Malonyl-Coenzym A

Malonyl-CoA ist ein Verbindung, die im Primärstoffwechsel als auch im Sekundärstoffwechsel ähnlich zu Acetyl-Coenzym A eine wichtige Rolle als C-2 Baustein spielt. Im Gegensatz zu Acetyl-Coenzym A wird jedoch zuerst eine C-3 Gruppe übertragen. Nach anschließender Decarboxylierung bleibt der C-2 Baustein übrig. Der Vorteil von Malonyl-CoA gegenüber Acetyl-CoA ist die höhere Reaktivität. Im sekundären Metabolismus ist daher Malonyl-CoA beim Aufbau von C-C Bindungsknüpfungen öfter zu finden. Acetylisierungen an Heteroatomen dagegen finden überwiegend mit Acetyl-CoA statt.

Malonyl-Coenzym A

Bei der Bildung von Malonyl-CoA wird Acetyl-CoA mit Kohlensäure umgesetzt. Im ersten Schritt wird dazu aus ATP und Kohlensäure Carboxyphosphat gebildet. Dabei wird ADP frei. Das Enzym (Acetyl-CoA-Carboxylase), das die Reaktion katalysiert, ist über ein Lysinrest an Biotin gebunden. Biotin verfügt über eine Harnstoffgruppe, die direkt an der Reaktion beteiligt ist. Ein Stickstoff des Biotins greift nukleophil das Carboxyphosphat an und Phosphat wird frei. Damit wurde die Carboxygruppe aus der Kohlensäure auf das Biotin übertragen.

Erster Schritt der Bildung von Malonyl-CoA: Übertragung einer Carboxygruppe auf Biotin

Von Acetyl-CoA wird das Enolat gebildet, sodass dieses die Carboxygruppe vom Biotin übernehmen kann. Diese C-C Bindungsknüpfung setzt sogleich Malonyl-CoA und den Biotin-Enzym Komplex frei. Schlußendlich reagiert also unter Katalyse von Acetyl-CoA-Carboxylase Acetyl-CoA mit Kohlensäure zu Malonyl-CoA. Dabei wird ATP verbraucht und zu ADP und einem Phosphat umgebaut.

Zweiter Schritt der Bildung von Malonyl-CoA: Übertragung der Carboxygruppe von Biotin auf Acetyl-CoA

Mesomere Grenzstrukturen von Malonyl-Coenzym A nach Deprotonierung

Malonyl-CoA kann besonders leicht an C-2 Position deprotoniert werden. Beide Carbonylgruppen an C-1 und C-3 Position entziehen dem dem Kohlenstoffgerüst Elektronen. Die negative Ladung, die durch die Deprotonierung entsteht, kann dadurch gut in mehreren mesomeren Grenzustrukturen stabilisiert werden. Es entsteht ein sogenanntes Enolat.

Enolate werden sowohl in der Natur als auch im Labor zur C-C Bindungsknüpfung eingesetzt. Grund dafür ist die Nukleophilie der Enolate. Bei der Reaktion eines Enolats mit einem Elektrophil, wird das Elektrophil vom Enolat angegriffen und eine Bindungsknüpfung findet statt.

Malonyl-Coenzym A als Nukleophil

Dabei kann es sich um eine klassische nukleophile Substituierung handeln, bei der die Fluchtgruppe (hier X-) durch den Malonyl-CoA-Rest ersetzt werden. Bei dem Beispiel reagiert ein Aklyl-CoA Molekül mit Malonyl-CoA unter Abspaltung von Coenzym-A. Weiter decarboxyliert die Verbindung unter Abspaltung von CO2 zu dem gezeigten Dicarbonyl. Einen ähnlichen Mechanismus sieht man bei der Fettsäure- und Polyketidbiosynthese.

Bei der Biosynthese des Polyketids Orsellinsäure wird Malonyl-CoA als C-2 Baustein verwendet. Als Startermolekül wird Acetyl-Coenzym A verwendet, welches dreimal mit Malonyl-CoA verlängert wird. Das entstehende Produkt geht eine intramolekulare Aldolkondensation ein, die zu einem 6 Ring führt. Aufgrund der stabilen Aromatiserung des 6 Ringes werden die Ketone zu Alkohole tautomerisiert.

Biosynthese von Orsellinsäure durch Malonyl-Coenzym A

  • primaerstoffwechsel/malonylcoa
  • Zuletzt geändert: 06.05.2018
  • von Stephan Scheeff