Isolierung und Charakterisierung von Cystein-abbauenden und H2S-freisetzenden Enzymen aus höheren Pflanzen

Der Schwefelbedarf von landwirtschaftlichen Nutzpflanzen spielt eine wichtige Rolle in ihren Abwehrstrategien gegen Pathogene. Die Mechanismen von Schwefel-induzierter Resistenz (SIR) sind bisher noch nicht bekannt. Ein möglicher, in dieser Arbeit untersuchter Mechanismus ist die Freisetzung von gasförmigen schwefelhaltigen Stoffwechselprodukten. Insbesondere die Abgabe von H2S könnte zu einer erhöhten Resistenz gegenüber Pathogenen führen. Es wurden 10 verschiedene Linien von Brassica napus untersucht. Diese unterschieden sich genetisch besonders stark. Proben wurden kurz vor der Blüte genommen. Das Blattmaterial wurde auf die Aktivitäten der H2S-freisetzenden Enzyme L- bzw. D-Cysteindesulfhydrase (EC 4.4.1-) und O-Acetylserin(thiol)lyase (OAS-TL), üblicher Name Cysteinsynthase (EC 4.2.99.8), untersucht und mit dem Gesamtschwefelgehalt der Pflanzen verrechnet. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurden die Cysteinsynthese sowie die Cysteindesulfhydrierung molekularbiologisch untersucht. Der letzte Schritt der Cysteinbiosynthese wird durch das Pyridoxal-5'-phosphat-(PLP)-abhängige Enzym OAS-TL katalysiert. Es sind mehrere Isoformen in verschiedenen Zellkompartimenten lokalisiert. Es wurden 3 für die OAS-TL-Isoformen A, B und C codierende Gene exprimiert. Diese sind im Cytoplasma, in den Plastiden bzw. in den Mitochondrien lokalisiert. Die Ergebnisse wurden in Hinsicht auf die Relevanz im pflanzlichen Organismus diskutiert. Im nächsten Teil wurden die Cysteinsynthese und die Cysteindesulfhydrierung biochemisch untersucht. Es sollte zwischen den 3 OAS-TL-Proteinen A, B und C differenziert werden. Die reifen Proteine wurden in E. coli exprimiert. Weiterhin wurden Chloroplasten und Mitochondrien aus Arabidopsis isoliert, um die Enzymaktivitäten von Cysteinsynthese und Cysteindesulfhydrierung in verschiedenen pflanzlichen Zellkompartimenten bestimmen zu können. Der letzte Teil befasst sich mit der Klonierung und Charakterisierung von Desulfhydrasen aus Arabidopsis thaliana. NifS-ähnliche Proteine weisen in einer Vielzahl von Organismen L-Cysteindesulfhydrase-Aktivität auf. Sie könnten Schwefel für die Synthese von Eisen-Schwefel-Zentren bereitstellen. C-DES-ähnliche Proteine könnten ebenfalls in die Synthese von Eisen-Schwefel-Zentren involviert sein. In Synechocystis PCC 6714 stellt C-DES durch seine L-Cyst(e)in-C-S-Lyase-Aktivität reduzierten Schwefel für die Biosynthese von Fe-S-Zentren zur Verfügung. Vergleichende Sequenzanalysen ordneten NifS-, C-DES- und C-DES-ähnliche Proteine in 3 verschiedene Gruppen ein.