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Auch der Stoffwechsel von Pflanzen ist hitzeempfindlich

Pflanzen k?nnen sich vor extremen Umweltbedingungen nicht verstecken und müssen ihre Stoffwechselaktivit?ten schnell an unterschiedliche Temperaturen oder Lichtintensit?ten anpassen.?Auch die zahlreichen Enzyme und Regulatorproteine, die an den komplexen Stoffwechselprozessen beteiligt sind, reagieren auf die wechselnden Umweltbedingungen empfindlich. Hitze oder hohe Lichtintensit?t k?nnen die Funktion und drei-dimensionale Struktur von Proteinen erheblich beeintr?chtigen und sie funktionslos machen. Damit dies nicht passiert und die Proteine ihre Funktion beibehalten, haben auch Pflanzen verschiedene?Schutzsysteme entwickelt, die die Proteine vor Oxidationen, Verklumpung oder Strukturver?nderungen schützen. Dazu geh?ren auch Chaperone, die als unterstützende Proteine dafür sorgen, dass wichtige Proteine korrekt gefaltet werden, also ihre richtige drei-dimensionale Form einnehmen und beibehalten.

Chaperon cpSRP43 schützt Enzyme vor falscher Faltung

Einer der wichtigsten Stoffwechselprozesse von Pflanzen ist die Chlorophyllbiosynthese. Auch bei gro?er Hitze oder starker Sonnenstrahlung müssen Pflanzen die Chlorophyllproduktion aufrechterhalten, um?die?Photosynthese so?abzusichern, dass sie für die Energieumwandlung des Sonnenlichtes ad?quat ist. Wie Pflanzen dies schaffen, konnten Shuiling?Ji, Dr. Peng Wang und Prof. Bernhard Grimm aus der Arbeitsgruppe Pflanzenphysiologie des Instituts für Biologie an der HU Berlin gemeinsam mit Kolleg:innen von der Caltech?nun zeigen. Das?Chaperons ?chloroplastid?res Signalerkennungspartikel 43“ (cpSRP43) schützt wichtige Enzyme w?hrend der Chlorophyllbiosynthese vor einer falschen Faltung durch Hitze.

Chlorophyllbiosynthese wird auch bei Hitze erm?glicht

Schon l?nger ist bekannt, dass das?Chaperon?cpSRP43 und sein Partnerprotein cpSRP54 gemeinsam einen anderen Stoffwechselprozess in Pflanzenzellen unterstützen: Sie sorgen für den Transport der?LHCPs (light-harvesting chlorophyll-binding?proteins)?durch die Chloroplasten und ihre Integration in die Thylakoidmembranen. In Studien mit Pflanzen und mit?Laboruntersuchungen der Enzyme ermittelten die Forscher:innen, dass sich bei erh?htem Hitzestress cpSRP43 von seinem Partner cpSRP54?l?st und?in einem eigenst?ndigen Einsatz wichtige Enzyme der?Chlorophyllbiosynthese schützt. Es stellt die Stabilit?t und L?slichkeit?der?Enzyme?GluTR, CHLH und GUN4?sicher und gew?hrleistet so, dass in Pflanzenzellen auch bei hohen Temperaturen die Enzyme gleichm??ig und st?rungsfrei im Stoffwechselweg der Chlorophyllbiosynthese arbeiten k?nnen.

?Die Entkopplung des Chaperon cpSRP43 von seinem Partner bei Hitzeeinwirkung und seine autonome Funktion als Hitzeschutz sind ein wichtiger Regulationsmechanismus in Pflanzenzellen. Für die Adaptation der Pflanzen an wechselnde klimatische Bedingungen ist der Mechanismus essenziell,“ erl?utert Gruppenleiter?Prof. Dr. Bernhard Grimm die Studienergebnisse.

Publikation

Shuiling Ji, Alex Siegel, Shu-ou Shan, Bernhard Grimm, & Peng Wang (2021). “Chloroplast SRP43 autonomously protects chlorophyll biosynthesis proteins against heat shock”. Nature Plants, DOI: 10.1038/s41477-021-00994-y

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Prof. Dr. rer. nat. Bernhard Grimm

Institut für Biologie, AG Pflanzenphysiologie

Humboldt-Universit?t zu Berlin

Tel.: 030 2093-98332

E-Mail: bernhard.grimm@rz.hu-berlin.de