Universität zu Köln

Identifikation von Transportern und Charakterisierung ihrer Rolle im Nukleotidzucker- und Glucosinolat-Stoffwechsel in Arabidopsis thaliana

Rollwitz, Inga (2007) Identifikation von Transportern und Charakterisierung ihrer Rolle im Nukleotidzucker- und Glucosinolat-Stoffwechsel in Arabidopsis thaliana. PhD thesis, Universität zu Köln.

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    Abstract

    Viele Stoffwechselwege in Pflanzen beinhalten Reaktionen in unterschiedlichen Zellkompartimenten. Während die Enzyme häufig gut charakterisiert sind, ist die Mehrzahl der beteiligten Transporter unbekannt. Zur Analyse der Funktion von drei Membranproteinen, die Ähnlichkeiten zu plastidären Phosphat-Translokatoren und Nukleotidzucker-Transportern des Golgi-Apparates in A. thaliana aufweisen, wurde eine neue Methode zur Bestimmung von Transportaktivitäten etabliert. Dadurch gelang die Identifikation und biochemische Charakterisierung eines monospezifischen UDP-Galaktose-Transporters, der als AtNST-KT1 bezeichnet wurde. Wie auch die weiterhin untersuchten Proteine AtKT2 und AtKT3 ist dieser Nukleotidzucker-Transporter im Golgi-Apparat lokalisiert. Das kodierende Gen wird vornehmlich in den Geweben der Wurzel exprimiert, während für AtKT2 und -3 eine starke Expression im Pollen gezeigt wurde. Der Ausfall keines der entsprechenden Gene führte zu einem morphologisch auffälligen Phänotyp. Weiterhin wurde die Funktion der putativen Gallensäuretransporter AtBAT1-5 untersucht. Für AtBAT5 konnten auffällige Übereinstimmungen mit dem Expressionsmuster von Genen, die für Enzyme der Biosynthese aliphatischer Glucosinolate kodieren, festgestellt werden. Aufgrund der nachgewiesenen plastidären Lokalisation aller AtBAT-Proteine und des um 50% reduzierten Gehalts an aliphatischen Glucosinolaten in der AtBAT5-Knock out-Linie, wurde insbesondere für AtBAT5 eine Transportfunktion für Intermediate dieses Biosyntheseweges über die Chloroplastenhüllmembran vorgeschlagen. Die Synthese aller AtBAT-Proteine in Hefe und deren Rekonstitution in Liposomen führten bei Einsatz des eigens synthetisierten Substrates Ketomethylthiobutyrat bisher nicht zum Erfolg. Durch funktionelle Komplementationsstudien im bakteriellen System konnte ebenfalls kein Funktionsnachweis erbracht werden, jedoch gelang die Identifikation eines Gallensäureexporters aus dem Bodenbakterium C. glutamicum.

    Item Type: Thesis (PhD thesis)
    Translated abstract:
    AbstractLanguage
    Many metabolic pathways in plant cells include conversions in different cellular compartments. Whereas the involved enzymes are frequently known, participating transporters are mostly unknown. In order to characterize the function of three membrane proteins of A. thaliana that share structural similarities to plastidic phosphate translocators and nucleotide sugar transporters of the endomembrane system, a new method to measure transport activities was established. By its application a novel monospecific UDP-galactose transporter was identified, biochemically characterized and named AtNST-KT1. As the as well analyzed members AtKT2, AtKT3 and UDP-GalT2, this nucleotide sugar transporter is located within the Golgi membrane system. The coding gene was found to be mainly expressed in root tissues whereas AtKT2 and -3 expression was remarkably high in pollen. The disruption of none of the KT-genes resulted in a morphologically visible phenotype. A second aim of this work was to elucidate the function of the putative bile acid transporters AtBAT1-5 in A. thaliana. Interestingly, the expression pattern of AtBAT5 showed clear similarities to those of genes encoding enzymes of the aliphatic glucosinolate biosynthesis pathway. Since the subcellular localization of all five AtBAT-proteins was shown to be plastidic and because of the drastic reduction of aliphatic glucosinolates in the AtBAT5 knock out mutant, a transport function of AtBAT5 for intermediates of the aliphatic glucosinolate synthesis across the envelope membranes of chloroplasts was postulated. However, in first transport experiments using heterologously expressed AtBAT-proteins reconstituted in liposomes that were preloaded with self-synthesized ketomethylthiobutyrate (KMTB), no significant transport activity could be measured. By complementation studies using a bacterial system no conclusions could be drawn regarding a bile acid transport activity of plant proteins, but a homologue of the soil bacterium C. glutamicum could be identified as a functional bile acid exporter.English
    Creators:
    CreatorsEmail
    Rollwitz, Ingaingarollwitz@hotmail.com
    URN: urn:nbn:de:hbz:38-21089
    Subjects: Life sciences
    Uncontrolled Keywords:
    KeywordsLanguage
    Nukleotidzuckertransporter , UDP-Galaktose-Transporter , GlucosinolattransportGerman
    nucleotide sugar transporter , UDP-Gal transporter , glucosinolate transportEnglish
    Faculty: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
    Divisions: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät > Botanisches Institut
    Language: German
    Date: 2007
    Date Type: Completion
    Date of oral exam: 02 July 2007
    Full Text Status: Public
    Date Deposited: 17 Aug 2007 11:31:16
    Referee
    NameAcademic Title
    Flügge, Ulf-IngoProf. Dr.
    URI: http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/2108

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