2,5-Diketopiperazine (DKP) - auch: 2,5-Dioxopiperazine; Piperazin-2,5-dione - sind eine Stoffgruppe cyclischer Peptide aus zwei α-Aminosäuren, die ein 6-Ringsystem mit zwei cis-Peptid-Bindungen aufweisen (Lactame). Die Diketopiperazine sind damit die kleinsten homodetischen cyclischen Dipeptide.
In der Natur findet sich das chirale Diketopiperazin-Grundgerüst in einer Vielzahl von Naturstoffverbindungen und Verbindungsklassen. Die Biosynthese erfolgt in der Regel über die beteiligten Aminosäuren im sekundären Stoffwechsel. Einige Peptidasen - z. B. Dipeptidylpeptidase - spalten Dipeptide ab, die dann zu Diketopiperazinen cyclisieren.
Allgemeine Struktur der 2,5-Diketopiperazine:
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| Diketopiperazine aus Glycin-L-Alanin | Diketopiperazine aus di-L-Prolin |
Biosynthese
2,5-Diketopiperazine werden von einer Vielzahl von Organismen einschließlich dem Menschen synthetisiert. Im Allgemeinen entstehen sie durch die Wirkung einer tRNA-abhängigen Cyclodipeptid-Synthase, einer Art Enzym, das für die Bildung einer cyclischen Amidbindung zwischen zwei Peptiden verantwortlich ist. Das Enzym Cyclodipeptidoxidase sowie S-Adenosylmethionin-abhängige O/N- Methyltransferasen agieren gemeinsam, um cyclische Dipeptide chemisch zu modifizieren.
Vorkommen in Lebensmiteln
Diketopiperazine entstehen häufig bei der chemischen und thermischen Verarbeitung von Lebensmitteln und Getränken als Abbauprodukte von Polypeptiden. Sie wurden besonders in geschmortem Rindfleisch, Bier, Brot, Awamori-Spirituosen, Kakao, Hühnerbrühe, geröstetem Kaffee, Comté-Käse, getrocknetem Tintenfisch, gereiftem Sake und Hefeextrakt nachgewiesen. In Lebensmittelsystemen haben sich 2,5-Diketopiperazine als wichtige sensorische Verbindungen erwiesen, die zum Geschmack der Endprodukte nicht unwesentlich beitragen und geschmacklich als adstringierend, salzig, metallisch oder bitter wahrgenommen werden.
Obwohl die Einzelverbindungen aus Prolin-basierten sowie aromatischen, aliphatischen bis hin zu polaren 2,5-Diketopiperazinen bestehen, sind die Prolin-2,5-Diketopiperazine die am häufigsten vorkommenden und strukturell vielfältigsten 2,5-Diketopiperazine, die in Lebensmitteln aufgefunden wurden.
Das Valinderivat Cyclo(L-Pro-L-Val) in einer Konzentration von 1742 ppm wurde als das wichtigste bittere 2,5-Diketopiperazin identifiziert, das zum bitteren Geschmack von geröstetem Kakao beiträgt. Es wurde auch als eines der wichtigsten 2,5-Diketopiperazine in autolysiertem Hefeextrakt und geschmortem Rindfleisch gefunden und ist auch in Hühneressenz und Kaffee vorhanden. Die Substanz wurde auch aus einer Vielzahl mariner Mikroorganismen isoliert und als aktives LasI-Quorum-Sensing-Signalmolekül identifiziert, das für die Förderung des Pflanzenwachstums durch Pseudomonas aeruginosa wichtig ist [3].
Das am besten untersuchte Diketopiperazin ist das Histidyl-Prolin-2,5-Diketopiperazin Cyclo(L-His-L-Pro), das in einer Vielzahl von Lebensmitteln vorkommt, mit besonders hohen Konzentrationen in Fisch und Fischprodukten. Es wird oral gut resorbiert und passiert die Blut-Hirn-Schranke über einen nicht sättigbaren Mechanismus. Es kommt auch beim Menschen als Metabolit des Thyrotropin-Releasing-Hormons (TRH) vor und zeigt eine Vielzahl von zentralnervösen, endokrinen, elektrophysiologischen und kardiovaskulären Wirkungen.
Einzelne Verbindungen
Für folgende Diketopiperazine und -Derivate sind Stoffdaten verfügbar:
- Brevianamide F, Cyclo-(L-Trp-L-Pro),
- ICRF-193,
- Piperacillin,
- Plinabulin,
- Retosiban,
- Spirotryprostatin A, Spirotryprostatin B,
- Tadalafil,
- Verruculogen.
Quellen und weitere Informationen
[1] - Michael Ginz: Bittere Diketopiperazine und Chlorogensäurederivate in Röstkaffee. Dissertation, 2001, URN urn:nbn:de:gbv:084-15369.
[2] - Nina Deppermann: Stereoselektiver Aufbau von Naturstoffgrundgerüsten auf Basis Prolin-haltiger Diketopiperazine. Dissertation, 2009, URN urn:nbn:de:hebis:26-opus-74541.
[3] - Alan D. Borthwick, Neil C. Da Costa: 2,5-diketopiperazines in food and beverages: Taste and bioactivity. In: Critical Reviews in Food Science and Nutrition, (2017), DOI 10.1080/10408398.2014.911142.
Kategorie: Stoffgruppen
Letzte Änderung am 24. Juni 2023.
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