Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wie sich Giftpflanzen vor ihren eigenen Waffen schützen

06.11.2007
Entschärfen und recyceln auf einen Schlag
PNAS berichtet über RUB-Studie

Pflanzen sind bekanntermaßen im Boden festgewachsen - sie können sich daher einem Fraßfeind nicht durch Flucht entziehen. Trotzdem sind sie nicht wehrlos, sondern setzen ihren Feinden ein ganzes Arsenal von teils hochgiftigen Substanzen entgegen. Aber wie schützt sich die Pflanze selbst vor diesen Giften?

Das untersuchten die Bochumer Pflanzenphysiologen um PD Dr. Markus Piotrowski zusammen mit Prof. Birger L. Møller von der "Royal Veterany and Agricultural University" (KVL) in Kopenhagen. Sie fanden heraus, dass giftige cyanogene Glykoside von der Pflanze abgebaut werden können, ohne dass dabei giftige Produkte entstehen. Der in diesen Stoffen gespeicherte und für die Pflanzen wichtige Stickstoff wird dabei in Form von Ammonium wieder zurück gewonnen. Die Hauptrolle bei diesem Prozess spielt das Enzym Nitrilase. Die Ergebnisse der Studie sind in den Proceedings of the National Academy of Sciences of the U.S.A (PNAS) veröffentlicht.

Erst bei Verletzung giftig: cyanogene Glykoside

Viele Giftstoffe der Pflanzen werden als ungiftige Vorstufen gelagert, und erst wenn die Pflanze verletzt wird, wird auch der Giftstoff freigesetzt. Das gilt auch für die cyanogenen Glykoside, die als Zuckerverbindungen in separaten Kammern innerhalb der Pflanzenzellen (Vakuolen) gelagert werden. Bei einer Verletzung der Zelle wird der Zucker abgespalten und es entstehen unstabile Hydroxynitrile, aus denen das starke Atmungsgift Blausäure freigesetzt wird - 50 bis 200 mg davon sind für einen Menschen tödlich. Solche cyanogenen Glykoside findet man in großen Mengen zum Beispiel in Bittermandeln, im Maniok, der vor allem in Afrika als Nahrungsmittel dient, und in jungen Hirsepflanzen. Durch unzureichende Zubereitung von Maniok kommt es in Afrika jährlich zu vielen akuten und chronischen Blausäurevergiftungen.

Nur zu zweit funktionstüchtig: Nitrilasen in Gräsern

Höheren Pflanzen produzieren ständig geringe Mengen Blausäure als Abfallprodukt ihres eigenen Stoffwechsels. Die Blausäure wird von der Pflanze zuerst an die Aminosäure Cystein gekoppelt, wobei die Aminosäure Beta-Cyanoalanin entsteht. Diese ist immer noch giftig und wird erst durch das Enzym Nitrilase in die von der Pflanze verwertbaren Aminosäuren Asparagin und Asparaginsäure umgesetzt. "Dieser Prozess war bekannt", schildert Markus Piotrowski, "wir stießen aber auf Probleme, als wir die Nitrilasen von Gräsern untersuchten. Die Nitrilasen von Gerste, Reis, Mais und Hirse waren in unseren Tests inaktiv. Wir wussten aber, dass diese Pflanzen auch Cyanoalanin umsetzen können." Die Lösung des Rätsels: Alle diese Gräser besitzen zwei Nitrilasen. Diese beiden müssen einen Heterokomplex bilden, also miteinander interagieren, um aktiv zu werden. "Dieses Phänomen hatte vor uns noch nie jemand beschrieben", berichtet Markus Piotrowski.

Dritte Nitrilase: Neuer Recyclingweg

Und die Forscher machten noch eine spannende Entdeckung: In der Hirse fanden sie eine dritte Nitrilase. Wenn diese im Heterokomplex vorliegt, kann sie auch andere Stoffe umsetzen, insbesondere 4-Hydroxyphenylacetonitril. Markus Piotrowski erklärt: "Junge Hirse-Pflanzen enthalten in hohen Mengen das cyanogene Glykosid Dhurrin. Wird die Pflanze von einem Insekt angefressen, wird daraus Blausäure freigesetzt. Wenn die Pflanzen aber älter werden, bauen sie das Dhurrin selber ab - und zwar nicht auf die gleiche Weise wie bei einer Verwundung." Die Entdeckung, dass die Nitrilasen der Hirse auch 4-Hydroxyphenylacetonitril umsetzen können, welches ein mögliches Abbauprodukt des Dhurrins ist, eröffnete auch einen anderen Weg, bei dem gar keine Blausäure mehr freigesetzt wird. In Kopenhagen gelang dann auch der Nachweis, dass Dhurrin tatsächlich zu 4-Hydroxyphenylacetonitril umgesetzt werden kann. "Offensichtlich brauchen die älteren Hirsepflanzen das Dhurrin nicht mehr so notwendig, um sich gegen Fraßfeinde zu schützen", folgert Markus Piotrowski. "Im Dhurrin steckt aber wertvoller Stickstoff, den die Pflanze für ihren Stoffwechsel braucht." Durch den neu entdeckten Abbauweg kann dieser Stickstoff als Ammonium zurück gewonnen werden, ohne dass vorher Blausäure freigesetzt werden muss. Als nächstes wollen die Bochumer und Kopenhagener Pflanzenwissenschaftler das Enzym identifizieren, welches den endogenen Abbau des cyanogenen Glykosids einleitet. Mit dieser Kenntnis könnte der Auf- und Abbau dieser pflanzlichen Giftstoffe gesteuert werden.

Titelaufnahme

Jenrich, R., Trompetter, I., Bak, S., Olsen, C.E., Møller, B.L., and Piotrowski, M.: Evolution of heteromeric nitrilase complexes in Poaceae with new functions in nitrile metabolism. In: Proc. Natl. Acad. Sci. USA, http://www.pnas.org_cgi_doi_10.1073_pnas.0709315104

Weitere Informationen

PD Dr. Markus Piotrowski, Lehrstuhl für Pflanzenphysiologie, 44780 Bochum, ND3/48, Tel.: 0234/32-24290, Fax.: 0234/32-14187, E-Mail: Markus.Piotrowski@ruhr-uni-bochum.de

Dr. Josef König | idw
Weitere Informationen:
http://www.ruhr-uni-bochum.de/pflaphy/Seiten_deutsch/PG_Piotrowski_d.html
http://homepage.ruhr-uni-bochum.de/Markus.Piotrowski/Index.html
http://www.plbio.life.ku.dk/English/The-department/Sections_centres/Plant-Biochemistry-Laboratory.aspx, http://www.place.kvl.dk/

Weitere Berichte zu: Blausäure Dhurrin Glykosid Nitrilase Nitrilasen Pflanze

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Zirkuläre RNA wird in Proteine übersetzt
24.03.2017 | Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft

nachricht Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen
24.03.2017 | Universität Bayreuth

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen

Eine internationale Forschergruppe mit dem Bayreuther Biochemiker Prof. Dr. Clemens Steegborn präsentiert in 'Science' neue, für die Biomedizin wegweisende Forschungsergebnisse zur Rolle des Moleküls NAD⁺ bei der Korrektur von Schäden am Erbgut.

Die Zellen von Menschen und Tieren können Schäden an der DNA, dem Träger der Erbinformation, bis zu einem gewissen Umfang selbst reparieren. Diese Fähigkeit...

Im Focus: Designer-Proteine falten DNA

Florian Praetorius und Prof. Hendrik Dietz von der Technischen Universität München (TUM) haben eine neue Methode entwickelt, mit deren Hilfe sie definierte Hybrid-Strukturen aus DNA und Proteinen aufbauen können. Die Methode eröffnet Möglichkeiten für die zellbiologische Grundlagenforschung und für die Anwendung in Medizin und Biotechnologie.

Desoxyribonukleinsäure – besser bekannt unter der englischen Abkürzung DNA – ist die Trägerin unserer Erbinformation. Für Prof. Hendrik Dietz und Florian...

Im Focus: Fliegende Intensivstationen: Ultraschallgeräte in Rettungshubschraubern können Leben retten

Etwa 21 Millionen Menschen treffen jährlich in deutschen Notaufnahmen ein. Im Kampf zwischen Leben und Tod zählt für diese Patienten jede Minute. Wenn sie schon kurz nach dem Unfall zielgerichtet behandelt werden können, verbessern sich ihre Überlebenschancen erheblich. Damit Notfallmediziner in solchen Fällen schnell die richtige Diagnose stellen können, kommen in den Rettungshubschraubern der DRF Luftrettung und zunehmend auch in Notarzteinsatzfahrzeugen mobile Ultraschallgeräte zum Einsatz. Experten der Deutschen Gesellschaft für Ultraschall in der Medizin e.V. (DEGUM) schulen die Notärzte und Rettungsassistenten.

Mit mobilen Ultraschallgeräten können Notärzte beispielsweise innere Blutungen direkt am Unfallort identifizieren und sie bei Bedarf auch für Untersuchungen im...

Im Focus: Gigantische Magnetfelder im Universum

Astronomen aus Bonn und Tautenburg in Thüringen beobachteten mit dem 100-m-Radioteleskop Effelsberg Galaxienhaufen, das sind Ansammlungen von Sternsystemen, heißem Gas und geladenen Teilchen. An den Rändern dieser Galaxienhaufen fanden sie außergewöhnlich geordnete Magnetfelder, die sich über viele Millionen Lichtjahre erstrecken. Sie stellen die größten bekannten Magnetfelder im Universum dar.

Die Ergebnisse werden am 22. März in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.

Galaxienhaufen sind die größten gravitativ gebundenen Strukturen im Universum, mit einer Ausdehnung von etwa zehn Millionen Lichtjahren. Im Vergleich dazu ist...

Im Focus: Giant Magnetic Fields in the Universe

Astronomers from Bonn and Tautenburg in Thuringia (Germany) used the 100-m radio telescope at Effelsberg to observe several galaxy clusters. At the edges of these large accumulations of dark matter, stellar systems (galaxies), hot gas, and charged particles, they found magnetic fields that are exceptionally ordered over distances of many million light years. This makes them the most extended magnetic fields in the universe known so far.

The results will be published on March 22 in the journal „Astronomy & Astrophysics“.

Galaxy clusters are the largest gravitationally bound structures in the universe. With a typical extent of about 10 million light years, i.e. 100 times the...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungen

Lebenswichtige Lebensmittelchemie

23.03.2017 | Veranstaltungen

Die „Panama Papers“ aus Programmierersicht

22.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Förderung des Instituts für Lasertechnik und Messtechnik in Ulm mit rund 1,63 Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise

TU-Bauingenieure koordinieren EU-Projekt zu Recycling-Beton von über sieben Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise