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08/17/2022 10:17

Just-in-time-Produktion: Wie Pflanzen intelligent Chlorophyll produzieren

Ina Friebe Kommunikation, Marketing und Veranstaltungsmanagement
Humboldt-Universität zu Berlin

    HU-Forschende weisen die zusätzliche Bedeutung eines Bindeproteins für die Chlorophyll-Synthese nach

    In der Photosynthese wandeln Pflanzen mittels Chlorophyll die uneingeschränkt zur Verfügung stehende Sonnenenergie in biochemische Energie um, die sie für ihren Stoffwechsel nutzen. Wie stellen Pflanzen Chlorophyll allerdings her und wie schaffen sie es, immer ausreichende Mengen des grünen Pigments zur Verfügung zu haben?

    Diese Fragen erforschen Bernhard Grimm und seine Arbeitsgruppe Pflanzenpsychologie vom Institut für Biologie der Humboldt-Universität zu Berlin. Sie beschäftigten sich mit dem komplexen Syntheseweg der Tetrapyrrole, chemische Verbindungen, zu denen nicht nur Chlorophyll gehört, sondern auch das Sauerstoff-bindende Molekül Häm. Über zahlreiche Syntheseschritte wird aus acht Molekülen der Aminosäure Glutamat jeweils ein Molekül Chlorophyll oder Häm erzeugt. Bereits am Beginn des Syntheseweges entscheidet die Pflanze frühzeitig, wie viel Chlorophyll synthetisiert werden kann. Dazu stehen zahlreiche Regulationsmechanismen bereit.

    Seit vielen Jahren nehmen Forscher:innen an, dass die ersten Enzymschritte auch funktionell und strukturell zusammengehalten werden müssen, um Synthese von Chlorophyll effizient zu regulieren. Diesen Beweis erbrachte nun Neha Sinha aus der Arbeitsgruppe Pflanzenpsychologie in Zusammenarbeit mit Forscher:innen der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster. Sie klärten auf, dass der Zusammenhalt der beiden ersten Enzyme, Glutamyl-tRNA Reduktase (GluTR) und Glutamat-1-Semialdehyd Aminotransferase, durch das GluTR-Bindeprotein gewährleistet wird. Ein Dimer dieses Bindeproteins sorgt für den Aufbau eines multimeren Proteinkomplexes, an dem zwei Moleküle der GluTR und vier Moleküle der GSAAT beteiligt sind (siehe Abbildung). Damit ist eine wirkungsvolle Weiterleitung der Metabolite zwischen den beiden Enzymen und ebenso eine genaue Kontrolle der Enzymaktivitäten ermöglicht.

    Schon 2018 publizierte die HU-Arbeitsgruppe, dass das GluTR-Bindeprotein auch überschüssiges Häm, das andere Tetrapyrrol-Endprodukt, binden kann und letztendlich durch diesen Rückkopplungseffekt innerhalb der Tetrapyrrolsynthese die frühen Enzyme des Stoffwechselwegs kontrollieren kann (Richter et al., Elife, 2018). Die Hämbindung des GluTR-Bindeproteins löst die Interaktion zum GluTR, die damit verstärkt durch Proteasen abgebaut wird. Damit ist der multimere Proteinkomplex aufgelöst und die Synthese weiterer Chlorophyllbausteine unterbrochen.

    „Mit diesen neuen Ergebnissen können wir dem GluTR Bindeprotein neben der Häm-abhängigen Kontrolle der GluTR-Stabilität nun auch eine weitere Rolle für die Verknüpfung der beiden ersten Enzymen des Tetrapyrrolsyntheseweges zuschrieben“, sagt Bernhard Grimm. In ihrer weiteren Arbeit wird die Forschungsgruppe versuchen, die Topologie und die Organisation der Synthese von Chlorophyll und Häm innerhalb des für die Photosynthese zuständigen Organs, dem Chloroplasten, aufzuklären.


    Contact for scientific information:

    Prof. Dr. Bernhard Grimm
    Institut für Biologie
    Humboldt-Universität zu Berlin
    Tel.: 030 2093-98332
    E-Mail: bernhard.grimm@rz.hu-berlin.de


    Original publication:

    Neha Sinha, Jürgen Eirich, Iris Finkemeier, Bernhard Grimm. “Glutamate 1-semialdehyde aminotransferase is connected to GluTR by GBP and contributes to the rate-limiting ALA synthesis.” 16.08.2022, The Plant Cell
    https://doi.org/10.1093/plcell/koac237


    Images

    Pflanzen regulieren die Synthese von Chlorophyll durch eine Kontrolle der Enzyme: Modell des multimeren Proteinkomplexes
    Pflanzen regulieren die Synthese von Chlorophyll durch eine Kontrolle der Enzyme: Modell des multime ...

    Sinha et al., The Plant Cell, 2022


    Criteria of this press release:
    Journalists, Scientists and scholars
    Biology
    transregional, national
    Scientific Publications
    German


     

    Pflanzen regulieren die Synthese von Chlorophyll durch eine Kontrolle der Enzyme: Modell des multimeren Proteinkomplexes


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