Kurzdefinition
Wissenschaftliche Beschreibung
Kurzdefinition
Cannabigerolsäure (CBGA) ist der gemeinsame Vorläufer aller bekannten Phytocannabinoide in Cannabis sativa. Ihre Biosynthese verläuft in zwei Schritten: (1) Olivetolsäure-Synthese (aus Hexanoyl-CoA + 3× Malonyl-CoA durch OLS und OAC) und (2) Prenylierung von Olivetolsäure mit GPP durch die Geranyltransferase CsPT4. CBGA wird dann von substratspezifischen Oxidocyclasen (THCAS, CBDAS, CBCAS) zu den jeweiligen Endcannabinoiden umgewandelt.
Wissenschaftliche Beschreibung
Schritt 1a: Olivetolsäure-Synthese durch OLS: OLS (Olivetol-Synthase) ist eine Typ-III-Polyketidsynthase (PKS) mit 385 Aminosäuren. Sie katalysiert die iterative Kondensation von Hexanoyl-CoA (C6-Starter) mit drei Malonyl-CoA-Einheiten:
Hexanoyl-CoA + 3× Malonyl-CoA → Hexanoyl-Triketid (C₁₆-Polyketid)
OLS allein produziert primär Olivetol (nicht-cyclisiertes Produkt und falsch-zyklisierte Nebenprodukte). OLS hat keine spezifische Ringschluss-Spezifität.
Schritt 1b: Cyclisierung durch OAC (Olivetolsäure-Cyclase): Gagne et al. (2012, PMID: 3411943) entdeckten die OAC als zweites notwendiges Enzym. OAC ist ein kleines Protein mit nur 101 Aminosäuren und einem dimethylarginin-reichen DABB-Faltungstyp (Di-domain Antibiotic Biosynthesis B-Fold). OAC führt die stereoselektive Aldol-Cyclisierung des Polyketid-Intermediats durch:
Hexanoyl-Triketid → Olivetolsäure (5-Pentyl-Resorcin-2-Carbonsäure)
Ohne OAC entstehen falsch-cyclisierte Nebenprodukte; OAC ist damit der Spezifitätsdeterminator der Olivetolsäure-Synthese.
Schritt 2: Prenylierung durch CsPT4: CsPT4 (Cannabis sativa Prenyltransferase 4) ist eine aromatische Prenyltransferase, die spezifisch die Geranyldiphosphat (GPP, C₁₀; aus dem MEP-Weg) auf Olivetolsäure überträgt:
Olivetolsäure + GPP → Cannabigerolsäure (CBGA) + Pyrophosphat
Die Reaktion erfordert Mg²⁺ als Cofaktor und findet in plastidähnlichen Organellen der Trichom-Köpfchenzellen statt. CsPT4 zeigt hohe Substratspezifität für Olivetolsäure und GPP; Olivetol (ohne Carboxylgruppe) wird nicht akzeptiert.
Hexanoyl-CoA-Herkunft: Der Starter Hexanoyl-CoA entsteht aus Hexanoat (Hexansäure, C6). In Cannabis wird Hexanoat durch Fettsäure-Synthase-ähnliche Mechanismen aus Acetat/Malonyl-CoA oder durch Beta-Oxidation von Fettsäuren bereitgestellt. Die genaue Regulation des Hexanoyl-CoA-Pools in Trichomen ist noch nicht vollständig aufgeklärt.
CBGA als Gabelungspunkt: CBGA wird durch drei Cyclooxygenase-ähnliche Enzyme oxidiert: - THCAS → THCA (THC-Säure) - CBDAS → CBDA (CBD-Säure) - CBCAS → CBCA (Cannabichromenisäure)
Der relative Anteil der drei Enzyme bestimmt den Chemovar (Chemotyp) der Sorte.
Valeryl-Analoga: Der gleiche biosynthetische Apparat (OLS/OAC mit Valeryl-CoA als Starter + CsPT4 + THCAS/CBDAS) produziert C3-Cannabinoide (THCVA, CBDVA, CBGVA) – die Grundlage von THCV/CBDV/CBGV in entsprechenden Sorten.
Biologische Auswirkungen
- Cannabinoid-Vorläufer: Alle C5-Phytocannabinoide (THCA, CBDA, CBGA, CBCA) sind direkte CBGA-Derivate.
- Trichom-spezifisch: CBGA-Synthese findet ausschließlich in glandulären Drüsentrichomen statt (Köpfchentrichome); CBGA wird nicht systemisch transportiert (kein Phloem-Transport).
- Reifeabhängig: Junge Trichome: hohe CBGA-Anteile; reife Trichome: CBGA weitgehend zu THCA/CBDA konvertiert.
- Feedback-Regulation: Akkumulierendes CBGA könnte OLS/OAC-Aktivität hemmen; dies ist noch nicht untersucht.
Anbau-Relevanz
- Erntezeitpunkt: Zu frühe Ernte → höhere CBGA-Anteile, weniger konvertiert zu THCA → niedrigere THC-Potenz; Trichom-Mikroskopie (klar → milchig → bernstein) zeigt Konversionsgrad.
- Sortenwahl-Enzymausstattung: Sorten mit hoher THCAS-Expression produzieren primär THCA; Sorten mit hoher CBDAS produzieren CBDA; das Gen-Dosage-Verhältnis bestimmt das Cannabinoid-Profil.
- UV-B-Effekt: UV-B-Stress kann OLS/OAC-Expression beeinflussen – empirisch: erhöhte THC-Gehalte unter UV-B wurden beschrieben, Mechanismus noch nicht vollständig geklärt.
- Temperatur: >35 °C Trichom-Temperatur kann THCAS/CBDAS-Aktivität reduzieren → höhere CBGA-Restgehalte bei Ernte.
Verwandte Begriffe
OLS (Olivetol-Synthase), OAC (Olivetolsäure-Cyclase), CsPT4, Hexanoyl-CoA, Malonyl-CoA, GPP, Olivetolsäure, THCAS, CBDAS, CBCAS, Chemovar, MEP-Weg, Valeryl-CoA, CBGVA
Quellen
- Gagne SJ et al. (2012): Identification of olivetolic acid cyclase from Cannabis sativa. PNAS 109(31):12811-12816. PMCID: PMID: 3411943
- Page JE, Boubakir Z (2011): Aromatic prenyltransferase from Cannabis sativa. Plant J 68(3):519-531. DOI: 10.1104/pp.111.190157
- Taura F et al. (2009): Characterization of olivetol synthase. FEBS Lett 583(12):2061-2066