Funktionsanalyse pflanzlicher Aquaporine

• Main Author: Uehlein, Norbert
• Format: Others
• Language: German; de
• Published: 2004
• Online Access: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/465/1/Dissertation-Uehlein.pdf; Uehlein, Norbert <http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/view/person/Uehlein=3ANorbert=3A=3A.html> : Funktionsanalyse pflanzlicher Aquaporine. [Online-Edition] Technische Universität, Darmstadt [Ph.D. Thesis], (2004)

Aquaporine zählen zur Superfamilie der MIP-homologen Proteine („major intrinsic proteins“). Sie bilden membranständige Poren, die die Passage von Wasser bzw. gelöster Stoffe wie zum Beispiel Glycerin und Harnstoff erleichtern. Der aquaporinvermittelte Stofftransport über Biomembranen ist nicht aktiver Natur, sondern folgt einem osmotischen Gradienten. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden drei Aspekte der Aquaporin-Funktion untersucht. Zunächst wurde die CO2-Permeabilität des Aquaporins NtAQP1 aus Nicotiana tabacum untersucht. Die aquaporinvermittelte zelluläre Aufnahme von CO2 konnte zunächst im heterologen Xenopus-Oozytenexpressionssystem nachgewiesen werden. Im Folgenden schlossen sich Untersuchungen im homologen pflanzlichen System an. Auch hier konnte eine veränderte zelluläre Aufnahme von CO2 in Abhängigkeit von der NtAQP1-Expression nachgewiesen werden. An intakten Pflanzen konnten darüber hinaus Effekte auf CO2-abhängige physiologische Vorgänge gezeigt werden. Die veränderte Expression von NtAQP1 beeinflusst den Mechanismus der Stomatabewegung und wirkt sich auf die Photosyntheseleistung der Pflanze aus. Aus den erhaltenen Ergebnissen kann abgeleitet werden, dass NtAQP1 im heterologen wie im homologen System unter anderem die Funktion einer CO2-Pore hat. Ein weiterer Teil der Arbeit beschäftigte sich mit der unterschiedlichen Wasserpermeabilität von PIP1- und PIP2-Aquaporinen am Beispiel zweier Vertreter aus Samanea saman. PIP1-Aquaporine induzieren in Xenopus-Oozyten in der Regel eine niedrige Wasserpermeabilität der Plasmamembran, während PIP2-Aquaporine deutlich höhere transmembrane Wasserflüsse ermöglichen. Mittels Gefrierbruch-Elektronenmikroskopie wurde die Dichte von Protein-Komplexen in den Plasmamembranen der Oozyten untersucht. Hierbei konnte nachgewiesen werden, dass die angesprochenen unterschiedlichen Wasserpermeabilitäten auf eine molekulare Eigenschaft des entsprechenden Proteins zurückgehen können und nicht auf einen unterschiedlichen Einbau der Proteine in die Plasmamembran beruhen. Als drittes Projekt wurde untersucht, inwiefern sich die Stickstoff-Versorgung von Phaseolus vulgaris in Form von Ammonium, bzw. Nitrat, auf die Aquaporinexpression in der Wurzel auswirkt. Kooperationspartner konnten nachweisen, dass die Versorgung von Wurzeln mit Ammonium als Stickstoffform eine verringerte Rate der Wasseraufnahme zur Folge hat. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass die Behandlung mit Ammonium zu einer reduzierten Expression von PIP1-Aquaporinen in der Wurzel führt.