Phenylphenalenone und Diarylheptanoide – Biosynthese und ökologische Rolle


Vorkommen

Phenylphenalenone sind charakteristische Naturstoffe der monokotylen Pflanzenfamilien Haemodoraceae, Pontederiaceae, Strelitziaceae, und Musaceae. Die Gattungen  der Haemodoraceae sind in vielen Regionen der südlichen Hemisphäre heimisch. Einige australische Anigozanthos-Arten ("Känguruhpfötchen") dienen als Zierpflanzen. Die Früchte der Musaceae (Dessertbananen und Kochbananen) sind bedeutende Nahrungsmittel. 

Struktur und Biosynthese

Aus biosynthetischer Sicht sind Phenylphenalenone eine Untergruppe der  Diarylheptanoide. Lineare Diarylheptanoide sind typische Naturstoffe der Zingiberaceae und alicyclische Diarylheptanoide kommen in verschiedenen Dikotyledonen vor.

Curcumin, das am weitesten verbreitete Diarylheptanoid, ist als Lebensmittelfarbstoff und Gewürz gebräuchlich, z.B. als Komponente von Curry. Die meisten Arten der Haemodoraceae akkumulieren Phenylphenalenone in den Wurzeln, die wegen des Naturstoffgehaltes häufig gefärbt sind. Wegen des hohen Gehaltes an Phenylphenalenonen wurden in vitro-Pflanzen, Wurzel-  und Zellkulturen als Modellsysteme für biosynthetische Untersuchungen eingesetzt (Brand et al., Planta 2006, 224, 413-428; Munde et al., Phytochemistry 2011, 72, 49-58; Munde et al., Phytochemistry 2013, 91, 165-176).

Ökologische Rolle und Wirkungsweise

In Bananenpflanzen sind Phenylphenalenone Teil des Abwehrsystems und wirken dabei als Phytoalexine. Pflanzenpathogene Pilze, Insekten und parasitische Nematoden sind die Ursache der wichtigsten Krankheiten in Bananenanbau. Über fungitoxische Wirkungen von Phenylphenalenonen wurde berichtet (Otálvaro et al., J. Nat. Prod. 2007, 70, 887–890).

Der Nematode Radopholus similis schädigt die Wurzeln von Musa-Pflanzen und führt schließlich zu deren Umstürzen mit Ernteverlusten bis zu 75%. Wurzeln der resistenten Musa-Varietät “Yangambi km5” akkumulieren hohe Konzentrationen nematotoxischer Phenylphenalenone, hauptsächlich Anigorufon, genau an der Infektionsstelle, jedoch nicht im gesunden Wurzelgewebe. Dagegen weisen Wurzeln einer empfindlichen Varietät ausgedehnte Läsionen auf, die subtoxische Mengen an Phenylphenalenonen enthalten. Anigorufon wurde als die toxischste Verbindung dieses Typs identifiziert. Die Anreicherung von Anigorufon in Lipidtröpfchen im Körper der Nematoden ließ sich mit Raman und Laser Desorption Ionisation-Massenspektrometrischen Bildgebungsverfahren sichtbar machen. Die Lipidtröpfchen dehnen sich aus, vereinigen sich und lassen den Nematoden letztlich absterben, vermutlich durch Verdrängung der inneren Organe und Störung des Stoffwechsels  (Hölscher et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2014, 111, 105-110).

In einer weiteren Studie wurde der Beitrag einzelner funktioneller Gruppen zum antioxidativen Effekt der Phenylphenalenone aufgeklärt. Der H-Atom-Transfer von der phenolischen Hydroxylgruppe, ein captodativer Effekt der Hydroxyketon-Einheit und eine vermutliche Beteiligung des Phenylrings im letzten Schritt der Radikalreaktion wurden als relevante Faktoren der antioxidativen Wirkung der Phenylphenalenone erkannt (Duque et al., Org. Lett. 2013, 15, 3542-3545).