Chlorophyllabbau: Weiteres Puzzlestück entdeckt

Im Herbst werfen viele Pflanzen ihre Blätter ab. Bevor dies geschieht, laufen in den Zellen zahlreiche gut kontrollierte biochemische Prozesse ab. Nun haben Innsbrucker Chemiker ein weiteres Puzzlestück entdeckt, das beim biologischen Abbau von Chlorophyll eine tragende Rolle spielen dürfte. Noch bleiben aber viele Fragen zur physiologischen Funktion der Abbauprodukte offen.
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Bild: Innsbrucker Arbeit auf dem Titelblatt der nächsten Ausgabe der Zeitschrift Chemistry.

Chlorophyll dient den Pflanzen dazu, Licht in biologisch verwertbare Energie umzuwandeln. Die Moleküle sind so angeordnet, dass sie das Licht sammeln und die Energie weiterleiten können. Im Herbst holen sich die Pflanzen 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 Blatt schaden. Es muss daher durch Abbau „entgiftet“ werden. Welche Produkte dabei entstehen und wie diese biologischen Prozesse ablaufen, ist bis heute nicht restlos geklärt. Eine der weltweit führenden Forschungsgruppen auf diesem Gebiet ist das Team um Prof. Bernhard Kräutler und Dr. Thomas Müller vom Institut für Organische Chemie und dem CMBI der Universität Innsbruck. Wichtige Abbauprodukte des Chlorophylls konnten die Innsbrucker Chemiker in den vergangenen Jahren bereits klassifizieren. Nun haben sie das farblose Verbindungstück in diesem Abbauprozess dingfest gemacht, welches aus den zunächst unsichtbaren Abbauprodukten ein leuchtend gelbes und bereits bekanntes Pflanzenpigment entstehen lässt.

Neues Abbauprodukt entdeckt

Die neue, immer noch farblose Verbindung entsteht durch einen oxidativen Prozess und wandelt sich dann spontan in das bekannte gelbe Pigment um. Clemens Vergeiner, Doktorand im Team, hat bei der sehr sorgfältigen Untersuchung von Blättern der Friedenslilie das Entstehen dieser farblosen Substanz ausfindig gemacht und ihre Umwandlung in das gelbe Pigment analysiert. „Der dabei entdeckte oxidative Prozess öffnet in den Blättern verschiedener Pflanzen den Weg von farblosen Chlorophyll-Abbauprodukten zu gelben und dann weiter zu roten Blattpigmenten“, sagt Prof. Kräutler. „Mit dieser Entdeckung eröffnet sich der Zugang zu wissenschaftlichem Neuland.

Frage nach der Funktion des „Abfalls“

Die Wissenschaftler glauben, dass der neu entdeckte Prozess in der späteren Phase der Seneszenz wichtig ist, bei welcher oft farbige Chlorophyll-Abbauprodukte auftreten. „Wir befinden uns hier am Übergang von streng kontrollierten, biologischen Prozessen zu nicht mehr so gut kontrollierten Vorgängen in den alternden Blattzellen der Pflanze“, erklärt Prof. Kräutler. In Zukunft wollen die Chemiker die späteren Abbauprodukte näher untersuchen und vor allem auch klären, welche Funktion Chlorophyll-Abbauprodukte in der Pflanze erfüllen. „Es zeigt sich immer mehr, dass diese Verbindungen keine Abfallprodukte sind. Sie erfüllen bestimmte physiologische Funktionen, denen wir aber noch auf die Spur kommen müssen“, freut sich das Team um Bernhard Kräutler über neue spannende Fragen.

Die Ergebnisse werden nun in der Fachzeitschrift Chemistry - A European Journal veröffentlicht, das der Arbeit die Titelseite der ersten Ausgabe im neuen Jahr widmen wird.