Die „andere Hand“ im Spitzahorn

Innsbrucker Chemiker fanden ein neues, sich vom bisher bekannten fundamental unterscheidendes Chlorophyll-Abbauprodukt im Spitzahorn. Diese Entdeckung unterstreicht die Vermutung, dass die aus dem Chlorophyll entstehenden Abbauprodukte eine physiologische Rolle in den Pflanzen haben könnten.
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Bild: Im Herbst verfärben sich die Blätter durch den Abbau von Chlorophyll. Das dabei im Spitzahorn entstehende Abbauprodukt unterscheidet sich von bisher Bekanntem. (Bild: Martina Rafelsberger)

Der Herbst steht vor der Tür und die Blätter werden wieder bunt. Verantwortlich für das wundervolle Farbenspiel in Rot, Gelb und Orange ist der Abbau des grünen Blattfarbstoffs Chlorophyll. Eine Forschergruppe um Prof. Bernhard Kräutler am Institut für Organische Chemie hat nun ein bisher unbekanntes Chlorophyll-Abbauprodukt in Spitzahorn-Blättern entdeckt. Die abweichende räumliche Anordnung seiner Atome spricht für einen Abbauweg, der sich von dem anderer blattabwerfender Bäume unterscheidet.

Energiegewinnung

Während der Sommermonate betreiben grüne Blätter Photosynthese, das Chlorophyll wandelt dabei Sonnenlicht in chemische Energie um. Im Herbst holen sich blattabwerfende Bäume wichtige Nährstoffe, wie Stickstoff und Mineralien, aus ihren Blättern zurück. Dabei wird Chlorophyll aus den Proteinen, in die es normalerweise eingebunden ist, freigesetzt. In dieser freien Form ist es aber phototoxisch, unter Licht kann es dem Baum schaden. Es muss daher durch Abbau „entgiftet“ werden.

„Wesentliche Puzzleteile dieses rätselhaften biologischen Phänomens wurden erst in den letzten beiden Jahrzehnten entdeckt“, berichtet Bernhard Kräutler. Verschiedene farblose Tetrapyrrole, Moleküle mit einem Gerüst aus vier stickstoffhaltigen Kohlenstoff-Fünfringen, die sich in absterbenden Blättern höherer Pflanzen ansammeln, wurden von den Innsbrucker Chemikern als wichtige Abbauprodukte des Chlorophylls klassifiziert. Man bezeichnet sie als „nicht-fluoreszierende“ Chlorophyll-Kataboliten (NCCs). „Sie galten bisher als Endprodukte eines gut kontrollierten, ‚linearen’ und weitgehend einheitlichen Abbauweges“, erklärt Bernhard Kräutler. Diese Vorstellung gerät nun immer mehr ins Wanken.

Spitzahorn

Kräutler und seine Kollegen haben sich den Chlorophyllabbau in Spitzahorn angesehen, eines in Eurasien heimischen Laubbaumes. „In gelbgrünen oder gelben Ahornblättern konnten wir keine der typischen Abbauprodukte finden“, sagt Kräutler. „Stattdessen fanden wir ein so genanntes Dioxobilan als Hauptprodukt, das einem Chlorophyll-Abbauprodukt aus Gerstenblättern ähnelt.“ Diese Entdeckung machte Martina Rafelsberger in ihrer Diplomarbeit über den Chlorophyllabbau im Spitzahorn – als Ergebnis erwartete man entweder ein bekanntes Abbauprodukt oder ein strukturell ähnliches. „Ein wichtiges Messresultat von Frau Rafelsberger war aber so entgegen aller Erwartungen, dass wir anfangs sogar an einen Messfehler dachten“, sagt Bernhard Kräutler.

Es gibt nämlich feine, aber fundamentale Unterschiede zum Abbauprodukt in den Gerstenblättern in der räumlichen Anordnung der Atome zueinander. „Sie können sich die Unterschiede vorstellen wir jene zwischen zwei Händen: Die linke und die rechte Hand unterscheiden sich ganz klar, sind aber dennoch sehr ähnlich“, erklärt Bernhard Kräutler. Ausgehend von den NCCs lässt sich kein plausibler Abbauweg zu dem neu entdeckten Abbauprodukt finden. „Offenbar gibt es in Spitzahornblättern einen Chlorophyll-Abbauweg, der sich ‚in der Händigkeit’ von allen bisher bekannten unterscheidet.“

Physiologische Rolle?

Die Struktur des neu entdeckten Dioxobilans erinnert an Gallenpigmente, die als Produkte des Hämabbaus sowohl wichtige Komponenten des Metabolismus in Säugetieren sind, wie auch als Lichtsensoren in Pflanzen. „Dies unterstreicht die Vermutung, dass der Chlorophyllabbau nicht nur ein Entgiftungsprozess ist, sondern dass die entstehenden Abbauprodukte eine physiologische Rolle haben könnten“, erklärt Dr. Thomas Müller aus der Forschungsgruppe von Bernhard Kräutler, der an der Entdeckung ebenfalls beteiligt war. „In den Schalen reifender Früchte könnten Chlorophyllabbauprodukte etwa als Antioxidantien wirken und die Früchte länger haltbar machen. Welche Rolle ihnen in Blättern zukommt, muss noch geklärt werden.“