Quizfrage: Was haben Cholesterin, Vitamin E, die ätherische Ölkomponente Limonen und Testosteron gemeinsam? Ihre Biosynthese beginnt mit ein und dem selben Stoff. Zumindest formal gesehen ist dieser Stoff Isopren, weshalb sie auch alle zu der Stoffklasse der Isoprenoide gehören.
Die Isoprenoide
Isopren und die Isoprenoide sind meine Biomoleküle des Monats. Wir werden uns anschauen, weshalb der Vorläufer der Isporenoide eben nur formal gesehen das Isopren ist, wie die Biosynthese funktioniert und warum vor allem die Untergruppe der Steroide extrem wichtig für unsere Gesundheit und die Pharmazie ist.
Isopren ist ein relativ kleiner Kohlenwasserstoff mit zwei Doppelbindungen, der – wenn man ihn im richtigen Winkel betrachtet – ein bisschen aussieht wie ein Pferd. Er kommt in der Natur ziemlich häufig vor, aber eben nicht (anders als der Name vermuten lässt) als Ausgangsstoff für die Biosynthese der Isoprenoide.
Dafür werden nämlich zwei Stoffe verwendet, die man als aktiviertes – also als für eine chemische Reaktion zugänglich gemachtes – Isopren bezeichnen könnte: IPP und DMAPP. Das steht für Isopentylpyrophosphat und Dimethylallylpyrophosphat. Aber weil ich mich dabei immer mindestens einmal verschreibe, bleibe ich bei den Abkürzungen.
Es gibt wirklich sehr viele Isoprenoide, und sie kommen in jeder Domäne des Lebens vor. Gerade Pflanzen bilden viele Terpene, eine Untergruppe der Isoprenoide, zu der z.B. ätherische Öle und einige Vitamine (und Vitamin-Vorläufer) gehören.
Aber ich möchte mich hier eher auf eine sehr wichtige Art der tierischen (und damit auch die menschlichen) Isoprenoide konzentrieren: die Steroide.
Die Steroide
Steroide entstehen im Prinzip dadurch, dass erst ein Molekül IPP und ein Molekül DMAPP miteinander verknüpft werden. Danach werden einfach nur immer mehr IPP-Einheiten angehängt, bis eine ziemlich lange Kette entstanden ist, das Squalen. Dann wird aus dieser langen Kette ein Ringsystem mit fünf Ringen gebildet, das Grundgerüst aller Steroide.
Und an dieses Grundgerüst können dann diverse „Dekorationen“, also unterschiedliche chemische Gruppen, angehängt werden. Erstmal entsteht daraus Cholesterin. Die meisten Menschen kennen Cholesterin wahrscheinlich als Risikofaktor für Herzinfarkte oder Schlaganfälle. Und das ist es auch, wenn die Konzentration an „schlechtem Cholesterin“ – dem Lipoprotein LDL – im Blut zu hoch ist. Aber Cholesterin ist auch ein extrem wichtiger Bestandteil unserer Zellmembranen, denn es verleiht ihnen unter anderem ihre Fluidität.
Und außerdem entstehen aus Cholesterin auch alle Steroidhormone. Dazu gehört das Stresshormon Cortisol, von dem wahrscheinlich auch alle schon einmal gehört haben. Die Ausschüttung von Cortisol hat sehr viele verschiedene Wirkungen auf den Körper, beispielsweise fördert es den katabolen (also den abbauenden) Stoffwechsel oder beeinflusst den Blutdruck. Und natürlich sind Cortisol und seine synthetischen Derivate aus der Arzneitherapie nicht mehr wegzudenken, wo sie extrem erfolgreich zur Entzündungshemmung verwendet werden.
Sehr (wirklich sehr) ähnlich zum Cortisol ist das Aldosteron, das in der Niere wirkt. Dort hemmt es die Ausscheidung von Na+-Ionen, und durch den resultierenden osmotischen Druck auch die Ausscheidung von Wasser. Dadurch wird sowohl der Elektrolythaushalt als auch der Blutdruck reguliert. Und auch hier kann natürlich mit Arzneistoffen eingegriffen werden, mit dem Aldosteron-Agonisten Fludrocortison oder verschiedenen Antagonisten, die als Diuretika eingesetzt werden.
Letztendlich sind da dann noch die Sexualhormone, die auch zu den Steroiden zählen und aus Cholesterin entstehen. Die Sexualhormone und alle in diesem Bereich wirkenden Arzneistoffe sind selbst ein so großes Thema, dass sie wohl einen eigenen Text verdienen (weshalb sie bald auch einen eigenen Beitrag von mir bekommen).
Das war ein (sehr kleiner) Überblick über die Isoprenoide und Steroide. Natürlich gäbe es noch weit mehr zu sagen, aber für den Moment möchte ich nur noch eine Sache erwähnen. Denn was wäre ein Text über Isoprenoide, ohne die Statine zu erwähnen. Das ist eine Klasse von Arzneistoffen, die sehr früh in der Biosynthese der Isoprenoide eingreifen, bei dem Enzym HMG-CoA-Reduktase. Das ist zuständig für die Herstellung von Mevalonat, aus dem dann wiederum die beiden Bausteine IPP und DMAPP gebildet werden. Durch die Hemmung der Herstellung dieser Bausteine wird die körpereigene Cholesterin-Synthese heruntergefahren und der LDL- Spiegel, also das „schlechte Cholesterin“ nimmt ab. Das macht die Statine sehr wichtig in der Behandlung und Prophylaxe von Herz-Kreislauf-Erkrankungen.
Das war es jetzt aber wirklich mit diesem Biomolekül (oder eher diesen Biomolekülen) des Monats. Wenn es euch gefallen hat, schaut euch doch gerne die Texte der letzten Monate an, oder abonniert meinen Newsletter, um nichts mehr zu verpassen.