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{{Infobox Chemikalie
| Strukturformel = [[Datei:Biopterin2.svg|250px|Strukturformel von L-''erythro''-Biopterin]]
| Strukturhinweis = Strukturformel von L-''erythro''-Biopterin
| Andere Namen = * 2-Amino-6-(L-''erythro''-1,2-dihydroxypropyl)-3''H''-pteridin-4-on
* (1′''R'',2′''S'')-2-Amino-6-(1,2-dihydroxypropyl)-1''H''-pteridin-4-on
* 2-Amino-6-(1,2-dihydroxypropyl)pteridin-4-ol
| Summenformel = C9H11N5O3
| CAS = {{CASRN|22150-76-1}}
| EG-Nummer = 244-807-8
| ECHA-ID = 100.040.719
| PubChem = 135403659
| ChemSpider =
| Beschreibung = blassgelbe Kristalle<ref name="Römpp">{{RömppOnline|ID=RD-02-01549|Name=Biopterin|Abruf=2011-12-05}}</ref>
| Molare Masse = 237,22 g·mol−1
| Aggregat =
| Dichte =
| Schmelzpunkt = * 250–280 [[Grad Celsius|°C]] (Zers., (1′''R'',2′''S'')-Form)<ref name="Römpp" />
* >300 °C ((1′''R'',2′''R'')-Form)<ref name="Römpp" />
| Siedepunkt =
| Dampfdruck =
| Löslichkeit =
| Quelle GHS-Kz = <ref name="Sigma">{{Sigma-Aldrich|SIAL|14390|Name=6-Biopterin|Abruf=2016-11-08}}</ref>
| GHS-Piktogramme = {{GHS-Piktogramme|07}}
| GHS-Signalwort = Achtung
| H = {{H-Sätze|315|319|335}}
| EUH = {{EUH-Sätze|-}}
| P = {{P-Sätze|261|305+351+338}}
| Quelle P = <ref name="Sigma" />
| MAK =
}}

'''Biopterin''' ist eine [[Heterocyclen|heterocyclische]] Verbindung, die als [[Redoxreaktion|Redox]]-[[Coenzym|Cofaktor]] im [[Stoffwechsel]] bedeutsam ist. Das wesentliche Strukturmerkmal ist ein heterocyclisches [[Pteridin]]-Ringsystem, damit ist es ein [[Derivat (Chemie)|Derivat]] des [[Pterin]]s.

Biochemisch wird Biopterin durch [[Oxidation]] von [[Sapropterin|Tetrahydrobiopterin]] mit [[Guanosintriphosphat|GTP]] gebildet.<ref>{{RömppOnline|ID=RD-16-04852|Name=Pteridine|Abruf=2014-05-24}}</ref>

== Geschichte ==
Die Verbindung wurde in den 1950er Jahren von vier Forschergruppen in verschiedenen Quellen entdeckt. In den USA isolierte eine Arbeitsgruppe der Lederle Laboratories, einer Abteilung der American Cyanamid Company, aus 4000 Litern menschlichem Harn durch [[Adsorption]] an [[Aktivkohle]], [[Gegenstromverteilungschromatographie]] ca. 20 Milligramm einer Substanz, welche in einem biologischen Test das Wachstum der Protozoe ''Crithidia fasciculata'' förderte. E. L. Patterson nannte sie ''Biopterin'' und leitete aus Abbauversuchen die Strukturformel ab.<ref>E. L. Patterson, H. P. Broquist, Alberta M. Albrecht, M. H. von Saltza, E. L. R. Stokstad: ''A new Pteridine in Urine required for the Growth of the Protozoon Crithidia fasciculata''. In: ''J. Amer. Chem. Soc.'', 77, 1955, S. 3167–3168, [[doi:10.1021/ja01616a096]].</ref><ref name="Patterson56">E. L. Patterson, M. H. von Saltza, E. L. R. Stokstad: ''The Isolation and Characterization of a Pteridine Required for the Growth of Crithidia fasciculata''. In: ''J. Amer. Chem. Soc.'', 78, 1956, S. 5871–5873, [[doi:10.1021/ja01603a044]].</ref>

Unabhängig davon berichteten im selben Jahr H. S. Forrest und H. K. Mitchell vom [[California Institute of Technology]] (Pasadena), dass sie die Substanz neben anderen Pteridinen aus der Fruchtfliege ''Drosophila melanogaster'' (Wildtyp) isoliert hätten. Sie machten denselben Strukturvorschlag.<ref>H. S. Forrest, H. K. Mitchell. In: ''J. Amer. Chem. Soc.'', 77, 1955, S. 4865.</ref>

Am Chemischen Institut der Universität Zürich hatten
[[Max Viscontini]] und Mitarbeiter die Substanz (dort BH2 genannt) ebenfalls in ''Drosophila melanogaster'' entdeckt.<ref>M. Viscontini, E. Loeser, P. Karrer, E. Hadorn: ''Fluoreszierende Stoffe aus Drosophila melanogaster''. In: ''Helv. Chim. Acta'', 38, 1955, S. 2034–2035, [[doi:10.1002/hlca.19550380744]].</ref><ref>M. Viscontini, E. Loeser, P. Karrer: ''Fluoreszierende Stoffe aus Drosophila melanogaster. Isolierung und Eigenschaften des Pteridins HB2''. In: ''Helv. Chim. Acta'', 41, 1958, S. 440–446, [[doi:10.1002/hlca.660410215]].</ref>

Schließlich fanden am Max-Planck-Institut in München [[Adolf Butenandt]] und Heinz Rembold Biopterin im Weiselzellenfuttersaft ([[Gelée royale]]) der Honigbiene (''Apis mellifica'').<ref>A. Butenandt, H. Rembold: ''[The royal jelly of the honey bee. II. Isolation of 2-amino-4-hydroxy-6-(1,2-dihydroxypropyl) pteridine].'' In: ''Hoppe-Seyler’s Zeitschrift für physiologische Chemie.'' Band 311, Nummer 1–3, 1958, S. 79–83, PMID 13548912, [[doi:10.1515/bchm2.1958.311.1.79]].</ref>

In der Folgezeit wurde Biopterin noch in zahlreichen Organismen nachgewiesen; sein Vorkommen ist ubiquitär, was aus seiner biochemischen Funktion (siehe unten) verständlich ist.

== Eigenschaften ==
Biopterin bildet kleine, gelbe Kristalle von sphärischem Habitus, die beim Erhitzen auf 250 bis 280 °C ohne zu schmelzen verkohlen. In Wasser sind sie mäßig löslich, besser jedoch sowohl in verdünnter Salzsäure als auch in verdünnter Natronlauge. Die Lösungen fluoreszieren im UV-Licht. Im Polarimeter bewirken sie eine Linksdrehung der Ebene des polarisierten Lichtes, zeigen also [[optische Aktivität]].

=== Isomerie ===
Das [[Molekül]] ist chiral; die beiden Kohlenstoffatome der Seitenkette mit den HO-Resten sind Chiralitätszentren. In diesem Fall sind vier Stereoisomere möglich: ''RR'', ''SS'', ''RS'', ''SR'' nach der [[Cahn-Ingold-Prelog-Konvention]]. Diese lassen sich auch als zwei Paare von [[Diastereomere]]n definieren, welche die ''erythro''- bzw. ''threo''-Konfiguration aufweisen, in Analogie zu den Kohlenhydraten [[Erythrose]] und [[Threose]].
Natürlich vorkommendes Biopterin (L-''erythro''-Biopterin) hat die (1''R'',2''S'')-Konfiguration. Weitere Isomere sind:
* (1''S'',2''S'')- oder L-''threo''-Biopterin bzw. Orinapterin<ref>{{Substanzinfo|Name=L-threo-Biopterin |CAS=13039-82-2 |EG-Nummer= |ECHA-ID= |ZVG= |PubChem=135738580 |ChemSpider= |Wikidata=Q27144825 }}</ref>
* (1''R'',2''R'')- oder D-''threo''-Biopterin bzw. Dictyopterin<ref>{{Substanzinfo|Name=D-threo-Biopterin |CAS=13019-52-8|KeinCASLink=1 |EG-Nummer= |ECHA-ID= |ZVG= |PubChem=135909519 |ChemSpider= |Wikidata=Q57742483 }}</ref>
* (1''S'',2''R'')- oder D-''erythro''-Biopterin<ref>{{Substanzinfo|Name=D-erythro-Biopterin |CAS=13039-62-8 |EG-Nummer= |ECHA-ID= |ZVG= |PubChem=135449517 |ChemSpider= |Wikidata=Q41793745 }}</ref>

== Synthesen ==
Die geringe Menge des Biopterins natürlichen Ursprungs erlaubte es den Entdeckern damals nicht, die Konfiguration der isolierten Verbindung zu bestimmen. Zur Aufklärung musste daher Biopterin aus einem Baustein im [[Chiral Pool]] synthetisiert werden, dessen Konfiguration feststand. Dieser wurde in der Klasse der Kohlenhydrate (Monosaccharide) gefunden.
So synthetisierten Patterson et al. das Pterin aus L-[[Rhamnose]] oder dem chemisch modifizierten L-[[Arabinose]]-Derivat 5-Desoxy-L-arabinofuranosid und 2,4,5-Triamino-3,4-dihydropyrimidin-4-on (oft nach seinem Tautomeren 2,4,5-Triamino-4-hydroxypyrimidin oder besser 2,4,5-Triaminopyrimidin-4-ol genannt). L-Arabinose besitzt an den Kohlenstoffatomen C-3 und C-4 die ''erythro''-Konfiguration, welche folglich auch in dem Derivat und schließlich der Seitenkette des Biopterins (C-1′, C-2′) vorliegen musste.<ref name="Patterson56" />
Die Konfiguration ist 1′S, 2′R (''erythro'').

[[Datei:Pterinsynth2.svg|mini|hochkant=2.6|zentriert|Synthese von L-erythro-Biopterin nach Patterson: Reaktion von 2,4,5-Triamino-3,4-dihydropyrimidin-4-on mit 5-Desoxy-L-arabinofuranosid. Der erste Reaktionsschritt ist zweifellos die Bildung eines ''N''-[[Glycosid]]s und [[Azomethin]]s (Schiffsche Base, [[Imin]]). Da diese sowohl mit der Aminogruppen an C-4 als auch an C-5 gebildet werden können, entstehen Stellungsisomere; im Bild ist nur eines gezeigt. Die weiteren Schritte, welche eine Dehydrierung beinhalten, sind unklar; eine [[Amadori-Umlagerung]] wurde diskutiert.]]

Da diese Kondensationsreaktion jedoch nicht selektiv war und eine schlechte Ausbeute ergab, wurden weitere Synthesen entwickelt. Aus D-[[Xylose]] wurde auch das D-threo-Diastereomer erhalten, welches keine wachstumsfördernde Wirkung auf ''Crithidia fasciculata'' zeigte.<ref>M. Viscontini, H. Raschig. In: ''Helv. Chim. Acta'', 41, 1958, S. 108.</ref> Viscontini und Mitarbeiter optimierten die Synthese aus 5-Desoxy-L-arabinofuranosid in mehreren Arbeiten.<ref>M. Viscontini, R. Provenzale. In: ''Helv. Chim. Acta'', 52, 1969, S. 1225.</ref><ref>B. Schircks, J. H. Bieri, M. Viscontini. In: ''Helv. Chim. Acta'', 68, 1985, S. 1639. Dort sind weitere Synthesen der Zürcher Gruppe angegeben.</ref> Für dieses Schlüssel-Intermediat wurde später ein neuer Weg aus L-[[Weinsäure]] gefunden.<ref name="Fernandez-1996">Anne-Marie Fernandez, Lucette Duhamel: ''Total Synthesis of l-Biopterin from L-Tartaric Acid via 5-Deoxy-L-arabinose''. In: ''J. Org. Chem.'', 61, 1996, S. 8698–8700, [[doi:10.1021/jo961426s]].</ref> Auch D-[[Ribose]] kann als Ausgangsmaterial verwendet werden.<ref>K. Mori, H. Kikuchi. In: ''Liebigs Ann. Chem.'', 1989, S. 1267.</ref> Weitere Synthesen sind bei <ref name="Fernandez-1996" /> zitiert.

== Analytik ==
Zur qualitativen und quantitativen Bestimmung in biologischem Untersuchungsgut eignet sich, nach adäquater [[Probenvorbereitung]], die Kopplung der [[HPLC]] mit der [[Massenspektrometrie]] oder der [[Fluoreszenz]]detektion.<ref>Guibal P, Lévêque N, Doummar D, Giraud N, Roze E, Rodriguez D, Couderc R, Billette De Villemeur T, Moussa F: ''Simultaneous determination of all forms of biopterin and neopterin in cerebrospinal fluid.'', ACS Chem Neurosci. 2014 Jul 16;5(7):533-41, PMID 24650440, [[doi:10.1021/cn4001928]].</ref>

== Biologische Bedeutung ==
Biopterin – genauer das sich daraus ableitende [[Redoxpaar]] 7,8-Dihydrobiopterin/[[Sapropterin|5,6,7,8-Tetrahydrobiopterin]] (letzteres auch BH4 abgekürzt) – spielt als Cofaktor eine wichtige Rolle im Stoffwechsel. Im Gegensatz zu den Pteridin-Abkömmlingen [[Folsäure]] und [[Riboflavin]] kann es jedoch vom menschlichen Körper selbst synthetisiert werden und ist somit nicht [[Essentieller Nahrungsbestandteil|essentiell]]. Nur die Tetrahydroform des Biopterins ist biologisch aktiv.

Besondere Bedeutung kommt dem Biopteridin-[[Redoxreaktion|Redoxsystem]] bei der [[Oxidation]] [[Aromaten|aromatischer Ringe]] zu. Eine solche Oxidation findet z. B. bei der Biosynthese der Aminosäure [[Tyrosin]] aus [[Phenylalanin]] durch die [[Phenylalaninhydroxylase]], bei der Synthese von [[Catecholamin]]en im Schritt der Oxidation des Tyrosins zur [[Levodopa|L-DOPA]] durch die [[Tyrosinhydroxylase]] oder bei der [[Serotonin]]-Biosynthese im Schritt der Oxidation des [[Tryptophan]]s zum 5-Hydroxytryptophan durch die [[Tryptophanhydroxylase]] statt. Eine Besonderheit dieser Oxidationen ist, dass sie die Gegenwart molekularen Sauerstoffs erfordern (siehe auch Abbildung zuunterst).

Störungen im Biopterin-Stoffwechsel führen aufgrund der Bedeutung für den Metabolismus aromatischer Aminosäuren u. a. zu sogenannten „atypischen“ [[Phenylketonurie]]n.

Die [[Stickstoffmonoxid-Synthase]] (NOS), die über mehrere Stufen [[Arginin]] zu [[Stickstoffmonoxid]] (NO) und [[Citrullin]] oxidiert, und die Alkylglycerol Monooxygenase (AGMO), die [[Etherlipid]]e spaltet, sind ebenfalls tetrahydrobiopterinabhängig.<ref>E. R. Werner, N. Blau, B. Thöny: ''Tetrahydrobiopterin: biochemistry and pathophysiology.'' In: ''The Biochemical journal.'' Band 438, Nummer 3, September 2011, S. 397–414, [[doi:10.1042/BJ20110293]]. PMID 21867484. (Review).</ref>

Das Redoxsystem Dihydrobiopterin/Tetrahydrobiopterin ist vergleichsweise komplex – man betrachte dazu beispielsweise die Redoxsysteme der Cofaktoren [[Nicotinamidadenindinukleotid|NAD]] oder [[Flavin-Adenin-Dinukleotid|FAD]]. Für die Regeneration der oxidierten aus der reduzierten Form sorgt ein eigenes Enzymsystem: die Pterin-4a-carbinolamin-Dehydratase ({{EC|4.2.1.96}}) und die Dihydropteridin-Reduktase ({{EC|1.5.1.34}}). Die folgende Abbildung versinnbildlicht den zugehörigen Zyklus:

[[Datei:Redox system tetrahydrobiopterin.svg|mini|hochkant=3.0|zentriert|Schema des Redoxsystems 5,6,7,8-Tetrahydrobiopterin ('''1'''), 4a-Hydroxytetrahydrobiopterin ('''2''') und 6,7-Dihydrobiopterin ('''3'''). Eine Tetrahydrobiopterin-abhängige Monooxygenase ('''A''') hydroxyliert einen Aromaten, wodurch 4a-Hydroxytetrahydrobiopterin entsteht. Dieses wird zu 6,7-Dihydrobiopterin unter Abspaltung von Wasser umgesetzt, was eine 4a-Hydroxytetrahydrobiopterin-Dehydratase ('''B''') katalysiert. Die 6,7-Dihydropteridin-Reduktase ('''C''') schließlich ermöglicht die NAD(P)H-abhängige Umwandlung von 5,6,7,8-Tetrahydrobiopterin und 6,7-Dihydrobiopterin.]]

== Weblinks ==
{{Wikibooks|Biochemie und Pathobiochemie: Biopterin-Stoffwechsel#Biosynthese von Biopterin|Biosynthese von Biopterin ausgehend von GTP}}

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Coenzym]]
[[Kategorie:Pteridin]]
[[Kategorie:Diol]]

Biopterin - Versionsgeschichte

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