Cembrane oder Cembranoide sind sekundäre Naturstoffe aus der Klasse der Diterpene. Sie sind monozyklisch, d. h. sie bestehen aus einem einzelnen Ring, der 14-gliedrig, carbozyklisch und mit drei Methylgruppen sowie einer Isopropylgruppe substituiert ist. Viele Cembrane weisen zusätzlich einen oder mehrere Ether-, Furan- oder Laktonringe auf. Cembrane sind die zentrale Zwischenstufe der Biosynthese einer Vielzahl von Diterpengerüsten.

Vorkommen

Cembrane kommen vor allem in marinen Invertebraten sowie in einigen Pflanzen und Insekten vor. Es sind ca. 1.000 Cembrane bekannt.

Marine Invertebraten

Ca. 900 Cembrane wurden aus Weichkorallen isoliert.

  • Lederkorallen, z. B. aus den Gattungen Sarcophyton und Sinularia
  • Hornkorallen (Gorgonien), z. B. aus Pseudopterogorgia bipinnata

Pflanzen

Ca. 100 Cembrane sind bisher aus Pflanzen bekannt. Sie kommen nur in wenigen nicht näher verwandten Familien vor und auch in diesen Familien sind sie auf einzelne Gattungen oder Arten beschränkt.

Insekten

Ca. 10 Cembrane wurden in der Ameisengattung Crematogaster sowie in Termiten der Gattung Nasutitermes nachgewiesen.

Bakterien

In Streptomyces wurden einfache Cembrane nachgewiesen, nachdem über genetische Methoden die entsprechenden Cyclasen gefunden wurden.

Eigenschaften

Viele Cembrane sind antimikrobiell aktiv oder cytotoxisch. Incensol aus Weihrauch zeigt entzündungshemmende und angstlösende Wirkungen.

Funktion

Die Funktion der Cembrane für den Organismus ist in den meisten Fällen nicht explizit geklärt, es gibt jedoch einige Beispiele in denen nachgewiesen wurde, dass sie den Organismus vor Fressfeinden oder Konkurrenz schützen. Lophotoxin aus der Hornkorallengattung Lophogorgia ist für Fische sehr giftig. Flexibilid und Sarcophytoxid hemmen das Wachstum der mit Steinkorallen in Symbiose lebenden Zooxanthellen und schützen damit die Weichkorallen, die diese Cembrane produzieren, vor der Konkurrenz der Steinkorallen.

Biosynthese

Cembrane werden durch Cyclisierung von Geranylgeranioldiphosphat gebildet. Die Biosynthese in Ricinus und in Streptomyces ist auf enzymatischer Ebene und genetischer Ebene geklärt. Die Cyclasen katalysieren dieselbe Cyclisierungsreaktion, zeigen jedoch keine Sequenzhomologie. Die schrittweise Oxidation der Cembrane erfolgt erst nach der Cyclisierung. Ausgehend vom Cembran bzw. dem Casban, das statt der Isopropenylgruppe einen Dimethylcyclopropanring aufweist, werden viele weitere Diterpengerüste von unterschiedlichsten Organismen synthetisiert, z. B.

  • Lathyrane, Jatrophane, Tiglane, Ingenane in Euphorbiaceae und Thymeleaceae, z. B. Ingenolmebutat
  • Taxane in Taxus, z. B. Paclitaxel
  • Fusicoccane in Pilzen, z. B. Fusicoccin
  • Briarane, Eunicellane und Dolabellane in Weichkorallen, z. B. Eleutherobin
  • Trinervitane in Termiten

Einzelnachweise

  1. 1 2 Lexikon der Biochemie - Eintrag Cembrane, Spektrum der Wissenschaft. In: Spektrum.de
  2. ↑ Bin Yang, Xue-Feng Zhou, Xiu-Ping Lin, Juan Liu, Yan Peng: Cembrane Diterpenes Chemistry and Biological Properties. In: Current Organic Chemistry. Band 16, Nr. 12, 31. Mai 2012, S. 1512–1539, doi:10.2174/138527212800672583 (eurekaselect.com [abgerufen am 1. Januar 2018]).
  3. ↑ Dictionary of Natural Products 26.2, CRC Press, Suche nach (Type of Compound = "Cembrane" and Type of Organism = Pflanzenfamilie), abgerufen am 2. Januar 2018.
  4. 1 2 Ayuko Meguro, Takeo Tomita, Makoto Nishiyama, Tomohisa Kuzuyama: Identification and Characterization of Bacterial Diterpene Cyclases that Synthesize the Cembrane Skeleton. In: ChemBioChem. Band 14, Nr. 3, 11. Februar 2013, S. 316–321, doi:10.1002/cbic.201200651 (wiley.com [abgerufen am 2. Januar 2018]).
  5. ↑ Federica Pollastro, Samantha Golin, Giuseppina Chianese, Masteria Yunovilsa Putra, Aniello Schiano Moriello: Neuroactive and Anti-inflammatory Frankincense Cembranes: A Structure–Activity Study. In: Journal of Natural Products. Band 79, Nr. 7, 22. Juli 2016, S. 1762–1768, doi:10.1021/acs.jnatprod.6b00141.
  6. ↑ Mebs, D.: Gifte im Riff : Toxikologie und Biochemie eines Lebensraumes. Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft, Stuttgart 1989, ISBN 3-8047-1053-0.
  7. ↑ James Kirby, Minobu Nishimoto, J. Genevieve Park, Sydnor T. Withers, Farnaz Nowroozi: Cloning of casbene and neocembrene synthases from Euphorbiaceae plants and expression in Saccharomyces cerevisiae. In: Phytochemistry. Band 71, Nr. 13, S. 1466–1473, doi:10.1016/j.phytochem.2010.06.001 (elsevier.com [abgerufen am 2. Januar 2018]).
  8. ↑ Breitmaier, Eberhard: Terpene Aromen, Düfte, Pharmaka, Pheromone. 2., vollst. überarb. u. erw. Auflage. Wiley-VCH, Weinheim 2012, ISBN 978-3-527-66048-3.
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