Molekulare Pflanzenernährung und Biochemie der Pflanze
In den letzten Jahren wurden große Fortschritte bei der Entdeckung neuer Gene gemacht. So sind heute ganze Genomsequenzen für viele Organismen bekannt - auch für viele Pflanzen. Die Aufklärung der physiologischen Funktionen der von diesen Genen kodierten Proteine geht aber wesentlich langsamer voran. Dies stellt eine maßgebliche Hürde für ein umfassendes Verständnis von Organismen dar.
Der Schwerpunkt unserer Arbeit liegt in der Aufklärung der physiologischen Funktion von pflanzlichen Genen / Proteinen, die im Nukleotid- bzw. Desoxynukleotidstoffwechsel eine Rolle spielen. Zu diesem Zweck kombinieren wir Methoden der Bioinformatik, Biochemie, Genetik, Pflanzenphysiologie und Zellbiologie in einem integrativen Forschungsansatz.
Unsere Arbeitsschwerpunkte sind:
(1) Entdeckung noch unbekannter Enzyme des Nukleotidstoffwechsels und Charakterisierung ihrer biochemischen Eigenschaften und physiologischen Funktion im Kontext der Pflanze
(2) Aufklärung der Stoffwechselwege des pflanzlichen Nukleotidstoffwechsels einschließlich der Transportvorgänge innerhalb von Zellen und über Zellgrenzen hinweg
(3) Regulation des Nukleotidstoffwechsels
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Nukleotid Metabolismus - Übersicht
Nukleotide haben eine Vielzahl von Funktionen. Sie sind die Bausteine für den genetischen Informationsspeicher – für die Desoxyribonukleinsäure (DNA), aber werden auch für die Ablesung der genetischen Information und die Übersetzung in Proteine gebraucht. Hierfür kommt Ribonukleinsäure (RNA) zum Einsatz.
Darüber hinaus haben Nukleotide eine zentrale Funktion im Stoffwechsel. So wird z.B. Stoffwechselenergie in Zellen in einem Nukleotid zwischengespeichert: dem Adenosin-Triphosphat (ATP). Über die Kopplung mit ATP-Umsatz wird eine Vielzahl von energetisch ungünstigen Stoffwechselreaktionen angetrieben. Auch sind Nukleotide Bestandteile wichtiger Cofaktoren, die im Stoffwechsel unverzichtbar sind, wie z.B. Nicotinamid-Adenin-Dinukleotid (NADH) oder Coenzym A.
Beim Ablesen der genetischen Information wird Ribonukleinsäure (RNA) im pflanzlichen Stoffwechsel permanent generiert. Die RNA wird umfassend prozessiert, wobei Teile der RNA gleich nach der Synthese schon wieder herausgeschnitten und abgebaut werden. Auch die fertig prozessierten RNA Moleküle haben teilweise nur eine sehr kurze Lebensdauer, d.h. ständig werden Ribonukleotide wieder aus RNA freigesetzt.
Für die Bereitstellung der Ribonukleotide können diese neu (de novo) synthetisiert werden oder aus RNA freigesetzte Ribonukleotide werden recycled (salvage). Auch können Pflanzen Nukleotide vollständig abbauen, um gespeicherte Nährstoffe freizusetzen.
Der zelluläre Stoffwechsel muss die Neusynthese, den Salvage-Stoffwechsel und den Abbau der Ribonukleotide koordinieren, um jederzeit eine Ribonukleotide in ausreichender Menge bereitzustellen. Dies gilt auch für Desoxyribonukleotide, die immer dann in großer Menge benötigt werden, wenn ein Zellzyklus – oft verbunden mit einer Zellteilung - durchlaufen wird. Für Reparaturprozesse an der DNA müssen Desoxyribonukleotide aber auch jederzeit verfügbar sein.
