 .3 .
Fibrilläre Proteine der Muskelzellen 1282 .7 .4 .
Seiden-Fibroin 12 82 .7 .5 .
Fibrinogen-Fibrin 12 9
2 .8 .
Konjugierte Proteine (Proteide) 1302 .8 .1 .
Phosphoproteine 13 02 .8 .2 .
Metalloproteine 13 22 .8 .3 .
Lipoproteine 13 4
2 .9 .
Peptidsynthesen 13 52 .9 .1 .
Totalsynthese von Peptiden 13 52 .9 .1 .1 . Allgemeine Probleme 13 52 .9 .1 .2 . Schutzgruppen 13 62 .9 .1 .3 . Aktivierung der Carboxylgruppe, Methoden zur Knüpfung der Peptidbindung
1392 .9 .1 .4 . Taktik und Strategie 142
2 .9 .1 .5 . Synthese von cyclischen Peptiden 145
2 .9 .1 .6 . Synthese von Polyaminosiiuren und sequentiellen Polypeptiden 14 8
2 .9 .2 .
Chemische Modifizierung von Proteinen 15 0
3 .
Kohlenhydrate 154
3.1 .
Monosaccharide 15 4
3.1 .1 .
Struktur und Vorkommen 15 43.1 .1 .1 . Nomenklatur 15 43.1 .1 .2 . Struktur der Monosaccharide in Lösung 15 63.1 .1 .3 . Vorkommen 15 8
3.1 .2 .
Physikalisch-chemische Eigenschaften der Monosaccharide 16 43.1 .3 .
Reaktionen der Monosaccharide 16 63 .1 .3 .1 . Einwirkung von Basen und Säuren 16 6
3.1 .3 .2 . Ester 16 8
3 .1 .3 .3 . Acetale und Ketale 17 13.1 .3 .4 . Ether 17 23.1 .3 .5 . Intramolekulare Ether (Anhydrozucker) und Acetale (Zuckeranhydride) 17 3
3.1 .3 .6 . Osazone 17 43.1 .3 .7 . Glycoside 17 43 .1 .3 .8 . C-Glycosyl-Verbindungen 18 03.1 .3 .9 . Oxidationsprodukte 18 1
3 .1 .3 .10 . Reduktionsprodukte 18 43 .1 .3 .11 . Nachweis und Bestimmung der Kohlenhydrate 18 53.1 .4 .
Synthesen 18 73.1 .4 .1 . Biosynthesen 18 73.1 .4 .2 . Abiogene Synthese 18 9
3.2 .
Oligo- und Polysaccharide 19 1
3.2 .1 .
Bindungstypen 19 13.2 .2 .
Methoden der Strukturaufklärung 19 13.2 .2 .1 . Fragmentierung nativer Polysaccharide 1933.2 .2 .1 .1 . Chemische Methoden 193
3.2 .2 .1 .2 . Enzymatische Methoden 1933 .2.2 .2 . Fragmentierung selektiv modifizierter Polysaccharide 19 43 .2.2 .2 .1 . Methylierung 19 4
3 .2 .2 .2 .2 . Periodatoxidation 19 53 .2 .2.2 .3 . Substitutionen in 2- und 6-Stellung von Glycopyranosiden 19 83 .2 .3 .
Oligosaccharide 19 93 .2 .4.
Polysaccharide 20 13 .2 .4 .1 . Nomenklatur 20 23 .2 .4 .2. Eigenschaften 20 33 .2 .4 .2 .1 . Chemische Eigenschaften 20 33 .2 .4 .2 .2 . Physikalisch-chemische Eigenschaften 2063 .2 .4 .3 . Homopolysaccharide 209
- 3 .2 .4 .3 .1 . Glucane 2093 .2.4.3 .2 . Galactane 21 5
3 .2 .4.3 .3 . Fructane 21 6.3 .2 .4 .4. Heteropolysaccharide 21 73 .2 .4 .4.1 . Glycane 21 73 .2 .4 .4.2 . Glycuronane 21 73 .2 .4 .4 .3 . Glycanoglycuronane 219
3 .2.4 .5 . Komplexe Polysaccharide 21 93 .2.4 .5 .1 . Kohlenhydrat-Protein-Verbindungen 21 9
. 3 .2.4 .5 .2 . Strukturelemente der bakteriellen Zellwand 22 53 .2 .5 .
Synthesen 23 13 .2 .5 .1 . Biosynthesen 23 13 .2 .5 .2 . Chemische Synthesen 23 2
4. Nucleoside, Nucleotide und Nucleinsäuren 23 6
4.1 .
Bausteine der Nucleinsäuren 23 64 .1 .1 .
Nucleoside 23 64 .1 .1 .1 . Struktur 23 64 .1 .1 .2 . Synthese der Basen 24 04 .1 .1 .3 . Nucleosidsynthesen 24 14 .1 .2.
Mononucleotide 24 34 .1 .2.1 . Struktur 24 34 .1 .2.2 . Biosynthesen und Abbau 24 54 .1 .2.3 . Mononucleotidsynthesen 24 84 .1 .3.
Physikalisch-chemische Eigenschaften 25 04 .1 .3.1 . Tautomerie 25 04 .1 .3 .2 . Dissoziation 2504 .1 .3 .3 . Konformation 25 14 .1 .3 .4 . Elektronenspektren 2534 .1 .3 .5 . Chiroptische Eigenschaften 25 44 .1 .4 .
Chemische Reaktivität 25 54 .1 .4 .1 . Einwirkung elektrophiler Reagentien 25 64 .1 .4 .2 . Einwirkung nucleophiler Reagentien 2584 .1 .4 .3 . Hydrolytische Spaltung der glycosidischen Bindung 26 04.1 .5 .
Oligo- und Polynucleotide 26 14.1 .5 .1 . Allgemeine Struktur und Nomenklatur 26 14.1 .5 .2 . Oligo- und Pölynucleotidsynthesen 262
4.2 .
Nucleinsäuren 2684.2 .1 .
Einführung 2684 .2.2 .
Vorkommen und Primärstruktur der Nucleinsäuren 2694.2 .2 .1 . Desoxyribonucleinsäuren (DNS) 26 94.2 .2 .2 . Ribonucleinsäuren (RNS) 27 14.2 .2 .3 . Virale Nucleinsäuren 27 34.2 .3 .
Methoden der Sequenzanalyse 27 44.2 .3 .1 . Sequenzanalyse der RNS 27 44.2 .3 .2 . Sequenzanalyse der DNS 27 64.2 .4 .
Sekundär- und Tertiärstrukturen 28 04 .2 .4 .1 . DNS-Doppelhelix 28 14.2 .4 .2 . Ribonucleinsäuren 28 44 .2 .5 .
Physikalisch-chemische Eigenschaften 28 7
4 .3 .
Biosynthese der Nucleinsäuren und Proteine 29 0
5. Lipide und Membranen 29 7
5 .1 .
Allgemeine Einführung 29 7
5 .2 .
Fettsäuren 297
5 .2 .1 .
Strukturen und Verbreitung 298
5 .2 .2 .
Physikalisch-chemische Eigenschaften 303
5 .2 .3
Chemische Eigenschaften 304
5 .3 .
Einfache Lipide 307
5 .3 .1 .
Wachse 307
5 .3 .2 .
Fette 308
5 .4 .
Komplexe Lipide 31 1
5 .4 .1 .
Phospholipide 31 1
5 .4 .1 .1 . Glycerophospholipide 31 2
5 .4 .1 .2. Sphingophospholipide 32 2
5 .4 .2 .
Glycolipide 32 3
5 .4 .2 .1 . Glyceroglycolipide 32 35 .4 .2 .2. Sphingoglycolipide 323
5 .4 .2 .3. Glycolipide von Mycobakterien und Corynebakterien 32 7
5 .5 .
Membranen 32 7
5 .5 .1 .
Phospholipid-Aggregate 32 8
5 .5 .2 .
Die biologische Membran 33 0
Essentielle biologisch aktive Verbindungen
6 .
Vitamine, Coenzyme und Tetrapyrrole 335
6.1 .
Allgemeine Einführung 335
6.2 .
Fettlösliche Vitamine 3396 .2 .1 .
Vitamin A - Sehpigmente 339
6 .2 .2 .
Vitamin D 34 3
6 .2 .3 .
Chinone mit isoprenoider Seitenkette 34 56 .2 .3 .1 . Benzochinon-Derivate 34 66.2 .32 . Naphthochinon-Derivate 34 9
6 .3 .
Wasserlösliche Vitamine 35 2
6 .3 .1 .
Vitamin C 35 2
6 .3 .2 .
Vitamin B l - Thiaminpyrophosphat 35 56 .3 .3 .
Liponsäure 35 96 .3 .4.
Pteridin- und Benzopteridin-Derivate 3606 .3.4.1 . Heterocyclische Grundkörper 3606 .3 .4.2 . Folsäure 3636 .3 .4.3 . Vitamin B2 3676 .3 .5 .
Vitamin BB - Pyridoxalphosphat 370
6 .3 .6 .
Pantothensäure - Coenzym A 37 36 .3.7 .
Nicotinsäureamid - Pyridinnucleotide 3756 .3 .8 .
Biotin 37 76 .3 .9 .
Siderochrome 37 9
6 .4 .
Tetrapyrrole 38 1
6 .4 .1 .
Allgemeiner Aufbau der cyclischen Tetrapyrrole 38 16 .4 .2 .
Nomenklatur 38 16 .4 .3.
Synthesen 38 3
6 .4 .4.
Motall-Komplexe (Metalloporphyrine) 38 6
6 .4 .5 .
Eisen-Porphyrin-Komplexe 38 76 .4 .5.1 . Allgemeine Struktur 387
6 .4.5 .2 . Sauerstoffübertragende Hämoproteine 38 86.4 .5 .3 . Elektronenübertragende Hämoproteine 39 16 .4 .6 .
Chlorophylle 3946.4 .7 .
Corrinoide (Vitamin B12 ) 3976 .4 .8 .
Offenkettige Tetrapyrrole 400
7. Interzelluläre Regulationsstoffe 404
7 .1 .
Einleitung 404
7 .2 .
Hormone der Wirbeltiere 4067.2.1 .
Allgemeine Einführung 4067 .2 .2 .
Biogene Amine - Neurotransmitter 41 07 .2 .2 .1 . Acetyleholin 41 17 .2 .2 .2 . Catecholamine 41 47 .2 .2 .3 . Indolylethylamine 41 67 .2 .2 .4 . Histamin 41 77 .2 .3 .
Peptidhormono 41 87 .2 .3 .1 . Strukturelle Zusammenhänge 41 87 .2 .3 .2 . Hypothalamus-Neurohormone 41 97 .2 .3 .3 . Hypophysenvorderlappen-Hormone 42 27 .2 .3 .4 . Endorphine 42 67 .2 .3 .5 . Plazenta-Hormone 42 77 .2 .3 .6 . Hypophysenhinterlappen-Hormone 42 77 .2 .3 .7 . Hormone des Pankreas 43 07 .2 .3 .8 . Hormone der Schilddrüse und der Nebenschilddrüse 43 37.2.3 .9 . Thymushormone 43 57 .2 .3 .10 . Peptidhormone des Magon-Darm-Traktes (gastrointestinale Hormone) 43 57.2 .3 .11 . Weitere Peptide mit hormonähnlicher Wirkung 43 87 .2 .4 .
Steroidhormone 43 97 .2 .5 .
Eicosanoide 447
7.3.
Hormone der Wirbellosen 45 5
7 .4.
Pheromone 45 6
7.5 .
Regulationsstoffe der Pflanzen 45 87 .5 .1 .
Regulationsstoffe niederer Pflanzen 45 87 .5 .2 .
Regulationsstoffe höherer Pflanzen 4607 .5 .2 .1 . Auxine 46 17.5 .2 .2 . Cytokinine 4627.5 .2 .3 . Gibberelline 4637 .5 .2 .4 . Abscisinsäure 4647 .5 .2 .5 . Ethen 46 5
„Sekundäre" Naturstoffe
8. Isoprenoide Verbindungen : Terpene und Steroide 46 6
8 .1 .
Allgemeine Einführung 46 68 .1 .1 .
Ausgangsprodukte der Biosynthese 46 68 .1 .2 .
Bildung acyclischer Precursoren 46 88 .1 .3 .
Intramolekulare Cycloadditionen 46 98 .1 .4.
Umlagerungen von Carbokationen 472
8 .2 .
Terpene 47 58 .2 .1 .
Monoterpene 47 58 .2.2 .
Sesquiterpene 48 18 .2.3 .
Diterpene 48 48 .2.4 .
Sesterterpeno 4858 .2 .5 .
Triterpene ' 4868 .2.6 .
Tetraterpene 4908 .2.7 .
Polyterpene 49 4
8 .3 .
Steroide 49 58 .3.1 .
Nomenklatur 49 58 .3 .2 .
Stereochemio 49 68 .3 .3 .
Natürlich vorkommende Steroide 4988 .3.3 .1 . Sterole 49 88 .3 .3 .2 . Gallensäuren 5018 .3 .3 .3 . Cardenolide und Bufadienolide 5038.3 .3 .3 .1 . Cardenolide 5068 .3.3 .3 .2 . Bufadienolide 5088 .3 .3 .4 . Steroidsaponine ' 51 08 .3 .3 .5 . Steroidalkaloide 51 08 .3 .4 .
Steroidsynthesen 51 38 .3.4.1 . Partialsynthesen 51 38 .3 .4.1 .1 . Chemische Umwandlungen 51 58 .3 .4 .1 .2 . Mikrobiologische Umwandlungen 51 98 .3 .4 .2 . Totalsynthesen 51 9
9.
Aromatische Verbindungen 52 2
9.1 .
Allgemeine Einführung 52 29.1 .1 .
Oxidative Kupplung von Phenolen 52 29 .1 .2 .
Shikimisäure-Weg 52 39 .1 .3 .
Polyketid-Weg 525
9.2 .
Phenylpropan-Derivate 52 79 .2 .1 .
Einfache Phenylpropan-Derivate 52 79 .2 .2 .
Cumarine 52 99.2 .3 .
Lignane 53 09 .2 .4.
Lignin 53 1
9.3 .
Flavanoide 536
9 .4 .
Gerbstoffe 5419 .4 .1 .
Kondensierte Gerbstoffe 5419 .4 .2 .
Hydrolysierbare Gerbstoffe 543
9 .5 .
Polyketide 5449 .5 .1 .
Anthracen-Derivate 5469 .5 .2.
Ergochrome 5489 .5 .3.
Aflatoxine 548
9 .6 .
Cannabinoide 549
9 .7 .
Melanine 550
10. Alkaloide 55 3
10 .1 .
Allgemeine Einführung 55 3
10 .2 .
Biogene Amine, Protoalkaloide 55 710 .2 .1 . Phenylethylamine 55 810 .2 .2. IndolylalkyIamine 55 910 .2 .3 .
Inhaltsstoffe des Fliegenpilzes 56 010 .2 .4.
Colchiein-Gruppe 56 1
10 .3 .
Pyrrolidin-, Piperidin- und Pyridin-Alkaloide 562
10 .4.
Tropan-Alkaloide 56 5
10 .5 .
Pyrrolizidin- und Chinolizidin-Alkaloide . . . .
. 568
10 .6 .
Isochinolin-Alkaloide 56910 .6 .1 . Synthesen 56 910 .6 .1 .1 . Biosynthesen 56 910 .6 .1 .2 . Chemische Synthesen 57 1
10 .6 .2.
Benzylisochinoliin-Typ 57310 .6 .3. Pavin-Typ 57510 .6 .4. Protoberberin-Typ 57510 .6 .5.
Phthalidisochinolin-Typ 57610 .6 .6. Thebain-Morphin-Typ 57610 .6 .7 . Aporphin-Typ 57 810 .6 .8.
Bisbenzylisochinolin-Typ 57 810 .6 .9. Ipecaeuanha-Alkaloide 57 9
10 .7 .
Indol-Alkaloide 58010 .7 .1 .
Synthesen 58 1
10 .7 .1 .1 . Biosynthesen 58 1
10 .7 .1 :2 . Chemische Synthesen 58210 .7 .2. Yohimban-Typ 58510 .7 .3. Aspidosperman-Typ 58 610 .7 .4.
Catharanthus-Alkaloide 58 710 .7 .5. Strychnos-Typ 58810 .7 .6 . Pyridocarbazol-Alkaloide 59010.7 .7 .
Pyrrolidinoindol-Alkaloide 59010.7 .8 .
Ergolin-Alkaloide 590
10 .8 .
Chinolin-Alkaloide 59310.8 .1 .
China-Alkaloide 59310 .8.2 . Camptotheein 596
10 .9.
Chinazolin-Alkaloide 59 6
10 .10 .
Betalaine 597
11. Antibiolica 598
11 .1 .
Allgemeine Einführung 598
11 .2.
Antibiotisch wirkende Aminosäurederivate 60 111 .2 .1 . Aminosäure-Antagonisten 60 111 .2 .2 . fl-Lactam-Antibiotica 60211 .2 .3 .
Peptid-Antibiotica 60 911 .2 .4 .
Distamycin 610
11 .2 .5.
Actinomycine 61 111 .2 .6.
Depsipeptid-Antibiotica 61 2
11 .3 .
Aminoglycosid-Antibiotica 61 311 .3 .1 .
Streptomycin-Typ 61 511 .3 .2 . Neomycin-Typ 61 511 .3 .3 . Kanamycin-Typ 61 611 .3 .4 .
Spectinomycin 61 7
11 .4 .
Nucleosid-Antibiotica 61 7
11 .5 . ' Polyketid-Antibiotica 61 911 .5 .1 .
Glutarimid-Antibiotica '' 62011 .5 .2 .
Griseofulvin 62011 .5 .3 .
Tetracycline 62011 .5 .4 . Antibiotica der Anthracyclin-Gruppe 62 311 .5 .5 .
Cytochalasane - 62 3
11 .6 .
Polyether-Antibiotica 62 4
11 .7 .
Macrolid-Antibiotica 62 511 .7 .1 . 'Erythromyein- Gruppe 62511 .7 .2 . Carbomycin- Gruppe 62 611 .7 .3 . Avermeetine 62711 .7.4.
Polyen-Antibiotica 62 711 .7 .5 . Ansamycine 628
11 .8.
Chloramphenicol 62 9
11 .9.
Mitomycin-Gruppe 63 0
11 .10 .
Fosfomycin 63 1
. .ANHAN G
Literatur 63 2
Nomenklaturempfehlungen der IUPAC-IUB- Kommission für biochemische Nomenklatur 65 7
Verzeichnis der Abkürzungen 660
Sachverzeichnis 663
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