Phytol aus dem Chlorophyllabbau ist limitierend für die Tocopherol (Vitamin E)-Synthese
Phytol aus dem Chlorophyllabbau ist limitierend für die Tocopherol (Vitamin E)-Synthese Als Bestandteil von Chlorophyll ist Phytol das am häufigsten vorkommende Isoprenoid in der Biosphäre. Große Mengen an Chlorophyll werden jährlich degradiert und dabei wird Phytol freigesetzt, über dessen Verbleib jedoch wenig bekannt ist. Es sollte der Nachweis erbracht werden, dass im Zuge des Chlorophyllabbaus hydrolysiertes Phytol Eingang in die Synthese anderer Phytylderivate findet. Während der Gehalt an Tocopherol, Chlorophyll und Fettsäurephytylester entwicklungs- bzw. seneszenzabhängig ist, bleibt der Gehalt an Phyllochinon etwa gleich. Auch in Samen ist der Gehalt von Tocopherol, Chlorophyll und Fettsäurephytylester entwicklungsabhängig. Es wurde gefolgert, dass nur die Synthesen von Tocopherol und Fettsäurephytylester während des Chlorophyllabbaus stimuliert werden. Daher sollten Mutanten analysiert werden, welche im Chlorophyllabbau inhibiert sind. Da Chlorophyllase den ersten Schritt des Chlorophyllabbaus katalysiert, wurden zwei unabhängige T-DNA-Insertionsmutanten für Chlorophyllase1 (CHL1) und eine T-DNA-Insertionsmutante für Chlorophyllase2 (CHL2) identifiziert und eine chl1-1chl2-Doppelmutante erzeugt. Die Analyse der Chlorophyllidanteile ergab eine im Vergleich zum Wildtyp starke Reduktion in den chl1-Mutanten, während der Chlorophyllidanteil von chl2 ähnlich hoch dem Wildtyp ist. Der Chlorophyllidanteil sich entwickelnder chl1-1chl2-Pflanzen nahm in der Seneszenz zu. Die Chlorophyllasemutanten zeigten kein verändertes Seneszenzverhalten im Vergleich zu den Wildtypen. Ferner konnte in den chl1-Linien nur geringfügig weniger Tocopherol und Fettsäurephytylester als in den Wildtypen nachgewiesen werden. Auch der Tocopherolgehalt der Samen war in den Chlorophyllasemutanten unverändert zu den Wildtypen. Aufgrund dessen wurde gefolgert, dass neben den Chorophyllasen CHL1 und CHL2 weitere Chlorophyllhydrolasen in Samen und Blättern von Arabidopsis existieren. Daher wurde auf andere Mutanten zurückgegriffen, in denen der Chlorophyllabbau stark inhibiert ist und die Seneszenz nach Dunkelinkubation im Vergleich zum Wildtyp deutlich verzögert ist. Eine deutliche Korrelation zwischen vermindertem Chlorophyllabbau und Gehalt an Tocopherol und Fettsäurephytylester konnte in den staygreen-Mutanten pao1 und zwei unabhängigen SGR (staygreen)-RNAi-Linien nachgewiesen werden. Damit konnte eindeutig gezeigt werden, dass die Synthese von Tocopherol und der Fettsäurephytylester durch die Chlorophyllhydrolyse induziert wird. Es wurde gefolgert, dass vor allem unter Seneszenz- bzw. Stressbedingungen dieser alternative Syntheseweg von Phytol eine Rolle spielt. Dennoch kommt der Phytylsynthese durch die de novo-Isoprenoidsynthese auch eine Bedeutung zu. Nach Behandlung von stickstoffmangelgestressten Wildtyppflanzen mit dem Inhibitor Fosmidomycin, welcher die plastidäre de novo-Isoprenoidsynthese hemmt, war der Tocopherolgehalt gegenüber stickstoffmangelgestressten Kontrollpflanzen stark reduziert. Ferner konnte eine T-DNA-Insertionsmutante der Geranylgeranylreduktase (GGR) identifiziert werden. Diese Mutante kann nur auf Nährmedium überleben, hat nur wenige grüne Blätter und bildet keine Samen. Es konnte kein Phyllochinon, Chlorophyll und keine Fettsäurephytylester, jedoch geringe Mengen Tocopherol nachgewiesen werden. Der Resttocopherolgehalt wird auf die Nebenaktivität einer anderen Reduktase zurückgeführt. Weiterhin wurde nur das Geranylgeranylderivat des Chlorophylls identifiziert. Diese Ergebnisse erlauben den Schluss, dass die phytylgruppenübertragenen Enzyme der Tocopherol-, Phyllochinon- und Fettsäurephytylestersynthese eine hohe Substratspezifität für die Phytylgruppe aufweisen. Nach Fütterung von Phytol konnte in ggr Tocopherol und Chlorophyll bestimmt werden. Aufgrund dessen kann gefolgert werden, dass Chlorophyllsynthetase aus Arabidopsis sowohl Geranylgeranyl-, als auch Phytylpyrophosphat als Substrat nutzen kann und damit ein breiteres Substratspektrum aufweist.
Phytol, Chlorophyll, Tocopherol, Vitamin E
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