Untersuchung zur Biosynthese aromatischer Sekundärmetabolite in Zellstrukturen von Sorbus aucuparia L. und Centaurium erythraea RAFN.

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• Publisher: Cuvillier Verlag
• Year: 2008
• eBook ISBN:
  9783736926653
• Print ISBN:
  9783867276658
• Edition: 1

Benzoesäure und Benzoesäurederivate können in Pflanzen über vielfältigeBiosynthesewege gebildet werden. Es sind unterschiedlichste Mechanismenfür verschiedene Pflanzen beschrieben worden. Eine Aufklärung vonbeteiligten Enzymen sowie die damit verbundene Darstellung derReaktionsabfolge der einzelnen Biosynthesewege ist bisher nur begrenztgelungen. Mit Zellkulturen von Centaurium erythraea steht ein interessantesModellsystem zur Untersuchung der Biosynthese von 3-Hydroxybenzoesäureüber Zwischenstufen des Shikimatweges zur Verfügung.In der vorliegenden Arbeit konnte erstmals in biochemischen Untersuchungendie ATP-abhängige Biosynthese der 3-Hydroxybenzoesäure aus Shikimisäuregezeigt werden. Das enzymatische Produkt wurde ausschließlich in ElicitorbehandeltenZellkulturen von C. erythraea nachgewiesen, die neben demkonstitutiv gebildeten 1-Hydroxy-3, 5, 6, 7, 8-pentamethoxyxanthon auch das1-Hydroxy-3, 5, 6, 7-tetramethoxyxanthon akkumulieren.Untersuchungen zur Biosynthese der Benzoesäure wurden ebenfallsdurchgeführt, wobei p-Cumarat: CoA-Ligasen (4CL) in Zellkulturen vonSorbus aucuparia bearbeitet wurden. Die 4CL wird in höheren Pflanzen vonGenfamilien kodiert. Eine Spezialisierung der einzelnen Isoformen liegtaufgrund unterschiedlicher Substratspezifitäten, Expressionsmuster undstruktureller Organisation ihrer Gene nahe. 4CL-Isoformen lassen sich beieinigen Pflanzen so der Lignin-Biosynthese oder anderen Phenylpropan-Wegen zuordnen. Trotz unterschiedlicher Substratspezifitäten beschränkt sichdas Aktivitätsspektrum aller bekannten 4CLs auf Zimtsäurederivate.Hier konnte mit Sa4CL2 die zweite p-Cumarat: CoA-Ligase aus S. aucupariaidentifiziert werden. Der ORF umfasst 1644 bp und kodiert für547 Aminosäuren. Sa4CL2 hat eine Molekülmasse von ca. 62 kDa. Diehöchste katalytische Effizienz (Kcat/KM) zeigt sich gegenüber Ferulasäure undKaffeesäure, gefolgt von p-Cumarsäure und Zimtsäure. Sinapinsäure undBenzoesäure werden nicht akzeptiert. Das pH-Optimum der Reaktion liegt beipH 7, 5 und das Temperaturoptimum bei 35-40 °C. Die Reaktion ist abhängigvon divalenten Kationen, wobei mit Mangan und Magnesium die höchstenAktivitäten erzielt werden.Für die drei bisher bekannten Sa4CL-Isoformen wurde hier eine differenzielleExpression in unterschiedlichen Geweben nachgewiesen. Sa4CL2 und Sa4CL3weisen daneben unterschiedliche Substratspezifitäten auf. Zusammen mitsignifikanten Unterschieden in der Primärstruktur der Proteine könnenSa4CL1 und Sa4CL2 der Klasse I der 4CLs (Lignin-Biosynthese) und Sa4CL3der Klasse II (Flavonoid-Biosynthese) zugeordnet werden.Eine massive Steigerung der 4CL-Expression in Elicitor-behandeltenZellkulturen von S. aucuparia findet im Gegensatz zur starken Induktion derBiphenyl-Synthase nicht statt. Sa4CLs scheinen folglich weder an derBiosynthese noch der Aktivierung von Benzoesäure beteiligt zu sein. Eineklassische Rekrutierung der 4CLs für die Lignin-Biosynthese und anderePhenylpropan-Stoffwechselwege liegt nahe.S. aucuparia bildet nach Pathogenbefall Phytoalexine vom Biphenyl-Typ. Dasmengenmäßig häufigste Biphenyl ist das Aucuparin. In dieser Arbeit wurdeein Syntheseschema erarbeitet, das neben Aucuparin auch die isomerenDihydroxy-monomethoxybiphenyle und das isomere Monohydroxydimethoxybiphenylzugänglich macht. Ausgehend von einer Suzuki-Kupplungsind so auch mögliche Zwischenprodukte der Aucuparin-Biosynthese leichtdarstellbar. Diese können als Substrate für die Untersuchung von O-Methyltransferase-Reaktionen wertvoll sein.