Untersuchung zur Biosynthese aromatischer Sekundärmetabolite in Zellstrukturen von Sorbus aucuparia L. und Centaurium erythraea RAFN. (eBook, PDF)

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Produktbeschreibung

Benzoesäure und Benzoesäurederivate können in Pflanzen über vielfältige Biosynthesewege gebildet werden. Es sind unterschiedlichste Mechanismen für verschiedene Pflanzen beschrieben worden. Eine Aufklärung von beteiligten Enzymen sowie die damit verbundene Darstellung der Reaktionsabfolge der einzelnen Biosynthesewege ist bisher nur begrenzt gelungen. Mit Zellkulturen von Centaurium erythraea steht ein interessantes Modellsystem zur Untersuchung der Biosynthese von 3-Hydroxybenzoesäure über Zwischenstufen des Shikimatweges zur Verfügung. In der vorliegenden Arbeit konnte erstmals in biochemischen Untersuchungen die ATP-abhängige Biosynthese der 3-Hydroxybenzoesäure aus Shikimisäure gezeigt werden. Das enzymatische Produkt wurde ausschließlich in Elicitorbehandelten Zellkulturen von C. erythraea nachgewiesen, die neben dem konstitutiv gebildeten 1-Hydroxy-3,5,6,7,8-pentamethoxyxanthon auch das 1-Hydroxy-3,5,6,7-tetramethoxyxanthon akkumulieren. Untersuchungen zur Biosynthese der Benzoesäure wurden ebenfalls durchgeführt, wobei p-Cumarat:CoA-Ligasen (4CL) in Zellkulturen von Sorbus aucuparia bearbeitet wurden. Die 4CL wird in höheren Pflanzen von Genfamilien kodiert. Eine Spezialisierung der einzelnen Isoformen liegt aufgrund unterschiedlicher Substratspezifitäten, Expressionsmuster und struktureller Organisation ihrer Gene nahe. 4CL-Isoformen lassen sich bei einigen Pflanzen so der Lignin-Biosynthese oder anderen Phenylpropan- Wegen zuordnen. Trotz unterschiedlicher Substratspezifitäten beschränkt sich das Aktivitätsspektrum aller bekannten 4CLs auf Zimtsäurederivate. Hier konnte mit Sa4CL2 die zweite p-Cumarat:CoA-Ligase aus S. aucuparia identifiziert werden. Der ORF umfasst 1644 bp und kodiert für 547 Aminosäuren. Sa4CL2 hat eine Molekülmasse von ca. 62 kDa. Die höchste katalytische Effizienz (Kcat/KM) zeigt sich gegenüber Ferulasäure und Kaffeesäure, gefolgt von p-Cumarsäure und Zimtsäure. Sinapinsäure und Benzoesäure werden nicht akzeptiert. Das pH-Optimum der Reaktion liegt bei pH 7,5 und das Temperaturoptimum bei 35-40 °C. Die Reaktion ist abhängig von divalenten Kationen, wobei mit Mangan und Magnesium die höchsten Aktivitäten erzielt werden. Für die drei bisher bekannten Sa4CL-Isoformen wurde hier eine differenzielle Expression in unterschiedlichen Geweben nachgewiesen. Sa4CL2 und Sa4CL3 weisen daneben unterschiedliche Substratspezifitäten auf. Zusammen mit signifikanten Unterschieden in der Primärstruktur der Proteine können Sa4CL1 und Sa4CL2 der Klasse I der 4CLs (Lignin-Biosynthese) und Sa4CL3 der Klasse II (Flavonoid-Biosynthese) zugeordnet werden. Eine massive Steigerung der 4CL-Expression in Elicitor-behandelten Zellkulturen von S. aucuparia findet im Gegensatz zur starken Induktion der Biphenyl-Synthase nicht statt. Sa4CLs scheinen folglich weder an der Biosynthese noch der Aktivierung von Benzoesäure beteiligt zu sein. Eine klassische Rekrutierung der 4CLs für die Lignin-Biosynthese und andere Phenylpropan-Stoffwechselwege liegt nahe. S. aucuparia bildet nach Pathogenbefall Phytoalexine vom Biphenyl-Typ. Das mengenmäßig häufigste Biphenyl ist das Aucuparin. In dieser Arbeit wurde ein Syntheseschema erarbeitet, das neben Aucuparin auch die isomeren Dihydroxy-monomethoxybiphenyle und das isomere Monohydroxydimethoxybiphenyl zugänglich macht. Ausgehend von einer Suzuki-Kupplung sind so auch mögliche Zwischenprodukte der Aucuparin-Biosynthese leicht darstellbar. Diese können als Substrate für die Untersuchung von O-Methyltransferase-Reaktionen wertvoll sein.

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Produktdetails

• Verlag: Cuvillier Verlag
• Seitenzahl: 166
• Erscheinungstermin: 5. August 2008
• Deutsch
• ISBN-13: 9783736926653
• Artikelnr.: 49149770