Isoflavonoide
Isoflavonoide stellen eine Teilgruppe der Flavonoide dar. Charakteristisch für Isoflavonoide ist das 3-Phenylchroman-Gerüst, im Gegensatz zu den Flavonoiden sensu stricto, die ein 2-Phenylchroman-Gerüst besitzen. Zahlreiche Isoflavonoide zeigen vielversprechende Bioaktivitäten und werden intensiv pharmakologisch untersucht.
Vorkommen
Isoflavonoide kommen überwiegend in Hülsenfrüchtlern (Leguminosen, Familie Fabaceae) vor. Bis zum Jahre 2004 waren rund 1600 Isoflavonoide bekannt[1], davon ca. 210 aus etwa 50 anderen Pflanzenfamilien, insbesondere Asteraceae, Iridaceae, Chenopodiaceae, Moraceae, Myristicaceae und Rosaceae[2]. Die zwischen 2005 und 2017 aus Leguminosen neu isolierten Isoflavonoide sind in den Übersichten[3-5] aufgeführt, ältere Reviews siehe Literatur[6-8]. Zu Isoflavonoiden aus nicht-Leguminosen siehe Reviews[2,9,10]. In Mikroorganismen vorkommende Isoflavonoide sind teilweise auch Metabolite von Pflanzeninhaltsstoffen[11].
Einteilung
Die Isoflavonoide werden in mehrere Substanzklassen eingeteilt (Abbildung 2).
Enzymatische Redox-Reaktionen und Dehydratisierung von Isoflavonen führen zu Isoflavan-4-onen, Isoflavan-4-olen, Isoflav-3-enen und 3-Arylcumarinen. Durch Cyclisierung von 2′-Hydroxyisoflavonen entstehen die Pterocarpane, Cumestane und Cumaronochromone, sowie aus 2′-Methoxyisoflavonen die Rotenoide. Isoflavane werde durch Reduktion von Pterocarpanen gebildet. Eine Sonderstellung nehmen die aus Isoflav-3-en generierten 2-Arylbenzofurane ein. Isoflavonoide können auch als Homo- und Heterodimere, selten auch als höhere Oligomere vorkommen.
2-Hydroxyisoflavanone und die Isoflavan-4-ole sind als isolierbare Pflanzeninhaltsstoffe mit wenigen Beispielen bekannt.
Die als Homoisoflavonoide[12] bezeichneten 3-Benzylchromane werden aus Chalkonen gebildet und sind daher im eigentlichen Sinne keine Isoflavonoide.
Die große Strukturvielfalt der Isoflavonoide ist auf die Anwesenheit von Hydroxy-, O-Methyl- und Acyl-Gruppen, O- und C-Prenyl-Reste sowie O- und C-Glycoside in verschiedenen Positionen der einzelnen Substanzklassen zurückzuführen.
Biosynthese
Die Stammverbindungen der Isoflavonoide sind die Isoflavone Daidzein und Genistein sowie deren 4′-O-methylierte Derivate Formononetin (siehe auch Isoformononetin) und Biochanin A. Deren Biosynthese geht von den Flavanonen Naringenin (siehe Naringin) bzw. Liquiritigenin (siehe Puerarin) aus, die oxidativ unter Aryl-Verschiebung von C2 nach C3 in die korrespondierenden Isoflavone umgewandelt werden (Abbildung 3a). Die Reaktion verläuft enzymatisch in zwei Stufen über das entsprechende 2-Hydroxyisoflavanon (durch 2-Hydroxyisoflavanon-Synthase) und dessen anschließende Dehydratisierung. Die früher für diese Bruttoreaktion verwendeten Begriffe Isoflavon-Synthase oder Isoflavonoid-Synthase und EC 1.14.13.136 werden seit 2018 nicht mehr verwendet.
Die 2-Hydroxyisoflavanon-Synthasen (HIS; BRENDA: 1.14.14.87) gehören zur Proteinfamilie CYP93C der NADPH-abhängigen Cytochrom-P-450-Monooxygenasen, molekular charakterisiert in Soja (Glycine max: CYP93C1v2; UniProt Q9SWR5)[13], im Süßholz (Glycyrrhiza echinata: CYP93C2; UniProt Q9SXS3)[14,15], sowie in weiteren Spezies (Review siehe Literatur[16]). Zum wahrscheinlich radikalischen Reaktionsmechanismus der Aryl-Verschiebung siehe Abbildung 3b und Literatur[17].
Im zweiten Schritt erfolgt eine Dehydratisierung mit 2-Hydroxyisoflavanon-Dehydratase (HIDH; BRENDA 4.2.1.105). 2,7,4′-Trihydroxyisoflavanon wird nach 4′-O-Methylierung mit S-Adenosylmethionin und 2-Hydroxyisoflavanon-4′-O-Methyltransferase (HI4′OMT; BRENDA EC 2.1.1.212; Glycyrriza echinata: UniProt Q84KK6) in Formononetin umgewandelt[18,19]. Die rekombinante HIDH aus Glycine max (UniProt Q5NUF3) dehydratisert 2,5,7,4′-Tetrahydroxyisoflavan-4-on (spezifische Aktivität: 110 nkat × mg−1), 2,7,4′-Trihydroxyisoflavanon (44 nkat × mg−1) und 2,5,7-Trihydroxy-4′-methoxyisoflavan-4-on (18 nkat × mg−1), während HIDM aus Glycyrrhiza echinata (UniProt Q5NUF4) spezifisch 2,7-Dihydroxy-4′-methoxyisoflavanon (153 nkat × mg−1) dehydratisiert. 2,7,4′-Tri- und 2,5,7,4′-Tetrahydroxyisoflavanon sind keine Substrate der HIDM (<1 nkat × mg−1)[20]. Die 4′-O-Methylierung kann auch auf der Stufe der Isoflavone mit Isoflavon-4′-O-Methyltransferase (BRENDA EC 2.1.1.46) erfolgen[21].
Eine Kartierung der Isoflavonoid-Stoffwechselwege ist in Literatur[22] zu finden.
Abbildung 3: a Biosynthese von Isoflavonen; b Plausibler Mechanismus der 1,2-Aryl-Verschiebung[17]. HIS = 2-Hydroxyisoflavanon-Synthase; HIDH = 2-Hydroxyisoflavanon-Dehydratase (Glycine max); HIDM = 2-Hydroxy-4′-methoxyisoflavanon-Dehydratase (Glycyrrhiza echinata); HI4′OMT = 2-Hydroxyisoflavanon-4′-O-Methyltransferase.
Literatur
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Übersetzungen:
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