Dissertation (Metadaten)
Titel:Untersuchungen zur Biosynthese und Funktion von Tocopherol und Plastochinon im Cyanobakterium Synechocystis sp. PCC 6803
 
Autor:Ninja Backasch
 
URN:NBN:urn:nbn:de:gbv:8-diss-30131
 
Fakultät:Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
DDC Sachgebiet:570 Biowissenschaften, Biologie
 
Datum der mdl. Prüfung:08.07.2008
 
Referent(in):Prof. Dr. Rüdiger Schulz
Korreferent(en) Korreferentin:Prof. Dr. Karin Krupinska
 
Beschreibung (original):Im Gegensatz zur Situation in Höheren Pflanzen ist das Enzym 4-Hydroxyphenyl-pyruvat-Dioxygenase (HPPD) in Cyanobakterien nicht essentiell für die Plastochinon Biosynthese. Die Dhpd-Mutante des Organismus Synechocystis sp. PCC 6803 ist nicht in der Lage, Vitamin E zu synthetisieren, der Plastochinon Pool ist jedoch unverändert. Demnach besitzen Cyanobakterien die Fähigkeit Plastochinon auf einem alternativen, von der HPPD unabhängigen Weg zu synthetisieren. Zur Identifizierung von Faktoren, die die Tocopherolbiosynthese in Cyanobakterien beeinflussen, wurden Wildtypzellen des Organismus Synechocystis sp. PCC 6803 unter verschiedenen Bedingungen angezogen. Variiert wurden die Belichtungstärke, die Kohlendioxidversorgung und die Kohlenstoffquelle (photoautotrophe bzw. photo-mixotrophe Bedingungen). Bei hoher Lichtintensität und bei geringer CO2-Versorgung steigt die gemessene Tocopherolmenge. Photomixotrophes Wachstum führt zu geringeren Tocopherolgehalten verglichen mit photoautotrophem Wachstum. Im Zuge der Untersuchungen konnte unter photoautotrophen Bedingungen eine homoploide Dsll0418-Mutante erzeugt werden. Im Widerspruch zu Angaben in der Literatur ist das Ausschalten dieses Genes unter photomixotrophen Bedingungen nicht letal, und der Einfluss sowohl auf die Tocopherol- als auch auf die Plastochinonmenge in der Zelle zu vernachlässigen. Die Tocopherol defiziente Mutante Dslr0090, in der die HPPD ausgeschaltet ist, zeigte eine geringere Stabilität des Photosystems II im Vergleich zum Wildtyp bei Einstrahlung hoher Lichtintensitäten. Mittels Immunoblot-Analysen wurde dargestellt, dass der D1-Protein Turnover in der Dhpd im Lichtstress gestört ist. Anhand mit Histidinresten markierter Mutanten konnten weitere Immunoblot-Analysen die g-Tocopherol-Methyltransferase in der Plasmamembran und die SLL0418 sowohl in der Plasma- als auch in der Thylakoidmembran nachweisen. Datenbankrecherchen ergaben einen direkten Zusammenhang zwischen dem Vor-handensein von Orthologen der an der Synthese beteiligten Enzyme mit der Tat-sache, dass das entsprechende Cyanobakterium Tocopherol enthält. Des weiteren zeigten sich Hinweise auf die katalytische Promiskuität der beteiligten Methyl-transferasen. Der Vergleich vollständiger Genome von Cyanobakterien resultierte in einer Liste von Genen, die entweder ausschließlich in Tocopherol synthetisierenden oder ausschließlich in Tocopherol freien Cyanobakterien vorkommen.
 
(übersetzt):In contrast to the situation in higher plants the deletion of the gene encoding 4-hydroxyphenylpyruvate dioxygenase (hpd) in Synechocystis sp. PCC 6803 leads to a tocopherol lacking mutant without affecting the plastoquinone biosynthesis. Cyanobacteria are able to synthesize plastoquinone in an alternative way, which is independent of the enzyme HPPD. To identify influences on tocopherol biosynthesis in cyanobacteria, wildtype cells of Synechocystis sp. PCC 6803 were grown under several conditions. They differed towards light intensity, carbon dioxid supply and carbon source (photoautotrophic or photomixotrophic conditions). The tocopherol levels in wild type cells increase under higher light conditions and low carbon dioxide supply. Photomixotrophic growth lead to lower vitamin E amounts in cells compared to those grown photoautotrophically. It was possible to segregate a homozygous Δsll0418 mutant under photoautotrophic conditions. In contrast to former suggestions in the literature the deletion of this gene is not letal under photomixotrophic conditions and the influence on tocopherol and plastoquinone amounts is diminutive. The tocopherol deficient mutant Dslr0090, lacking the enzyme HPPD, showed reduced stability of photosystem II compared to wildtype under high light intensities. Immunoblot-analysis demonstrated a disturbed D1-protein turnover of the Dhpd under light stress. On behalf of his-tagged mutants further immunoblot-analysis could detect the g-tocopherol-methyltransferase in plasmamembrane and SLL0418 in plasma- as well as in thylakoidmembrane. Databank research lead to direct correlation between existing orthologs of enzymes involved in synthesis with the fact, that the according cyanobacteria contained tocopherol. Futhermore it gave hints for the catalytic promiscuity of methyltrans-ferases. The comparison of complete cyanobacteria genoms provided a list of genes, which exclusively exist in cyanobacteria containing tocopherol or such that does not contain tocopherol.
 
Schlagworte:Tocopherol, Synechocystis, Photosystem II, Plastochinon, HPPD
 
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