Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Pflanzlicher „Stahlbeton“: Grazer Biochemiker klären Lignin-Biosynthese

27.08.2015

Lignine lassen Pflanzen Richtung Sonne wachsen und sorgen gleichzeitig für die Abwehr von Fressfeinden. Ein detailliertes Verständnis der biochemischen Prozesse der Ligninherstellung ist vom Pflanzenschutz über die Pharmazie bis zur Biomasseverwertung in vielen Bereichen von großem Interesse.

Ein Forscherteam der TU Graz hat jetzt gemeinsam mit Kolleginnen und Kollegen von Uni Graz und acib gezeigt: ein bestimmtes Enzym ist der Schlüssel zur Ligninproduktion der Pflanzen. Damit richtet sich die Aufmerksamkeit der internationalen Fachwelt für Naturstoffsynthese auf eine ganz neue Enzymfamilie. Die Ergebnisse wurden im „Journal of Biological Chemistry“ publiziert.


Lignine lassen Pflanzen Richtung Sonne wachsen und sorgen gleichzeitig für die Abwehr von Fressfeinden.

TU Graz

Bildmaterial bei Nennung der angeführten Quellen honorarfrei verfügbar unter http://presse.tugraz.at/webgalleryBDR/data/Lignin_2015/index.htm

Selbst das kleinste Unkraut hat großen Nutzen - so zum Beispiel die Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana). Anhand dieser Modellpflanze der Pflanzenforschung ist einer Grazer Biochemiegruppe ein Durchbruch in der Biosynthese des pflanzlichen „Stahlbetons“ Lignin geglückt. Peter Macheroux hat gemeinsam mit seinem Team vom Institut für Biochemie der TU Graz und unter Mitwirkung der Uni Graz und des Kompetenzzentrums acib ein Enzym namens Berberine Bridge Enzyme, kurz BBE, als zentralen Schlüssel der Ligninproduktion von Pflanzen identifiziert.

Enzym ermöglicht Lignin-Produktion

BBE wurde erst vor einigen Jahren ebenfalls von einem Grazer Team rund um Macheroux im kalifornischen Goldmohn nachgewiesen. Auch die zentrale Rolle von BBE im Alkaloidstoffwechsel der Pflanzen – Alkaloide sind eine pharmazeutisch besonders interessante Gruppe pflanzlicher Wirkstoffe – war bald entdeckt. „Seither wurde durch Sequenzierarbeiten weltweit in derart vielen Pflanzen BBE gefunden, dass wir davon ausgehen, dieses Enzym in so gut wie allen Pflanzen aufzufinden“, erklärt Peter Macheroux.

Auffällig ist aber: Die Alkaloidproduktion ist ein Sekundärstoffwechsel, das heißt, im Gegensatz zur Photosynthese eben nur bestimmten und nicht allen Pflanzen eigen. „Wir mussten uns daher die Frage stellen: „Wieso haben auch nicht-alkaoidproduzierende Pflanzen jene Gene, die das Enzym BBE kodieren?“, so Macheroux.

Obwohl BBE im Pflanzenreich extrem verbreitet ist, wusste die Forschung so gut wie nichts über ihre biochemischen Funktionen. Mit modernsten biochemischen Methoden hat das Grazer Team nun zwei Proteine der BBE-Familie separiert und untersucht. Das Ergebnis: Erst dank BBE können Pflanzen jene Biopolymere produzieren, die für Verholzung zuständig sind und Pflanzen Richtung Sonne wachsen lassen – Lignin.

Relevant für Pharmazie, Landwirtschaft und Biomasseverwertung

„Viele Aspekte der Ligninbiosynthese sind uns noch unbekannt. Wir wissen aber: Zellwandbiosynthese ist immer auch verbunden mit der Abwehr von Feinden. Lignin ist also nicht nur der Antrieb Richtung Sonne, sondern auch ein natürlicher Pflanzenschutz. Die Bildung von Lignin ist ein unglaublich komplexer Prozess, in dem viele Rädchen in einander greifen müssen, damit er reibungslos funktioniert. Und wir wissen nun, dass die BBE-Familie eine zentrale Rolle in diesem Prozess spielt“, unterstreicht Macheroux die Bedeutung des Ergebnisses.

Das Resultat ist nicht nur evolutionsbiologisch und pharmazeutisch sehr interessant: „Neben der pharmazeutischen Gewinnung und Verwendung pflanzlicher Wirkstoffe ist auch der landwirtschaftliche Pflanzenschutz ein Thema. Mit mehr Detailkenntnis über Lignin könnte man außerdem künftig Biomasse besser verwerten“, betont der Biochemiker. Aufbauend auf diese Ergebnisse widmet sich sein Team nun „in planta“-Versuchen: Sie schalten ganz gezielt BBE-Gene aus und beobachten die konkreten Auswirkungen auf die Pflanzen. Schon jetzt bestätigen die laufenden Untersuchungen: BBE beeinflusst die Ligninproduktion.

Zur Originalpublikation:

„Oxidation of Monolignols by Members of the Berberine Bridge Enzyme Family Suggests a Role in Plant Cell Wall Metabolism“
The Journal of Biological Chemistry, Vol. 290, Issue 30, 18770-18781, July 24, 2015. ARTICLE #10.1074/jbc.M115.659631
http://www.jbc.org/content/early/2015/06/02/jbc.M115.659631.abstract

Diese Arbeit ist im Field of Expertise „Human & Biotechnology“ verankert, einem von fünf Forschungsschwerpunkten der TU Graz.

Rückfragen:
Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr.rer.nat. Peter Macheroux
Institut für Biochemie
Tel.: +43 316 873 6450
E-Mail: peter.macheroux@tugraz.at

Mag. Susanne Eigner | Technische Universität Graz
Weitere Informationen:
http://www.tugraz.at

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Wirt oder Gast? Proteomik gibt neue Aufschlüsse über Reaktion von Rifforganismen auf Umweltstress
23.02.2018 | Leibniz-Zentrum für Marine Tropenforschung (ZMT)

nachricht Wie Zellen unterschiedlich auf Stress reagieren
23.02.2018 | Max-Planck-Institut für molekulare Genetik

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: Vorstoß ins Innere der Atome

Mit Hilfe einer neuen Lasertechnologie haben es Physiker vom Labor für Attosekundenphysik der LMU und des MPQ geschafft, Attosekunden-Lichtblitze mit hoher Intensität und Photonenenergie zu produzieren. Damit konnten sie erstmals die Interaktion mehrere Photonen in einem Attosekundenpuls mit Elektronen aus einer inneren atomaren Schale beobachten konnten.

Wer die ultraschnelle Bewegung von Elektronen in inneren atomaren Schalen beobachten möchte, der benötigt ultrakurze und intensive Lichtblitze bei genügend...

Im Focus: Attoseconds break into atomic interior

A newly developed laser technology has enabled physicists in the Laboratory for Attosecond Physics (jointly run by LMU Munich and the Max Planck Institute of Quantum Optics) to generate attosecond bursts of high-energy photons of unprecedented intensity. This has made it possible to observe the interaction of multiple photons in a single such pulse with electrons in the inner orbital shell of an atom.

In order to observe the ultrafast electron motion in the inner shells of atoms with short light pulses, the pulses must not only be ultrashort, but very...

Im Focus: Good vibrations feel the force

Eine Gruppe von Forschern um Andrea Cavalleri am Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie (MPSD) in Hamburg hat eine Methode demonstriert, die es erlaubt die interatomaren Kräfte eines Festkörpers detailliert auszumessen. Ihr Artikel Probing the Interatomic Potential of Solids by Strong-Field Nonlinear Phononics, nun online in Nature veröffentlich, erläutert, wie Terahertz-Laserpulse die Atome eines Festkörpers zu extrem hohen Auslenkungen treiben können.

Die zeitaufgelöste Messung der sehr unkonventionellen atomaren Bewegungen, die einer Anregung mit extrem starken Lichtpulsen folgen, ermöglichte es der...

Im Focus: Good vibrations feel the force

A group of researchers led by Andrea Cavalleri at the Max Planck Institute for Structure and Dynamics of Matter (MPSD) in Hamburg has demonstrated a new method enabling precise measurements of the interatomic forces that hold crystalline solids together. The paper Probing the Interatomic Potential of Solids by Strong-Field Nonlinear Phononics, published online in Nature, explains how a terahertz-frequency laser pulse can drive very large deformations of the crystal.

By measuring the highly unusual atomic trajectories under extreme electromagnetic transients, the MPSD group could reconstruct how rigid the atomic bonds are...

Im Focus: Verlässliche Quantencomputer entwickeln

Internationalem Forschungsteam gelingt wichtiger Schritt auf dem Weg zur Lösung von Zertifizierungsproblemen

Quantencomputer sollen künftig algorithmische Probleme lösen, die selbst die größten klassischen Superrechner überfordern. Doch wie lässt sich prüfen, dass der...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Von festen Körpern und Philosophen

23.02.2018 | Veranstaltungen

Spannungsfeld Elektromobilität

23.02.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - April 2018

21.02.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Vorstoß ins Innere der Atome

23.02.2018 | Physik Astronomie

Wirt oder Gast? Proteomik gibt neue Aufschlüsse über Reaktion von Rifforganismen auf Umweltstress

23.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Wie Zellen unterschiedlich auf Stress reagieren

23.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics