Macrophomat-Synthase

Macrophomat-Synthase (Macrophoma commelinae)
Masse/Länge Primärstruktur	339 Aminosäuren
Bezeichner
Externe IDs	UniProt Q9UVD4
Enzymklassifikation
EC, Kategorie	4.1.2.-, Lyase
Reaktionsart	Diels-Alder-Reaktion
Substrat	Oxalacetat + 2-Pyron
Produkte	Macrophomat

Macrophomat-Synthase ist eines der wenigen natürlichen Enzyme, von denen angenommen wird, dass sie eine perizyklische Reaktion katalysieren können. Im Falle von Macrophomat-Synthase handelt es sich genauer um eine Diels-Alder-Reaktion.

Macrophomat

Das Enzym ist bisher nur von dem Pilz Macrophoma commelinae bekannt und auch nach diesem benannt. Es besteht aus 339 Aminosäuren und ist nur aktiv in Gegenwart von Magnesium(II)-Ionen.

Das Enzym katalysiert eine Reaktion zwischen Oxalacetat und einem substituierten 2-Pyron, aus denen nach zweimaliger Abspaltung von Kohlendioxid das so genannte Macrophomat entsteht. Es handelt sich dabei um ein mehrfach substituiertes Benzoesäure-Derivat.

Wirkmechanismus

Der Mechanismus der katalytischen Reaktion ist umstritten. Grundsätzlich kommen zwei Mechanismen in Frage: Eine Diels-Alder-Reaktion oder eine Reaktionskaskade aus Michael-Reaktion und Aldol-Reaktion.[1] Beide Mechanismen starten mit der Decarboxylierung des Oxalacetats, welches an ein Magnesium(II)-Ion koordiniert ist. Das so gebildete Enolat kann nun entweder als Dienophil in einer Diels-Alder-Reaktion fungieren oder ein Michael-Addition mit dem 2-Pyron durchführen. Eine anschließende Aldol-Reaktion bildet ein bicyclisches System. Das Produkt der Diels-Alder-Reaktion und der Michael-Aldol-Reaktion sind gleich. Quantenchemische Berechnungen aus dem Jahr 2005 legen nah, dass der Michael-Aldol-Weg günstiger ist und deshalb durchlaufen werden sollte.[1] Nach einer Decarboxylierung und anschließender Eliminierung von Wasser wird das Macrophomat erhalten.[2]

In Abwesenheit des 2-Pyrons fungiert Macrophat-Synthase als Decarboxylase mit hoher katalytischer Aktivität.[3] Sie kann auch Aldol-Reaktion katalysieren.[4]

Einzelnachweise

1. Cristiano Ruch Werneck Guimarães, Marina Udier-Blagović, William L. Jorgensen: Macrophomate Synthase: QM/MM Simulations Address the Diels−Alder versus Michael−Aldol Reaction Mechanism. In: Journal of the American Chemical Society. Band 127, Nr. 10, 2005, S. 3577–3588, doi:10.1021/ja043905b. 
2. Jörg M. Serafimov, Thomas Westfeld, Beat H. Meier, Donald Hilvert: Trapping and Structural Elucidation of an Intermediate in the Macrophomate Synthase Reaction Pathway. In: Journal of the American Chemical Society. Band 129, Nr. 31, 2007, S. 9580–9581, doi:10.1021/ja073087y. 
3. Toyoyuki Ose, Kenji Watanabe, Takashi Mie, Mamoru Honma, Hiromi Watanabe, Min Yao, Hideaki Oikawa, Isao Tanaka: Insight into a natural Diels–Alder reaction from the structure of macrophomate synthase. In: Nature. Band 422, Nr. 6928, 2003, S. 185–189, doi:10.1038/nature01454. 
4. Jörg M. Serafimov, Dennis Gillingham, Simon Kuster, Donald Hilvert: The Putative Diels−Alderase Macrophomate Synthase is an Efficient Aldolase. In: Journal of the American Chemical Society. Band 130, Nr. 25, 2008, S. 7798–7799, doi:10.1021/ja8017994.