prof. dr. Samo Kreft

1
prof. dr. Samo Kreft
Rastlinska biokemija TERPENI
2
terpeni terpenoidi izoprenoidi

• C5 hemiterpeni
• C10 monoterpeni
• C15 seskviterpeni
• C20 diterpeni
• C25 sesterterpeni
• C30 triterpeni
• C40 karotenoidi
• Cn (ngt40) poliizoprenoidi

3
terpeni

• C5 hemiterpeni
• C10 monoterpeni
• C15 seskviterpeni
• C20 diterpeni
• C25 sesterterpeni
• C30 triterpeni
• C40 karotenoidi
• Cn (ngt40) poliizoprenoidi

• lipofilne snovi
• sinteza tudi pri živalih
• nekaj neobhodnih za življenje
• membranski steroli
• karoteni
• stranske verige na nekaterih spojinah
• ubikinonu
• klorofilu
• sekundarni metaboliti
• etericna olja
• smole
• gume

4
terpeni gradnja osnovnega skeleta

• nastanejo s polimerizacijo izopentenilpirofosfata
  (IPP), sledi ciklizacija.
• IPP se sintetizira po dveh razlicnih poteh

DXP pot DOXP (1-deoksi-ksiluloze 5P), MEP
(2-methyl-erythritol 4P) odkrita leta
1993 (plastidi) Cytokinins Abscisic
acid Carotenoids Phytol Plastoquinone Tocopherol
s
Mevalonatna pot znana že 40 let (cytosol and ER)
Brassinosteroids Phytosterols Phytoalexins Preny
l groups Ubiquinone (mitos)
5
Mevalonatna pot
5
Enzymes in cytosol and ER
6
HMG CoA sintaza

• vecgenska družina
• 2 gena pri Arabidopsis
• Izraža se v vseh rastlinskih organih
• najvec v zgodnji stopnji razvoja
• Down-regulacija pri stresu
• ABA, osmotski stres, dehidratacija
• Up-regulacija pri ranah, MeJA in SA
• steroli za popravila in fitoaleksini

7
HMG CoA reduktaza (HMGR)

• vec izovorm HMG CoA reduktaze
• HMGR kontrolni encim pri živalih in kvasovkah
• HMGR aktivnost korelira s producijo lateksa

produkcija lateksa HMGR
drugi encimi Jan-Mar Visoka
Visoka Visoka June-July Nizka Nizka
Visoka
8
Regulacija

• HMGR required in early fruit development in
  tomato but not during ripening
• Membrane sterols and not carotenoids
• HMGR induced by wounding and pathogens
• Potato HMGR 1 induced by wounding - sterols
• HMGR 2 3 induced by elicitors - sesquiterpene
  phytoalexins
• Co-ordinated regulation of HMGS and HMGR
• wounding
• pathogens
• germination

9
DXP/MEP pot
encimi v plastidih
CH3 C-CH3 CH2 CH2OPP
izopentenil pp
MEP citidilil transferaza CDP-ME kinaza MECDP
sintaza
10
13C-Labeling patterns of isopentenyl diphosphate
(IPP) from 1-13Cglucose formed via a), the
acetate/MVA pathway (white circles) b), the
DOXP/MEP pathway (black circles).
11
terpeni gradnja osnovnega skeleta

• izopentenil PP izomeraza

• vsi drugi izoprenoidi
• nastanejo s kondenzacijo IPP in DMAPP
• preniltransferaza

12
terpeni gradnja osnovnega skeleta
13
terpeni gradnja osnovnega skeleta

• Head-to-head condensation
• Squalene synthase for sterols (C30), phytoene
  synthase for carotenoids (C40)

14
terpeni ciklizacija
15
povecanje aktivnosti fitoensintaze (transgena
rastlina konstitutivna ekspresija fitoensintaze
s 35S promotorem)
Pyruvate G3P DXP IPP DMAPP GGPP Phytoene
?-carotene Lycopene
DXPS (CLA1) DXR
GAs
Phytol chlorophylls
PSY
PDS
Carotenoids
16
Golden rice

• SE Asia - vitamin A deficiency in 70 of under
  5s
• Rice endosperm cannot synthesis ?-carotene
• Only enzymes up to GGPP
• Introduction of PYS
• Carotene desaturase (PDS and ?-carotene
  desaturase activity)
• Lycopene ?-cyclase
• Golden rice producing ??-carotene
• Ye at al 2000

WT
Golden rice
17
etericno olje poprove mete
mentofuran
limonen
menton
18
etericno olje poprove mete

• Monoterpene synthesis in mint in glandular
  trichomes
• Major component menthol, but also menthofuran
• Introduction of sense DXR
• Increase of up to 50 essential oil
• Antisense menthofuran synthase
• Decrease of 50 menthanofuran

Plant Oil weight Menthol ()
Menthofuran (mg/g FW) WT 1.8
6.9 16.8 DXR6 2.6 12.7 15.7 MSF1
1.7 23.2 2.5
Mahmoud and Croteau 2001
19

• - etericna olja
• stomahiki, karminativ - posp. prebavo, proti
  napenjanju (KAMILICA, KUMINA, PELIN, KOLMEŽ)
• antiseptiki - razkužuje kožo in sluznice
  (ŽAJBELJ, TIMIJAN, EUKALIPTUS, KLINCKI)
• rubefaciensi - dražijo kožo (BOR, ROŽMARIN,
  TIMIJAN)
• ekspektoransi - olajšujejo kašelj (JANEŽ,
  KOROMAC, EUKALIPTUS,TIMIJAN)
• diuretik - posp. izl. seca (BRIN, PETERŠILJ)
• sedativi - pomirjevalo (BALDRIAN, HMELJ, MELISA,
  SIVKA)

20
pravi pelin Artemisia absinthium