@phdthesis{Meisner2005, author = {Meisner, Anke Karla}, title = {Alpha-Dioxygenase aus Erbsen - Studien zu Expression und Enzym-Substrat-Interaktion}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-14692}, school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg}, year = {2005}, abstract = {Das Enzym alpha-Dioxygenase (alpha-DOX) aus Erbsen (Pisum sativum) wurde mit folgenden Zielsetzungen untersucht: Isolierung und Charakterisierung der f{\"u}r die P. sativum alpha-DOX codierenden cDNA, {\"U}berproduktion der P. sativum alpha-DOX in Escherichia coli und nachfolgende Isolierung, Untersuchung der Interaktion der P. sativum alpha-DOX mit Fetts{\"a}uresubstraten sowie systematische Studie der Expression der P. sativum alpha-DOX w{\"a}hrend der Keimung und Entwicklung von Erbsenpflanzen. alpha-Dioxygenasen katalysieren in Pflanzen den Initialschritt der alpha-Oxidation von langkettigen Fetts{\"a}uren, die {\"u}ber die intermedi{\"a}re Bildung von (R)-2-Hydroperoxyfetts{\"a}uren f{\"u}hrt. Folgeprodukte dieser Reaktion sind die entsprechende (R)-2-Hydroxys{\"a}ure sowie der um ein C-Atom kettenverk{\"u}rzte Aldehyd. Es wurde die f{\"u}r die alpha-Dioxygenase aus Erbsen codierende cDNA mit einer Gesamtl{\"a}nge von 2132 bp isoliert, die ein offenes Leseraster von 1929 bp beinhaltet. Sie codiert f{\"u}r ein Protein mit 643 Aminos{\"a}uren und einem errechneten Molekulargewicht von ca. 73 kD. Die Pisum sativum alpha-Dioxygenase wurde in E. coli als Fusionsprotein mit einem 6 x His-tag {\"u}berproduziert und mittels Metallaffinit{\"a}tschromatographie an Ni-NTA-Agarose isoliert. Studien zur Interaktion der P. sativum alpha-Dioxygenase mit Fetts{\"a}uresubstraten umfassten sowohl Versuche zu Anforderungen auf Seiten des Substrats als auch zu potentiellen Interaktionspartnern auf Seiten des Enzym. Es wurde gezeigt, dass f{\"u}r die Reaktion von alpha-Dioxygenasen mit Fetts{\"a}uren die freie Carboxylgruppe des Substrats unerl{\"a}sslich ist. Aufgrund eines Aminos{\"a}uresequenzvergleichs zwischen der alpha-Dioxygenase aus Erbsen und PGHS-1 aus O. aries wurden vier Aminos{\"a}uren als potentielle Interaktionspartner auf Seiten der alpha-Dioxygenase aus Erbsen ausgew{\"a}hlt. Es handelte sich um die Arginin-Reste Arg-87, Arg-391, Arg-569 und Arg-570. Mit Hilfe der ortsspezifischen Mutagenese wurde gezeigt, dass der Aminos{\"a}urerest Arg-570 f{\"u}r die katalytische Aktivit{\"a}t unerl{\"a}sslich ist. Die Expression der P. sativum alpha-Dioxygenase in keimenden Erbsen und jungen Erbsenpflanzen wurde sowohl in ihrem zeitlichen Verlauf als auch hinsichtlich der Gewebespezifit{\"a}t betrachtet. Die Ergebnisse zeigten, dass Keimung zu einer deutlichen Akkumulation von alpha-Dioxygenase mRNA in Erbsen f{\"u}hrte. Auch alpha-Dioxygenase Protein war in großer Menge in keimenden und jungen Erbsenpflanzen vorhanden. Ausgepr{\"a}gte Gewebespezifit{\"a}t war festzustellen: alpha-DOX mRNA fand sich fast ausschließlich in Wurzeln von Erbsenpflanzen, in Sprossgewebe dagegen war sie kaum vorhanden. Im Gegensatz dazu lag alpha-DOX Protein gleichermaßen in Spross- und in Wurzelgewebe vor. Parallel zur Reifung der Pflanzen nahm die Menge an alpha-DOX mRNA und Protein ab. Alpha-Dioxygenase-Aktivit{\"a}t war bereits in trockenen Samen detektierbar, w{\"a}hrend der Keimung nahm sie deutlich zu. Im Vergleich von Spross- und Wurzelgewebe war die Aktivit{\"a}t in Wurzeln h{\"o}her, bezogen sowohl auf das Frischgewicht der Pflanzen als auch auf die Menge an Gesamtprotein (spezifische Aktivit{\"a}t). Die Untersuchungen an Wurzeln zeigten, dass die Aktivit{\"a}t bezogen auf das Frischgewicht der Pflanzen {\"u}ber den betrachteten Zeitraum kaum variierte, w{\"a}hrend die spezifische Aktivit{\"a}t mit zunehmendem Alter der Pflanzen kontinuierlich zunahm. Dieses Ergebnis deutet darauf hin, dass in Erbsen mehrere alpha-Dioxygenase-Isoenzyme vorhanden sind, so wie man dies f{\"u}r andere h{\"o}here Pflanzen bereits postuliert hat. Ein zellprotektiver Effekt von alpha-Dioxygenasen auf Pflanzen w{\"a}hrend der Interaktion mit Pathogenen ist bekannt. M{\"o}glicherweise ist dies auch der Grund f{\"u}r eine verst{\"a}rkte Expression w{\"a}hrend der Keimung von Pflanzen. Die bevorzugte Expression in Wurzeln k{\"o}nnte auf eine Funktion als permanentes Schutzsystem gegen Infektion hindeuten.}, subject = {Erbse}, language = {de} } @phdthesis{Thoma2003, author = {Thoma, Ingeborg}, title = {Cyclopentenon-Phytoprostane als Induktoren von pflanzlichen Abwehrreaktionen}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-6857}, school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg}, year = {2003}, abstract = {Lipidperoxidation kann entweder durch Lipoxygenasen oder reaktive Sauerstoffspezies ausgel{\"o}st werden. Enzymatische Oxidation von alpha-Linolens{\"a}ure kann zur Biosynthese von zyklischen Oxylipinen vom Typ der Jasmonate f{\"u}hren, wohingegen durch freie Radikal-katalysierte Oxidation von alpha-Linolens{\"a}ure mehrerere Klassen zyklischer Oxylipine, den Phytoprostanen entstehen k{\"o}nnen. Eine dieser Phytoprostanklassen, Phytoprostane E1 (PPE1), kommen ubiquit{\"a}r in Pflanzen vor. In der vorliegenden Arbeit wird gezeigt, dass PPE1 in planta in neuartige Cyclopentenon-Phytoprostane, die PPA1 und PPB1 umgewandelt werden. Eine gesteigerte Bildung von PPE1, PPA1 und PPB1 wurde sowohl nach Peroxid-Behandlung von Tabak-Zellkulturen als auch nach Behandlung von Tomatenpflanzen mit dem nekrotrophen Pilz Botrytis cinerea beobachtet. Dar{\"u}berhinaus besitzen PPA1 und PPB1 biologische Wirkung. Sie stimulierten beispielsweise die Bildung von Phytoalexinen in mehreren Zellkulturen. Diese Daten implizieren, dass die Bildung von Phytoprostanen eine Folge von oxidativem Stress in Pflanzen ist und dass Phytoprostane pflanzliche Abwehrmechanismen induzieren k{\"o}nnen.}, subject = {Pflanzen}, language = {de} } @phdthesis{Weil2001, author = {Weil, Kerstin}, title = {3-(R)-Hydroxys{\"a}uren als Produkte selektiven Fetts{\"a}ureabbaus}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-1181440}, school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg}, year = {2001}, abstract = {In der vorliegenden Arbeit werden Studien zur selektiven bakteriellen Hydroxylierung von Fetts{\"a}uren vorgestellt. Unter Verwendung von Linols{\"a}ure als Substrat wurden aus Bodenproben verschiedene Mikroorganismen isoliert, die polare Metabolite bildeten. Die ph{\"a}notypische und genotypische Charakterisierung eines Stammes f{\"u}hrte zu dessen Identifizierung als Stenotrophomonas maltophilia. Die Strukturaufkl{\"a}rung der drei Hauptreaktionsprodukte erfolgte mittels Hochleistungsfl{\"u}ssigchromatographie-Massenspektrometrie (HPLC-MS), Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC-MS) sowie ein- und zweidimensionalen NMR-Experimenten (1H-NMR, 13C-NMR, 13C-DEPT, H/H-COSY, HMQC, HMBC). Linols{\"a}ure wurde von Stenotrophomonas maltophilia zu 3-Hydroxy-Z6-dodecens{\"a}ure, 3-Hydroxy-Z5,Z8-tetradecadiens{\"a}ure und 3-Hydroxy-Z7,Z10-hexadecadiens{\"a}ure umgesetzt. In einem anschließenden Substratscreening wurden 32 Verbindungen als Edukte f{\"u}r die Biotransformation eingesetzt und so die strukturellen Voraussetzungen ermittelt, die f{\"u}r eine effiziente Umsetzung von Fetts{\"a}uren durch Stenotrophomonas maltophilia notwendig sind. Zum Einsatz kamen Substrate mit unterschiedlicher Anzahl an C-Atomen sowie mit Variationen bez{\"u}glich Anzahl, Position und Konformation von Doppelbindungen. Weiterhin wurden Substanzen verwendet, die bereits funktionelle Gruppen im Molek{\"u}l aufwiesen (z. B. Ricinols{\"a}ure). Die Bestimmung der Enantiomerenverteilung der bakteriell gebildeten 3-Hydroxys{\"a}uren mittels multidimensionaler Gaschromatographie (MDGC) ergab einen deutlichen Enantiomeren{\"u}berschuss (ee 84 - 98 Prozent). Die Aufkl{\"a}rung der Absolutkonfiguration erfolgte {\"u}ber die Synthese von Dodecan-1,3-diolen und deren anschließende Analytik mittels MDGC. Zus{\"a}tzlich wurde die Konfiguration mit Hilfe der CD Exciton Chirality-Methode bestimmt. Weiterhin wurde untersucht, ob die bakteriell gebildeten 3-Hydroxys{\"a}uren als Substrate oder Inhibitoren des Enzyms Lipoxygenase L-1 aus Sojabohnen fungieren. Die im Rahmen dieser Arbeit durchgef{\"u}hrten Studien zur Darstellung von optisch aktiven 3-Hydroxys{\"a}uren belegen das Potential des Bodenbakteriums Stenotrophomonas maltophilia, exogen zugef{\"u}hrte Fetts{\"a}uren im Rahmen der b-Oxidation zu kettenverk{\"u}rzten, an Position 3 hydroxylierten Metaboliten abzubauen. Dabei liegen jedoch deutliche Abweichungen zur b-Oxidation in anderen Organismen vor, die auf Unterschieden in der Enzymausstattung bzw. deren Aktivit{\"a}t beruhen. Durch die gewonnenen Erkenntnisse zum b-Oxidationsmechanismus in Stenotrophomonas maltophilia kann diese Aktivit{\"a}t durch geeignete Substratauswahl gezielt zur Synthese von optisch aktiven 3-Hydroxys{\"a}uren eingesetzt werden, deren chemische Synthese gegen{\"u}ber dieser Biotransformation deutlich schwieriger zu realisieren ist. F{\"u}r solche Verbindungen besteht in der organischen Synthese von Naturstoffen wie Pheromonen, Vitaminen und Antibiotika Bedarf.}, subject = {Bodenbakterien}, language = {de} }