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Authors: Pinto, Elizabeth A.
Title: Regulation der Zeaxanthin- und der Diatoxanthin-Epoxidase in Chlorophyll a/b- und Fucoxanthin-Chlorophyll a/c-haltigen Pflanzen
Online publication date: 18-Mar-2005
Language: german
Abstract: In der vorliegenden Arbeit wird der Vx-Zyklus und der Ddx-Zyklus unterschiedlicher Pflanzen hinsichtlich ihrer Regulation untersucht. Es konnte an Hand von in vivo Messungen gezeigt werden, dass bei zwei Kieselalgen unterschiedlicher Ordnung (Pennales bzw. Centrales) und einer Haptophyte mit Ddx-Zyklus die Dtx-Epoxidase delta-pH- reguliert ist. Im Gegensatz dazu steht die nicht-regulierte Zx-Epoxidase des Vx-Zyklus einer Raphidophyceae, einer Grünalge und einer aquatischen Höheren Pflanze. Es konnte gezeigt werden, dass der Grund für diese unterschiedliche Regulation der beiden Epoxidasen die verschiedenen Quench-Eigenschaften der Pigmente Dtx bzw. Zx ist. Durch parallele Messungen des NPQ und des De-Epoxidierungsgrads wurde deutlich, dass Zx zum Aufbau eines Quenching direkt den im Licht aufgebauten delta-pH benötigt, während Dtx alleine ausreichend ist, um ein Quenching zu verursachen. Bei diesen in vivo Messungen wurde außerdem deutlich, dass die Aktivitäten der untersuchten Epoxidasen große Unterschiede aufweisen. Diese sind abhängig von der entsprechenden Pigmentierung des jeweiligen Lichtsammelsystems, stehen also in Zusammenhang mit den Carotinoidbiosynthesen. Es konnte gezeigt werden, dass bei allen untersuchten Organismen, die eine Xanthophyll-dominierte Antenne mit Fx als Massenpigment enthielten, die Umsatzraten der Epoxidase sehr hoch waren, im Gegensatz zu Chl-dominierten Antennen. Nach diesen Erkenntnissen wurde die Dtx-Epoxidase weiter untersucht und so erstmalig durch Western-Blotting identifiziert. Es ergaben sich, allerdings erst nach zusätzlicher Proteinstabilisierung, zwei Signale, eins bei 60 kDa, das andere bei 57 kDa. Hierbei ist nach wie vor unklar, warum das Antiserum zwei Signale lieferte und ob es sich dabei um Isoformen, um anderweitige Modifizierungen, oder um eine Kreuzreaktion handelt. Auch der Mechanismus der delta-pH-Regulation der Dtx-Epoxidase konnte trotz in vivo und in vitro durchgeführter Studien nicht endgültig geklärt werden. Allerdings konnten verschiedene Mechanismen, wie z.B. eine direkte pH-Abhängigkeit des Enzyms, eine Regulation durch Reduktion und Oxidation oder durch Phosphorylierung und Dephosphorylierung, auf Grund der Daten falsifiziert werden. Es konnte schließlich die Regulation mit Hilfe eines transmembranen Rezeptors als das einzige, mit allen Daten konsistente Regulationsmodell vorgeschlagen werden.
This work presents the different regulation of the violaxanthin and the diadinoxanthin cycle of several plants. In vivo measurements showed that the diatoxanthin epoxidase in two different diatom species (one pennales and one centrales) and in a haptophyte with diadinoxanthin cycle is regulated by the delta pH. Unlike the zeaxanthin epoxidase of a raphidophyceae, a green alga and a higher aquatic plant with violaxanthin cycle is not regulated. This work shows that the reason for these regulations of both the epoxidases is the varied quench capability of the quenching pigments diatoxanthin and zeaxanthin. Parallel measurements of the NPQ and the deepoxidation state illustrate that the delta pH is also necessary for a zeaxanthin dependent NPQ whereas diatoxanthin is sufficent for NPQ. Incidentally, the epoxidases are extremly varying in their activities. The reason for high activities can be explained by the presence of fucoxanthin within the light harvesting complex in contrast to low activities caused of high amounts of chlorophyll within the antenna. Additionally a western blot analization showed two signals one of 60 kDa and one of 57 kDa. But it is still unclear if these two signals represent two isoforms or other protein modifications. In spite of the in vivo and in vitro measurements it was not possible to demonstrate the mechanism of the delta pH regulation of the diatoxanthin epoxidase. However, some models are discussed but only the existence of a transmembrane receptor as a regulation protein is consistent with all the known results so far.
DDC: 580 Pflanzen (Botanik)
580 Botanical sciences
Institution: Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department: FB 10 Biologie
Place: Mainz
ROR: https://ror.org/023b0x485
DOI: http://doi.org/10.25358/openscience-3768
URN: urn:nbn:de:hebis:77-7044
Version: Original work
Publication type: Dissertation
License: In Copyright
Information on rights of use: https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
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