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FU Berlin
Digitale Dissertation

Bernd Essigmann :
Sulfolipid in Arabidopsis thaliana
Biosynthese, Regulation und Funktion
Sulfolipid in Arabidopsis thaliana

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Zusammenfassung

Das Sulfolipid Sulfoquinovosyldiacylglycerin wird in nahezu allen photosynthetischen sowie in einigen wenigen nichtphotosynthetischen Organismen gefunden. Bisher wurde die Biosynthese und Funktion dieses außergewöhnlichen Lipids hauptsächlich in Bakterien studiert. Im Rahmen dieser Arbeit wird die Modellpflanze Arabidopsis thaliana als Untersuchungsobjekt eingeführt. Ein Teil der Arbeit befaßt sich mit der Biosynthese von Sulfolipid, wobei vor allem die Reaktion, die zur Bildung der Sulfoquinovose-Kopfgruppe führt, untersucht wird. In einem molekularbiologisch/genetischen Ansatz wird das SQD1-Gen von Arabidopsis rekombinant exprimiert und aufgereinigt. Das Protein konnte mit Hilfe eines Homologiemodells charakterisiert und biochemisch untersucht werden. So wurde NAD+ als Cofaktor und UDP-Glucose als Substrat von SQD1 identifiziert. Mit der Kristallisation des SQD1-Proteins und der sich daraus ergebenden Kristallstruktur konnten die Ergebnisse des Homologiemodells und der biochemischen Charakterisierung bestätigt werden. Die Resultate wurden in einem Vorschlag für den SQD1-Reaktionsmechanismus zusammengefaßt.

In dem zweiten Teil der Arbeit konnte ein Beitrag zum Verständnis der Regulation und der Funktion von Sulfolipid in Arabidopsis geleistet werden. Es konnte eine drastische Änderung der Lipidkomposition unter Phosphatmangel festgestellt werden, einhergehend mit einem deutlichen Anstieg auf SQD1 mRNA- und SQD1-Protein. Zur weiteren Untersuchung der Funktion von Sulfolipid wurde die pho1 Mutante herangezogen. Die physiologischen Untersuchungen dieser pho1 Mutante im Vergleich zum Wildtyp ergaben, daß sie trotz deutlich veränderter Lipidzusammensetzung keine Unterschiede in der Lichtanpassung aufweist.

Diese Beobachtungen lassen einerseits darauf schließen, daß die Substitution eines Thylakoidlipides durch ein anderes Lipid eine weitverbreitete Strategie der Pflanze ist, um die Funktionsfähigkeit der photosynthetischen Membran zu gewährleisten. Andererseits wird gezeigt, daß offensichtlich ein gewisser Anteil anionischer Lipide für diese Funktionsfähigkeit nötig ist. Unter Phosphatmangel ist Sulfolipid der geeignete Substituent für das anionische Phospholipid Phosphatidylglycerin.

Inhaltsverzeichnis

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Inhaltsverzeichnis

1

Einleitung

 1

1.1

Lipide in der photosynthetischen Membran

 2

1.2

Das Sulfolipid6

 4
1.3 Molekulargenetischer Ansatz mit Modellorganismen 11
1.4 Kristallstruktur und Homologie Modelling 13

1.5

Zielsetzung

 15

2

Material

 16

2.1

Chemikalien und Enzyme

 16

2.2

Bakterienstämme und Vektoren

 16

2.3

Pflanzen

 17

2.4

Medien

17

3

Methoden

 18

3.1

Kultivierung von Pflanzen und Bakterien

 18
3.2 DNA/RNA-Techniken 19
3.3 Transformation 22
3.4 Lipidanalyse 23
3.5 Proteinanalyse 24
3.6 Kristallstruktur 28
3.7 Computergestützte Datenbankvergleiche 29
3.8 Molecular Modelling 29
3.9 Quantitative NAD+ Bestimmung 31
3.10 HPLC-Analyse 31
3.11 Massenspektrometrie von NAD+ 32
3.12 NMR-Spektroskopie 32
4 Ergebnisse 33
4.1 Das SQD1 Gen 33
4.2 Homologiemodell von SQD1 37
4.3 Biochemische Charakterisierung von SQD1 44
4.4 Kristallstruktur von SQD1 52
4.5 Untersuchungen zur spezifischen Funktion von Sulfolipid inhöheren Pflanzen 55
4.6 Untersuchungen zur Rolle von Lipiden in der Photosynthese anhand der pho1 Mutante von Arabidopsis 62
5 Diskussion 66
5.1 Das SQD1 Protein 67
5.2 Funktion und Regulation von Sulfolipid 73
6 Zusammenfassung 78
Summary 79
7 Literatur 80
8 Anhang 92
8.1 Konstruktion transgener Pflanzen 92
8.2 Überexpression in Arabidopsis 93
8.3 Gen Knock-out in Arabidopsis 94

Ergänzende Angaben:

Online-Adresse: http://www.diss.fu-berlin.de/1999/41/index.html
Sprache: Deutsch
Keywords: plant; membrane lipids; photosynthesis; UDP-sulfoquinovose
DNB-Sachgruppe: 30 Chemie
Datum der Disputation: 10-Jun-99
Entstanden am: Fachbereich Biologie, Chemie, Pharmazie, Freie Universität Berlin
Erster Gutachter: Prof. Dr. Volker A. Erdmann
Zweiter Gutachter: Prof. Dr. Christoph Benning
Kontakt (Verfasser): essigmann@mpimp-golm.mpg.de
Kontakt (Betreuer): benning@pilot.msu.edu
Abgabedatum:18-Aug-99
Freigabedatum:18-Aug-99

 

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