Die Analytik von Chlorophyll-Vorstufen Anwendung auf die Untersuchung der Lichtregulation der Biosynthese von Chlorophyll
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UNTERSUCHUNG DER LICHTREGULATION DER BIOSYNTHESE VON CHLOROPHYLL
DISSERTATION ZUR ERLANGUNG DES DOKTORGRADES DER FAKULTAET FUER BIOLOGIE
DER LUDWIG-MAXIMILIANS-UNIVERSITAET IN MUENCHEN VORGELEGT VON GERHARD
POEPPERL AUS MUENCHEN OKTOBER 1996 INHALT EINLEITUNG 1 1.1. DIE
STOFFKLASSE DER TETRAPYRROLE 1 I.2. DER ABLAUF DER
CHLOROPHYLL-BIOSYNTHESE 1 1.2.1. DIE BILDUNG VON 5-AMINOLAEVULINSAEURE 1
1.2.2. DIE BILDUNG VON PROTOPORPHYRIN IX 3 1.2.3. DIE BILDUNG VON
CHLOROPHYLL A 6 I.3. DIE REGULATION DER CHLOROPHYLL-BIOSYNTHESE 8 1.3.1.
LICHT ALS REGULATIONSFAKTOR DER CHLOROPHYLL-BIOSYNTHESE 8 1.3.2. WEITERE
KONTROLLMOEGLICHKEITEN 9 1.3.3. MOEGLICHKEITEN ZUR UNTERSUCHUNG DER
CHLOROPHYLL-BIOSYNTHESE 9 1.3.3.1. DIE BEEINFLUSSUNG DER
CHLOROPHYLL-BIOSYNTHESE DURCH HEMMSTOFFE 9 1.3.3.2.
CHLOROPHYLL-DEFIZIENTE MUTANTEN 10 I.4. AUFGABENSTELLUNG 11 MATERIAL UND
METHODEN 12 11.1. ALLGEMEINE METHODEN 12 11.1.1. ANZUCHT DER ORGANISMEN
12 11.1.1.1. ANZUCHT VON TABAK 12 11.1.1.2. ANZUCHT VON GERSTE 12
11.1.1.3. ANZUCHT VON CHLAMYDOMONAS REINHARDTII 13 11.1.2. ISOLIERUNG
VON CHLOROPLASTEN UND ETIOPLASTEN 14 11.1.3. APPLIKATION VON
TESTSUBSTANZEN 16 11.1.3.1. DER MG-CHELATASE-REAKTIONSANSATZ UNTER
ZUSATZ VON PIGMENTEN 16 11.1.3.2. INKUBATION VON CHLAMYDOMONAS-KULTUREN
MIT VERSCHIEDENEN SUBSTANZEN 17 11.1.4. WEITERE METHODEN 18 11.2.
ANALYTISCHE ARBEITSMETHODEN 18 11.2.1. DARSTELLUNG DER
REFERENZSUBSTANZEN 18 11.2.1.1. SYNTHESE VON MG-PROTOPORPHYRIN IX (MGPP)
18 11.2.1.2. SYNTHESE VON MG-PROTOPORPHYRIN IX-MONOMETHYLESTER (MGPPME)
19 11.2.1.3. AUFREINIGUNG VON PROTOPORPHYRIN IX (PP) 19 11.2.1.4.
DARSTELLUNG VON CHLID 20 11.2.1.5. BEREITSTELLUNG WEITERER SUBSTANZEN 21
11.2.2. EXTRAKTIONSMETHODEN DER VERSCHIEDENEN CHLOROPHYLL-VORSTUFEN 21
11.2.2.1. EXTRAKTION DER PORPHYRINE AUS TABAK UND GERSTE 21 11.2.2.2.
EXTRAKTION DER PORPHYRINE AUS CHLAMYDOMONAS REINHARDTII 22 11.2.2.3.
DETEKTION UND QUANTIFIZIERUNG VON CHLOROPHYLL-VORSTUFEN MITTELS HPLC UND
FLUORESZENZMESSUNG 22 11.2.2.4. NACHWEIS VON PORPHOBILINOGEN UND
5-AMINOLAEVULINSAEURE IN CHLAMYDOMONAS REINHARDTII 24 11.2.2.4.1. DIE
REAKTION VON 5-AMINOLAEVULINSAEURE UND PORPHOBILINOGEN MIT EHRLICHS
REAGENZ 24 11.2.2.4.2. DER NACHWEIS VON PORPHOBILINOGEN MITTELS
DUENNSCHICHTCHROMATOGRAPHIE 25 M.2.2.4.3. DIE SAEULENCHROMATOGRAPHISCHE
TRENNUNG VON 5-AMINOLAEVULINSAEURE UND PORPHOBILINOGEN 25 M.2.2.4.4. DER
DIREKTE NACHWEIS VON 5-AMINOLAEVULINSAEURE AUS EXTRAKTEN VON CHLAMYDOMOHAS
REINHARDTII 2 6 11.3. BIOCHEMISCHE ARBEITSMETHODEN 27 11.3.1. DIE
PROTEINBESTIMMUNG MIT BIO-RAD 27 11.3.2. MESSUNG DER
MG-CHELATASE-ENZYMAKTIVITAET 27 11.3.3. MESSUNG DER
CHLOROPHYLL-SYNTHASE-AKTIVITAET 28 11.3.4. MESSUNG DER
HYDROXYMETHYLBILAN-SYNTHASE-AKTIVITAET 29 LLL. ERGEBNISSE 30 11.1. DER
PORPHYRIN-GEHALT IN TABAK, GERSTE UND CHLAMYDOMONAS REINHARDTII .30
11.1.1. DER QUANTITATIVE NACHWEIS VON PP, MGPP UND MGPPME 30 11.1.1.1.
DIE ERSTELLUNG VON EICHKURVEN FUER DIE ZU UNTERSUCHENDEN PORPHYRINE 30
11.1.1.2. ENTWICKLUNG DER EXTRAKTIONSMETHODE FUER TABAK UND GERSTE 34
11.1.1.3. IDENTIFIZIERUNG DER ERHALTENEN HPLC-SIGNALE 36 11.1.1.4.
ANWENDUNG DER METHODE AUF DEN NACHWEIS VON PP 38 11.1.1.5. MODIFIZIERUNG
DER EXTRAKTIONSMETHODE FUER CHLAMYDOMONAS 39 III 111.1.2. DER GEHALT AN
PORPHYRINEN IN TABAK UND GERSTE 41 111.1.2.1. DIE ABHAENGIGKEIT DES
PORPHYRIN-GEHALTS VOM ENTWICKLUNGSZUSTAND 41 111.1.2.2. DER
TAGESZEITLICHE VERLAUF DER PORPHYRINE IN TABAK 46 111.1.2.3. DER
TAGESZEITLICHE VERLAUF DER PORPHYRINE IN GERSTE 50 111.1.2.4. DER GEHALT
AN PORPHYRINEN IN GERSTE BEI BELICHTUNG WAEHREND DER DUNKELPHASE UND
UNTER DAUERLICHT 53 111.1.3. DER GEHALT AN PORPHYRINEN IN CHLAMYDOMONAS
55 111.1.3.1. ABHAENGIGKEIT DES PORPHYRINGEHALTES VON DER KULTURDAUER DER
ALGEN 55 111.1.3.2. DER VERLAUF DER PORPHYRIN-KONZENTRATION WAEHREND DER
BELICHTUNGSPHASE 58 111.1.3.3. AUSWIRKUNGENDES PHYSIOLOGISCHEN ZUSTANDES
DER ALGEN AUF DEN LICHTBEDINGTEN ANSTIEG VON PP, MGPP UND MGPPME 62
III.2. MESSUNG VON ENZYMAKTIVITAETEN.: 65 LLL.2.1. DIE AKTIVITAET DER
HYDROXYMETHYLBILAN-SYNTHASE IN CHLAMYDOMONAS 65 111.2.1.1. DIE
ENTWICKLUNG EINES REAKTIONSANSATZES 65 111.2.1.2. EINFLUSS VON LICHT AUF
DIE HYDROXYMETHYLBILAN-SYNTHASE-AKTIVITAET 66 HL.2.2. MESSUNG DER
MG-CHELATASE-AKTIVITAET IN PFLANZLICHEN PIASTIDEN 68 111.2.2.1. -
ENTWICKLUNG DES ENZYMANSATZES 68 111.2.2.2. WIRKUNG VON LICHT AUF DIE
MG-OHELATASE-AKTIVITAET 71 ML.2.2.3. DIE MG-CHELATASE-AKTIVITAET UNTER
ZUGABE VON PIGMENTEN 75 III.2.2.4. DIE KOMBINATION VON
CHLOROPHYLL-SYNTHASE UND MG-CHELATASE 77 ML.2.2.5. DIE AKTIVITAET DER
MG-CHELATASE IN CHLOROPLASTEN VON GERSTE UND DEREN BEEINFLUSSUNG DURCH
LICHT 84 II.3. DER PORPHYRIN-GEHALT IN CHLAMYDOMONAS NACH APPLIKATION
VON 5-AMINOLAEVULINSAEURE UND HEMMSTOFFEN DER CHLOROPHYLL-BIOSYNTHESE 87
I.4. DIE MESSUNG DES GEHALTES VON PORPHOBILINOGEN UND
5-AMINOLAEVULINSAEURE IN CHLAMYDOMONAS 93 1.4.1. DER QUALITATIVE NACHWEIS
VON PORPHOBILINOGEN 93 1.4.2. DER QUANTITATIVE NACHWEIS VON
PORPHOBILINOGEN UND 5-AMINOLAEVULINSAEURE 95 IV IV. DISKUSSION 100 IV.1.
DIE ENTWICKLUNG DER EXTRAKTIONSMETHODEN 100 IV.2. DER PORPHYRIN-GEHALT
IN DEN ORGANISMEN 101 IV.2.1. DER TAGESZEITLICHE VERLAUF DER
UNTERSUCHTEN PORPHYRINE 101 IV.2.2. DIE URSACHEN FUER DEN LICHTBEDINGTEN
ANSTIEG VON PP, MGPP UND MGPPME 102 IV.2.2.1. DER EINFLUSS DER
MG-CHELATASE 102 IV.2.2.2. DER EINFLUSS EINER CIRCADIANEN KONTROLLE 104
IV.2.2.3. DIE SYNTHESE VON ALA ALS URSACHE FUER DEN LICHTBEDINGTEN
ANSTIEG DER PORPHYRINE 105 IV.2.3. DIE PHYSIOLOGISCHE ROLLE DER
UNTERSUCHTEN PORPHYRINE 107 V. ZUSAMMENFASSUNG 109 VI.
LITERATURVERZEICHNIS 111
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