Rhizopus: Schimmelpilz und Biokatalysator
Die Schimmelpilzgattung Rhizopus: systematische Stellung außerhalb der Ascomyceten, Aussehen, Vermehrung, Lebensmittelverderb und Nutzung zur Hydroxylierung von Steroiden.
Das Wichtigste in Kürze
- Rhizopus ist eine Schimmelpilzgattung der Mucoromycota (früher Zygomyceten) und gehört nicht zu den Ascomyceten.
- Typisch sind Stolonen, Rhizoide und Sporangienträger mit schwarzen Sporangien und Columella.
- Rhizopus vermehrt sich asexuell über Sporangiosporen und sexuell über eine Zygospore aus verschmolzenen Gametangien.
- Rhizopus besiedelt Brot, Obst und Gemüse und verursacht Lebensmittelverderb.
- In der Biotransformation hydroxyliert Rhizopus Progesteron stereoselektiv zu \(11\alpha\)-Hydroxyprogesteron, einer Vorstufe von Cortison.
Worum es geht
Rhizopus kennt man als schwarz gepunkteten Flaum auf altem Brot. In der Pharmazie ist derselbe Pilz ein Werkzeug: Er hydroxyliert Steroide an Stellen, die die Chemie kaum erreicht, und liefert so Vorstufen für Corticoide.
Einordnung und Erscheinungsbild
Rhizopus ist eine Gattung von Schimmelpilzen. Bekanntester Vertreter ist der Brotschimmel Rhizopus stolonifer. Anders als Aspergillus und Penicillium gehört Rhizopus nicht zu den Ascomyceten. Er zählt zu den Mucoromycota, früher Zygomyceten genannt. Seine Hyphen sind weitgehend unseptiert.
Das Mycel hat einen typischen Bau. Bogenförmige Ausläufer, die Stolonen, überspannen das Substrat. Wo sie aufsetzen, wachsen wurzelartige Rhizoide ein. Sie geben der Gattung den Namen (griech. rhiza, Wurzel). Darüber stehen Büschel aufrechter Sporangienträger mit kugeligen, schwarzen Sporangien. In jedes Sporangium wölbt sich die blasige Columella hinein.
Fortpflanzung
Rhizopus verbreitet sich über Sporen. Er nutzt dafür zwei Wege, einen asexuellen und einen sexuellen.
- Asexuell: Im Sporangium entstehen durch Mitosen zahlreiche Sporangiosporen. Der Wind verträgt sie, und jede keimt zu neuem Mycel aus. Eine Knospung wie bei Hefen gibt es nicht.
- Sexuell: Treffen Hyphen der Paarungstypen (+) und (−) aufeinander, verschmelzen ihre Gametangien. Es entsteht eine dickwandige, überdauernde Zygospore. Nach der Meiose keimt sie mit einem Keimsporangium aus.
Lebensmittelverderb
Als Saprophyt lebt Rhizopus von toter organischer Substanz. Er besiedelt Nahrungsmittel wie Brot, Obst und Gemüse. Sein Mycel wächst schnell und verdirbt Lebensmittel, bei weichem Obst oft als Fäule.
Steroid-Biotransformation
Rhizopus besitzt Enzyme, die Steroide sehr gezielt umbauen. Diese Fähigkeit nutzt die Biotechnologie.
Umwandlung eines zugesetzten Substrats durch lebende Zellen oder ihre Enzyme in ein definiertes Produkt. Meist ist es nur ein einzelner, regio- und stereoselektiver Reaktionsschritt.
Das klassische Beispiel ist die stereoselektive Hydroxylierung von Progesteron. Rhizopus-Arten führen eine OH-Gruppe an C-11 in α-Stellung ein. So entsteht \(11\alpha\)-Hydroxyprogesteron. Chemisch ist C-11 kaum angreifbar, denn dort fehlt jede aktivierende Gruppe. Das Produkt dient als Ausgangsstoff für Cortison und Hydrocortison, also für Steroidhormone wie die der Nebennierenrinde.
Anders als Rhizopus spielt Trichophyton hier keine Rolle, denn dieser Hautpilz ist ein Erreger von Dermatophytosen. Ätherische Öle gewinnt man aus Pflanzen, nicht mit Rhizopus.
Quiz
Aussage 1
Bei der sexuellen Vermehrung von Rhizopus verschmelzen Gametangien zweier Paarungstypen zu einer dickwandigen Zygospore.
Gametangien der Typen (+) und (−) verschmelzen zur Zygospore, die nach der Meiose mit einem Keimsporangium auskeimt.
Aussage 2
Rhizopus gehört wie Penicillium zu den Ascomyceten.
Rhizopus zählt zu den Mucoromycota (früher Zygomyceten). Penicillium ist dagegen ein Ascomycet.
Aussage 3
Rhizopus wandelt Progesteron durch Einführen einer OH-Gruppe an C-17 in die Cortison-Vorstufe um.
Rhizopus hydroxyliert stereoselektiv an C-11 in α-Stellung. Das Produkt ist 11α-Hydroxyprogesteron.
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