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Biosynthese
Da sich in jeder Zelle, auch der Pflanzenzelle, eine Vielzahl von Purinen befindet wie z.B. die RNA und DNA bzw. ihre Vor- und Abbaustufen sowie die purinhaltigen Cofermente und energiereichen Verbindungen, so glich die Suche nach jenem Punkt, wo die Synthese der Purin-Alkaloide vom allgemeinen Purinstoffwechsel abzweigt, jener nach der 'Nadel im Heustock'. Die erste Hypothese zur Coffeinbiosynthese ist fünfzig Jahre alt und stammt von R.E. Kremers, einem ehemaligen Mitarbeiter der General Foods Corporation in Hoboken, New Jersey (Kremers 1954). Die Tatsache, dass in allen Teilen der Kaffeepflanze das Coffein von ungefähr ebensoviel (aequimolar) Trigonellin, einem Pyridin-Derivat, begleitet wird, verleitete ihn zur Spekulation, dass beide Substanzen von e i n e m gemeinsamen Molekül abgeleitet sind, nämlich vom Coenzym NAD, wobei durch gleichgeartete Reaktionen der Adenin-Teil in Coffein und der Nicotinamid-Teil in Trigonellin umgewandelt würde. Die experimentelle Aufklärung der Biosynthese ist ein ausgezeichnetes Beispiel für die "Gleichzeitigkeit" der Entdeckungen in der naturwissenschaftlichen Forschung. Ohne voneinander zu wissen, forschten Leute an drei Orten der Welt zur gleichen Zeit am gleichen Problem: In Tokyo, Japan, Inoue & Adachi (1961, 1962), in Moskau, Russland, Proiser & Serenkov (1961, 1963) sowie Zaprometov (1962). und in New York Anderson (& Gibbs). In Tokyo und Moskau wurden Blätter und junge Schösslingen des Tees, und in New York die Blätter des Kaffees mit potenziellen, meist radioaktiven Vorstufen gefüttert. Alle diese Arbeiten zeigten, dass das Puringerüst dieses wichtigen Sekundärstoffes nach dem klassischen Schema aufgebaut wird, wie es bereits für Hefe und Tiere bekannt war (z.B. Buchanan 1948). Es wurde auch vermutet, dass Coffein aus Heteroxanthin (7-Methylxanthin) über Theobromin gebildet werde, was dann ebenfalls in merkwürdiger Koinzidenz (Zürich & Kyoto) bestätigt wurde: Looser et al. (1974; received 11. März 1974) und Suzuki & Takahashi (1975; received 17. Juni 1974).

Die weitere Aufklärung der Coffeinsynthese wurde durch ein unerwartetes Ergebnis begünstigt: Von aussen zugegebenes Adenin, also ein typisches Produkt des Primärstoffwechsels, wird vom Pflanzengewebe effizient zu Coffein umgewandelt: die höchsten Einbauraten von 60 bis 80 % konnten in Suspensionskulturen des Kaffees gemessen werden, wobei Adenin von hoher spezifischer Radioaktivität, also geringer Konzentration, eingesetzt worden war (Schulthess and Baumann 1995). Wird das Pflanzengewebe mit vergleichsweise hohen Konzentrationen an Adenin 'überflutet', so findet ebenfalls, doch mit erheblicher Verzögerung, der Umbau in Coffein statt. Überschüssiges 'Puringerüst' wird vorübergehend in Form von Xanthosin gespeichert, welches deshalb lange als direkter Coffeinvorläufer angesehen wurde (Suzuki et al., 1992). Heute wissen wir, dass zumindest beim Kaffee die erste Methylierung auf Stufe der Nukleotide stattfindet. Die Bildung von 7–MethylXMP ist höchstwahrscheinlich die Nahtstelle zwischen Primärstoffwechsel und Coffeinbiosynthese. In welchem Zellkompartiment letztere stattfindet, ist noch nicht bekannt.

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