Vincristine - Digischool

Vincristine
Door: Francine Behnen-Bonebakker
Met dank aan Teus Luijendijk en Nicole van Dam.
Deze lessenserie toont hoe de plant Catharanthus roseus (L.) G. Don. de stof
vincristine maakt. Vincristine is een schaarse en daardoor dure stof die gebruikt
wordt bij de behandeling van Leukemie. De lessenserie is bedoeld voor
leerlingen van het Studiehuis.
1. Inleiding
Vincristine is een stofje wat nuttig is in de therapie tegen leukemie
(http://www.mednet.gr/pim/h1.htm).
Het stofje is heel duur: 6000 dollar per gram.
Vincristine is moeilijk chemisch na te maken.
De plant Catharanthus roseus (L.) G. Don. maakt vincristine om zich te
beschermen tegen de vraat van kleine herbivoren (insecten).
Catharanthus roseus (L.) G. Don. komt oorspronkelijk uit Madagascar.
Een plant maakt, naast de stoffen voor de groei (primair metabolisme), ook
stoffen om zichzelf te verdedigen (secundair metabolisme). Het is mooi
meegenomen als zo'n stofje een genezende werking heeft bij mensen.
Planten maken heel veel van deze secundaire metabolieten, ze moeten wel, ze
kunnen immers niet weglopen voor de vijand.
De vorming van vincristine is een voorbeeld hoe planten stoffen maken die nuttig
zijn voor de mens.
2.1 Opdracht
Maak een overzicht hoe Catharanthus roseus (L.) G. Don. de stof vincristine
vormt.
Download daartoe de tekening (*adres tekening.
Gebruik je leerboek en de informatie op de site of in deze tekst. In hoofdstuk 3
van deze tekst vind je een uitleg van de vorming van vincristine in hoofdlijnen. De
paragrafen van hoofdstuk 4 geven een nadere toelichting over de stoffen die
betrokken zijn bij de vorming van vincristine.
Je maakt zelf een overzicht van de vorming van vincristine met behulp van de
*tekening*.
Om te begrijpen hoe de plant vincristine maakt moet je de informatie op deze site
combineren met wat je al weet uit je leerboek of andere bronnen. Je overzicht
houdt je bij de hand wanneer je de toets maakt. Zo kun je jezelf nakijken.
2.2 Examenstof
Een groot gedeelte van de informatie op deze site valt binnen de examenstof.
Een klein gedeelte van de informatie op deze site valt buiten de examenstof,
maar is nodig om de vorming van vincristine te begrijpen.
2.3 Wat je leert
-
Hoe een plant een geneesmiddel maakt tegen een ernstige ziekte.
De vorming van aminozuren.
De vorming van alkaloïden (de grondstof voor het geneesmiddel).
Het belang van vincristine voor Catharanthus roseus (L.) G. Don. en de
mens.
De termen ketonzuur, AcetylCoA, aminozuur, tryptofaan, primaire
metaboliet, geraniol, strictosidine, vincristine, secundaire metaboliet.
3. Benodigde Informatie
3.1 Vorming Glucose
De plant maakt glucose door middel van fotosynthese.
De plant gebruikt glucose om vincristine te maken.
Het omzetten van stoffen (glucose) in andere stoffen (vincristine) noemen we
metabolisme.
Het primaire metabolisme is de vorming van suikers, eiwitten en vetten; stoffen
die nodig zijn voor het in leven blijven en houden
Het secundaire metabolisme is vorming van stoffen die het in leven blijven en
houden aangenamer maken, bijvoorbeeld geur- en kleurstoffen om bestuivers te
lokken, stoffen om herbivoren te ontmoedigen.
3.2 Vorming aminozuren
De plant maakt aminozuren uit glucose.
Dit proces noemt men aminering. Aminering vindt plaats in jonge groeiende
wortelcellen.
Bij de aminering wordt een ammoniumion gekoppeld aan een ketonzuur, welke
ontstaat tijdens de glycolyse of de citroenzuurcyclus.
Aminozuren zijn primaire metabolieten.
Vorming eenvoudig aminozuur alanine:
Abstract:
Verschillende aminozuren hebben een verschillende R (=restgroep).
3.3 Vorming terpeenalcohol
De plant maakt een terpeenalcohol uit AcetylCoA.
Voor de vorming van vincristine is de terpeenalcohol geraniol nodig. Geraniol
komt in veel planten voor. Geraniol kun je ruiken als je een geraniumblad
kneust.
De plant maakt geraniol, via een heleboel tussenstappen, uit 6 moleculen
AcetylCoA.
AcetylCoA is een primaire metaboliet.
Geraniol is een secundaire metaboliet.
Deze reactievergelijking is een totaalreactie. In werkelijkheid is het veel
ingewikkelder. In biologische reacties geeft men vaak niet de precieze balans
van H-atomen weer. Dit lijkt slordig, maar deze atomen zijn immers volop
beschikbaar in de waterige oplossing waarin de reacties plaatsvinden.
3.4 Vorming Vincristine
Catharanthus roseus (L.) G. Don. maakt, via een groot aantal tussenstappen,
vincristine uit het aminozuur tryptofaan en de terpeenalcohol geraniol.
De laatste stappen van de vorming van vincristine vinden plaats in het
pallissadeparenchym van de bladcellen.
Eerst wordt tryptofaan, omgezet in tryptamine en wordt geraniol, via een aantal
tussenstappen, omgezet in secologanine (stap 1).
Tryptamine en secologanine vormen de monomeer strictosidine (stap 2).
Twee strictosidinemoleculen vormen, wederom via een aantal, slechts
gedeeltelijk bekende, tussenstappen, samen de dimeer vincristine (stap 3).
Stap 1:
Stap 2 en 3:
4. Nadere toelichting
4.1 Aminozuur
Aminozuren worden uit ketonzuren gevormd. Ketonzuren zijn tussenprodukten
van de citroenzuurcyclus en glycolyse. De algemene reactievergelijking voor de
vorming van aminozuren is:
Verschillende aminozuren hebben verschillende R (restgroep):
4.2 Catharanthus roseus (L.) G. Don.
Een kleine struik met stengels tussen de 30 en 100 cm lang, meestal
rechtopstaand, soms halfliggend. De stengels bevatten wit sterk geurend sap. De
stengels zijn glad, groen tot donkerpaars van kleur. De plant heeft
tegenoverstaande, langwerpige, groen tot donkergroene bladeren met lichter
gekleurde nerven. De bloemen bloeien aan het eind van de stengel in groepjes
van 2 tot 5 bloemen. De bloemen zelf hebben een diameter van ongeveer 5 cm
en kunnen wit zijn, wit met een donker hart of roze tot paars met een donker of
een licht hart. De vruchten bestaan uit groene blaasjes tussen de 1 en 5 cm lang,
waarin enkele tot zeer veel zwarte zaden zitten.
Oorspronkelijk komt de plant alleen in Madagascar voor, maar is door mensen
verspreid over grote delen van de wereld. Men kan de plant nu in delen van
Afrika, Zuid-Amerika, Azië, Australië en zelfs in europese streken langs de
Middellandse Zee vinden.
4.3 Monomeer en Dimeer
Een monomeer is een organische stof.
Een dimeer is een organische stof die uit twee sterk op elkaar lijkende delen is
opgebouwd.
Strictosidine is een monomeer.
Vincristine is een dimeer.
4.4 Fotosynthese
Fotosynthese vindt plaats in de bladgroenkorrels van de bladeren.
De netto reactie is:
Een uitgebreide uitleg over fotosynthese vind je
http://www.digischool.nl/bioplek/animaties/fotosynthese/
fotosynthmodel.html
of
http://www.digischool.nl/bioplek/animaties/fotosynthese/
lichtreactie.html
4.5 Geraniol
Een stofje wat door veel planten wordt gemaakt. Planten maken vanuit geraniol
zeer verschillende stoffen die over het algemeen lekker ruiken.
Geraniol
C10 H18O
Structuurformule van geraniol:
4.6 Ketonzuur
Een ketonzuur is een koolhydraat met een ketongroep:
Voorbeelden van ketonzuren zijn:
Pyrudruivezuur
AcetylCoA
2-oxoglutaarzuur
Oxaalazijnzuur
Deze stoffen komen voor in de glycolyse en de citroenzuurcyclus.
Bovengenoemde stoffen zijn primaire metabolieten.
4.7 Primair metabolisme
Het primair metabolisme is het omzetten van stoffen in andere stoffen die nodig
zijn voor het in leven blijven en houden van de cel of het organisme.
De vorming van suikers, eiwitten en vetten behoort tot het primair metabolisme.
Daarmee horen ook de vorming van ketonzuren, aminozuren en vetzuren tot het
primair metabolisme.
De glycolyse en de citroenzuurcyclus zijn processen in het primair metabolisme.
4.8 Secundair metabolisme
De vorming van stoffen die het leven aangenamer maken maar niet strikt
noodzakelijk zijn voor het in leven blijven en houden noemen we het secundair
metabolisme. De vorming van geur- en kleurstoffen horen tot het secundair
metabolisme.
Voorbeelden van secundaire plantestoffen zijn:
etherische oliën (lavendel olie, rozenolie, laurierolie)
halucinerende stoffen
alkaloïden
Vincristine is een alkaloïde.
4.9 Terpeenalcohol
Een terpeenalcohol bevat een koolstofskelet met één of meerdere dubbele
bindingen (terpeen) en een alcoholgroep (OH-groep).
Terpenen zijn vaak vluchtige stoffen die aangenaam ruiken (de geur van rozen,
dennennaalden, eucalyptus, geraniums en talrijke andere planten wordt
veroorzaakt door terpenen).
Terpeenalcoholen zijn voorlopers van terpenen. Wanneer een plant een terpeen
maakt, wordt eerst een terpeenalcohol gevormd die vervolgens voor diverse
reacties gebruikt kan worden. Zoals ook de vorming van geraniol om daaruit
vervolgens vincristine te maken
4.10 Tryptofaan
Tryptofaan is een aminozuur. Als primaire metaboliet wordt tryptofaan in talrijke
reacties in de cel gebruikt.
Tryptofaan is één van de twee grondstoffen waaruit vincristine wordt gevormd.
De structuurformule van tryptofaan:
4.11 Vincristine
Stofje wat door de plant Catharanthus roseus (L.) G. Don. in zeer kleine
hoeveelheden wordt gemaakt.
Vincristine is nuttig in de therapie tegen leukemie (zie bijvoorbeeld
www.eggscape.com/treasure.html).
Het is moeilijk om vincristine kunstmatig te maken.
Vincristine is erg duur: 6000 dollar per gram.
Vincristine beschermt de plant tegen vraat van kleine herbivoren (insecten)
De structuurformule: