Polymere Isoprenderivate repräsentieren eine große Familie strukturell und funktionell scheinbar nur wenig zusammenhängender Substanzen: Steroide, Carotinoide, Gibberelinsäure u.a. gehören hierher.
Es sind aus den unterschiedlichsten Pflanzengruppen insgesamt einige Tausend verschiedene Molekültypen isoliert und charakterisiert worden. Trotz unterschiedlicher Strukturen laufen die Biosynthesen über nur einige wenige Wege.
Ausgangsstoff ist die Mevalonsäure, die nach Phosphorylierung in ein phosphoryliertes Isopren überführt wird, das seinerseits polymersiert. Im Verlauf der Polymerisation werden Zahl und Lage von Doppelbindungen festgelegt. Alle grünen Pflanzen sind in der Lage, auf dem skizzierten Mevalonatweg lineare Isoprenoide zu bilden.
Während Terpene mit mehr als fünf Isopreneinheiten nahezu universell verbreitet sind, sind viele der einfachen Terpene auf bestimmte Pflanzengruppen beschränkt. Sesquiterpene z.B. sind bei Moosen häufig, kommen aber auch bei höheren Pflanzen vor. So findet man sie zwar bei den Magnoliales, doch nicht bei den Ranunculales. Wie dieses Beispiel zeigt, hat sich das Vorkommen bestimmter sekundärer Pflanzenstoffe als brauchbares taxonomisches Merkmal bewährt. Entsprechendes gilt für die Monoterpene [iridoide Verbindungen, Iridane], mehr dazu in der Sektion Systematik. Zu den Diterpenen gehören die Gibbereline (eine Phytohormonklasse).
Steroide: Es handelt sind hierbei um Triterpene oder Triterpenoide. Unter Triterpenen versteht man in der Regel eine Gruppe von Molekülen, die 30 C-Atome enthalten und durch Polymerisation aus sechs Isopren-Einheiten entstanden sind. Die Definition sollte jedoch nicht zu eng ausgelegt werden, da sich eine Anzahl von Derivaten mit mehr, meist jedoch weniger C-Atomen ableiten läßt. Steroidmoleküle bestehen aus vier Ringsystemen, die mit A, B, C und D gekennzeichnet werden und ihrerseits eine Anzahl von Resten R tragen. Dabei ist es wichtig, ob je zwei von ihnen in cis (d.h. auf der gleichen Seite des Ringsystems) oder in trans (d.h. auf entgegengesetzten Seiten des Ringsystems) stehen.
Steroide wurden sowohl bei Gymnospermen als auch bei Angiospermen nachgewiesen.
Carotinoide: Sie sind im Tier- und Pflanzenreich weit verbreitet, doch sind sie in der Regel pflanzlichen Ursprungs, sie werden aber auch von einigen Bakterien (z.B. Flavobacterium) und Pilzen (z. B. Neurospora crassa) gebildet. Es sind durchweg Tetraterpene, also C40-Einheiten, die aus acht Isoprenresten zusammengesetzt sind. Wie aus den folgenden Abbildungen hervorgeht, besitzen die Moleküle ein Symmetriezentrum. Sie lassen sich formal von einer nichtzyklischen C40H56-Verbindung durch Hydrierung, Dehydrierung, Zyklisierung, Verschiebung von Doppelbindungen und/oder Methylgruppen, Kettenverlängerung oder Kettenverkürzung, sowie durch Einbau von Sauerstoff herleiten. Man unterscheidet bei den Carotinoiden (Oberbegriff der Gruppe) zwischen den
Carotinen (reine Kohlenwasserstoffe ohne zusätzliche
Gruppen) und den
Xanthophyllen (sauerstoffenthaltenden Carotinoiden).
| beta-Carotin
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Vertreter beider Gruppen sind in den Pigmentsystemen (Lichtfallen) der Chloroplasten enthalten und wirken am Prozeß der primären Lichtabsorption und Photonenkanalisation der Photosynthese mit. Darüber hinaus nehmen sie die Funktion von Lichtrezeptoren bei einer Reihe weiterer lichtinduzierter Prozesse in der Pflanze wahr. Repräsentative Absorptionsspektren sind nachfolgend dargestellt. Die gelbe Farbe vieler Blüten geht auf carotinoidhaltige, meist chlorophyllfreie Chromoplasten zurück. Auch in vielen Früchten sind Carotinoide häufig, so beruht die rote Farbe der reifen Tomaten und der Paprika auf Anwesenheit des Lycopins. Es ist ein kettenförmiges, lineares Molekül, das 13 Doppelbindungen enthält, von denen 11 konjugiert sind. Bei vielen Carotinen (und Xanthophyllen) schließen sich die Polymeren an den Enden - unter Verlust der terminalen Doppelbindung(en) - zu Ringen.
Geschieht das nur an einem der Enden, entsteht das gamma-Carotin, erfolgt es an beiden, erhält man je nach Art des Ringschlusses das alpha- oder das beta-Carotin. Das beta-Carotin ist u.a. der Farbstoff der Möhrenwurzeln (Daucus carota). Es liegt in der Zelle zu einem großen Teil kristallin vor. Eines seiner wichtigsten Derivate ist das Vitamin A (eine Vorstufe des Sehpurpurs).
Xanthophylle leiten sich von den Carotinen ab, so das weitverbreitete Xanthophyll der Blätter grüner Pflanzen, das Lutein sowie das Violaxanthin (vom alpha-Carotin abgeleitet) und der gelbe Farbstoff der Maiskörner, das Zeaxanthin (ein beta-Carotinderivat). Ein weiteres Xanthophyll wäre das Fucoxanthin, der bräunliche Farbstoff der Braunalgen und Diatomeen. Zu den Xanthophyllabbauprodukten zählt der Farbstoff des Safrans, das Crocetin.
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