Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wie der Zucker in den Wein kommt

20.09.2010
Dass Pflanzen, die viel Zucker speichern, süß schmecken, ist bekannt. Neu ist hingegen, dass diese Pflanzen auch mehr Ertrag bringen und sich als deutlich resistenter gegen Kälte erweisen. Warum das so ist, haben Wissenschaftler der Universitäten Würzburg und Kaiserslautern jetzt genauer untersucht.

Winzern und Weinliebhabern ist der Effekt zumindest vom Geschmack her vertraut: Je mehr Zucker eine Weintraube in ihren Speichern, den sogenannten Vakuolen, trägt, desto süßer schmeckt sie und desto höher ist der Oechsle-Grad.

Das ist aber nur ein Effekt prall mit Zucker gefüllter Vakuolen. Wie der Kaiserslauterner Biologe und Stoffwechselexperte Professor Ekkehard Neuhaus vor kurzem entdeckte, sorgt Zucker auch dafür, dass Pflanzen plötzlich einbrechende Kälteperioden besser überleben können als zuckerarme Verwandte. Außerdem wachsen sie stärker und tragen mehr Frucht – was wiederum den Winzer freuen dürfte.

Bei der Suche nach den molekularen Gründen dieser Effekte tat sich Neuhaus mit Rainer Hedrich zusammen. Hedrich ist Inhaber des Lehrstuhls für Molekulare Pflanzenphysiologie und Biophysik der Universität Würzburg und gefragter Experte auf dem Gebiet der Elektrophysiologie. Seit mehr als 20 Jahren zählt er zu den weltweit bedeutendsten Wissenschaftlern, wenn es um die Erforschung des Membrantransports geht.

Überregionale Forschergruppe untersucht den Zuckertransport

In einer von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten überregionalen Forschergruppe untersuchten Neuhaus, Hedrich sowie Arbeitsgruppen aus Erlangen und Heidelberg die Bedeutung von Zuckertransportern und den daran beteiligten Protonenpumpen für das Überleben und den Ertrag der Pflanze. „Für Liebhaber von fruchtigen Spätlesen könnte man die Frage auch so formulieren: ‚Wie kommen Zucker und Säure in den Wein‘“, so Hedrich.

Was es mit Transportern, Protonenpumpen, Zucker und Säure auf sich hat? „Die Zusammensetzung und die Menge der Inhaltsstoffe einer Vakuole hängen davon ab, welche Transport-Proteine in der Hüllmembran dieser Vakuole sitzen“, erklärt Hedrich. Wichtige Vertreter dieser Transporter sind sogenannte Protonenpumpen, denn sie treiben den Speicherprozess an.

Wie der Zucker in die Speicher gelangt

Unter Aufwendung von Energie schaffen diese Pumpen Protonen in die Vakuole hinein und sorgen so dafür, dass die Vakuole viel mehr Protonen enthält als der sie umgebende Zellsaft. In diesem Konzentrationsgefälle steckt Energie – die Protonen drängen mit aller Macht wieder hinaus aus der überfüllten Vakuole, ähnlich wie Luft aus einem prall aufgeblasenen Ballon. Dies ist der Ansatzpunkt für die Zuckertransporter, die in der Vakuolenmembran sitzen: Sie nutzen den energetisch begünstigten Ausstrom von Protonen, um nach dem Austauschprinzip gleichzeitig Zucker in die Vakuole zu schaffen. Zwei solcher Protonen-Pumpen hat Hedrich erst vor kurzem gemeinsam mit der Professorin Karin Schumacher von der Uni Heidelberg untersucht.

Über kältetolerante Mutanten zum Zuckertransporter

Obwohl das Phänomen des Protonen-getriebenen Zuckertransports schon in den 70er-Jahren entdeckt wurde, blieb die molekulare Natur des Transportproteins bis vor kurzem im Dunkeln. Ein überlegter Glücksgriff sorgte jetzt für Erhellung: Bei der Untersuchung einer bisher unbekannten Genfamilie der Modellpflanze Arabidopsis thaliana – der Ackerschmalwand – entdeckte Neuhaus, dass die Pflanze plötzlich einbrechende Kälteperioden besser überleben kann, wenn Kopien bestimmter Gene in den Transportproteinen eine verstärkte Aktivität zeigen. Der Grund dafür: Die genetisch optimierte Pflanze speichert verstärkt Glukose in der Vakuole und das wirkt wie ein Frostschutzmittel.

An diesem Punkt kam Rainer Hedrich ins Spiel, der mit der Analyse von Kanälen und Pumpen mittels hochempfindlicher biophysikalischer Verfahren bestens vertraut ist. Noch während seiner Doktorarbeit im Labor des Nobelpreisträgers Professor Erwin Neher war Hedrich 1984 mit Hilfe der sogenannten Patch-Clamp-Technik erstmals der funktionelle Nachweis pflanzlicher Ionenkanäle gelungen. Mit exakt dieser Technik konnten er und seine Mitarbeiter nun auf isolierten Vakuolen zeigen, dass Neuhaus tatsächlich den lang gesuchten Protonen-getriebenen Zuckertransporter aufgespürt hatte.

Die Zeitschrift „Plant Physiology“ hat in ihrer Online-Ausgabe vom 13. August über diese Arbeit berichtet. Die „Fakulty of 1000“ stuft diese Publikation als „Must read“, also als „muss man lesen“, ein.

Weitere ungeklärte Fragen

Natürlich bleiben auch nach dieser Entdeckung weitere Fragen bestehen. Ekkehard Neuhaus will nun herausfinden, warum die Kälte-optimierten Arabidopsis-Pflanzen mehr Ertrag geben und ob sich dieser Ansatz auch auf Nutzpflanzen ausdehnen lässt. Im Zentrum von Hedrichs Interesse stehen die Fragen: „Woran erkennt das Transportprotein, welchen Zucker es transportieren soll?“ und „Wie holt die Pflanzenzelle den Zucker bei Bedarf wieder aus ihrem Zentralspeicher heraus?“.

Increased Activity of the Vacuolar Monosaccharide Transporter TMT1 Alters Cellular Sugar Partitioning, Sugar Signalling and Seed Yield in Arabidopsis. Karina Wingenter, Alexander Schulz, Alexandra Wormit, Stefan Wic, Oliver Trentmann, Imke I. Hoermiller, Arnd G. Heyer, Irene Marten, Rainer Hedrich and Ekkehard Neuhaus. Plant Physiology, DOI:10.1104/pp.110.162040

Kontakt: Prof. Dr. Rainer Hedrich, Lehrstuhl für Botanik I (Molekulare Pflanzenphysiologie und Biophysik) der Universität Würzburg, T (0931) 31-86100, hedrich@botanik.uni-wuerzburg.de

Gunnar Bartsch | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-wuerzburg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Sollbruchstellen im Rückgrat - Bioabbaubare Polymere durch chemische Gasphasenabscheidung
02.12.2016 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

nachricht "Fingerabdruck" diffuser Protonen entschlüsselt
02.12.2016 | Universität Leipzig

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: Greifswalder Forscher dringen mit superauflösendem Mikroskop in zellulären Mikrokosmos ein

Das Institut für Anatomie und Zellbiologie weiht am Montag, 05.12.2016, mit einem wissenschaftlichen Symposium das erste Superresolution-Mikroskop in Greifswald ein. Das Forschungsmikroskop wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Land Mecklenburg-Vorpommern finanziert. Nun können die Greifswalder Wissenschaftler Strukturen bis zu einer Größe von einigen Millionstel Millimetern mittels Laserlicht sichtbar machen.

Weit über hundert Jahre lang galt die von Ernst Abbe 1873 publizierte Theorie zur Auflösungsgrenze von Lichtmikroskopen als ein in Stein gemeißeltes Gesetz....

Im Focus: Durchbruch in der Diabetesforschung: Pankreaszellen produzieren Insulin durch Malariamedikament

Artemisinine, eine zugelassene Wirkstoffgruppe gegen Malaria, wandelt Glukagon-produzierende Alpha-Zellen der Bauchspeicheldrüse (Pankreas) in insulinproduzierende Zellen um – genau die Zellen, die bei Typ-1-Diabetes geschädigt sind. Das haben Forscher des CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften im Rahmen einer internationalen Zusammenarbeit mit modernsten Einzelzell-Analysen herausgefunden. Ihre bahnbrechenden Ergebnisse werden in Cell publiziert und liefern eine vielversprechende Grundlage für neue Therapien gegen Typ-1 Diabetes.

Seit einigen Jahren hatten sich Forscher an diesem Kunstgriff versucht, der eine simple und elegante Heilung des Typ-1 Diabetes versprach: Die vom eigenen...

Im Focus: Makromoleküle: Mit Licht zu Präzisionspolymeren

Chemikern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es gelungen, den Aufbau von Präzisionspolymeren durch lichtgetriebene chemische Reaktionen gezielt zu steuern. Das Verfahren ermöglicht die genaue, geplante Platzierung der Kettengliedern, den Monomeren, entlang von Polymerketten einheitlicher Länge. Die präzise aufgebauten Makromoleküle bilden festgelegte Eigenschaften aus und eignen sich möglicherweise als Informationsspeicher oder synthetische Biomoleküle. Über die neuartige Synthesereaktion berichten die Wissenschaftler nun in der Open Access Publikation Nature Communications. (DOI: 10.1038/NCOMMS13672)

Chemische Reaktionen lassen sich durch Einwirken von Licht bei Zimmertemperatur auslösen. Die Forscher am KIT nutzen diesen Effekt, um unter Licht die...

Im Focus: Neuer Sensor: Was im Inneren von Schneelawinen vor sich geht

Ein neuer Radarsensor erlaubt Einblicke in die inneren Vorgänge von Schneelawinen. Entwickelt haben ihn Ingenieure der Ruhr-Universität Bochum (RUB) um Dr. Christoph Baer und Timo Jaeschke gemeinsam mit Kollegen aus Innsbruck und Davos. Das Messsystem ist bereits an einem Testhang im Wallis installiert, wo das Schweizer Institut für Schnee- und Lawinenforschung im Winter 2016/17 Messungen damit durchführen möchte.

Die erhobenen Daten sollen in Simulationen einfließen, die das komplexe Geschehen im Inneren von Lawinen detailliert nachbilden. „Was genau passiert, wenn sich...

Im Focus: Neuer Rekord an BESSY II: 10 Millionen Ionen erstmals bis auf 7,4 Kelvin gekühlt

Magnetische Grundzustände von Nickel2-Ionen spektroskopisch ermittelt

Ein internationales Team aus Deutschland, Schweden und Japan hat einen neuen Temperaturrekord für sogenannte Quadrupol-Ionenfallen erreicht, in denen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Von „Coopetition“ bis „Digitale Union“ – Die Fertigungsindustrien im digitalen Wandel

02.12.2016 | Veranstaltungen

Experten diskutieren Perspektiven schrumpfender Regionen

01.12.2016 | Veranstaltungen

Die Perspektiven der Genom-Editierung in der Landwirtschaft

01.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Parkinson-Krankheit und Dystonien: DFG-Forschergruppe eingerichtet

02.12.2016 | Förderungen Preise

Smart Data Transformation – Surfing the Big Wave

02.12.2016 | Studien Analysen

Nach der Befruchtung übernimmt die Eizelle die Führungsrolle

02.12.2016 | Biowissenschaften Chemie