Wichtiger enzymatischer Schritt der Cocain-Synthese aufgeklärt

Cocain zählt zur Gruppe der Tropan-Alkaloide, die sich chemisch durch zwei miteinander verbundene fünf- und siebengliedrige Ringe auszeichnen. Im Pflanzenreich dient die Biosynthese von Tropanen und anderen Alkaloiden meist der Abwehr von Fraßfeinden und anderen Schädlingen.

Ein entscheidender Schritt der Biosynthese von Atropin, einem mit Cocain verwandten Tropan-Alkaloid der Tollkirsche ist bekannt. Dazu bedarf es der Umwandlung einer Ketogruppe in einen Alkoholrest, der dann im letzten chemischen Schritt verestert wird. In der Tollkirsche wird die Umwandlung der Ketogruppe durch ein Enzym aus der Gruppe der Dehydrogenasen/Reduktasen (short-chain dehydrogenase/reductase − SDR) katalysiert.

Um das entsprechende Enzym im Cocain-Biosyntheseweg zu finden, suchten die Forscher aus Jena im Genom der Kokapflanze nach SDR-ähnlichen Gensequenzen. Diese wurden kloniert, exprimiert und auf Enzymaktivität getestet. Dabei fanden sie heraus, dass die zur Atropin-Synthese analoge chemische Reaktion − die Umwandlung der Ketogruppe zu einem Alkoholrest − in Kokapflanzen durch ein anderes Enzym erfolgt als im Nachtschattengewächs, nämlich durch eine Aldo-Keto-Reduktase, welche die Forscher als Methylecgonon-Reduktase (MecgoR) bezeichneten. Sowohl das MecgoR-Gen als auch das MecgoR-Enzym sind besonders aktiv in ganz jungen Blättern der Kokapflanze, jedoch nicht in Wurzeln. Atropin hingegen wird ausschließlich in der Wurzel der Tollkirsche synthetisiert und nachfolgend in die grünen Organe transportiert. Auf der Grundlage dieser Ergebnisse folgern die Wissenschaftler, dass der Tropan-Alkaloid-Stoffwechsel in Kokapflanzen und der Tollkirsche unabhängig voneinander entstanden sind.

Literatur: Jirschitzka, J., et al.: Proc. Nat. Acad. Sci. USA 2012, Online: doi: 10.1073/pnas.1200473109