Blattgrün: Immer bunter

Licht in den Abbau von Chlorophyll bringen Wissenschaftler rund um Prof. Bernhard Kräutler vom Institut für Organische Chemie. In einer aktuellen Arbeit lüften sie das Geheimnis um den Hauptweg im natürlichen Abbauprozess von Chlorophyll in der Acker-Schmalwand und klären den dabei entstehenden Kataboliten-Zoo auf.
kraeutler_suessenbacher_800x612.jpg
Bild: Iris Süssenbacher und Bernhard Kräutler im Labor am Institut für Organische Chemie

Chlorophyll macht die Blätter grün. Im Herbst wird dieser komplex aufgebaute Farbstoff in den Blättern in biologischen Prozessen abgebaut. Dabei entstehen eine Reihe von neuen farblosen Abbauprodukten (‚Kataboliten‘), die in den Vakuolen gespeichert werden, den sogenannten ‚Abfallbehältern‘ der Pflanzenzellen. Die Acker-Schmalwand (Arabidopsis thaliana), eine in der Biologie beliebte Modellpflanze, produziert dabei nicht nur schon länger bekannte Phyllobilane, sondern auch sogenannte Dioxobilane. Diese zweite Sorte von Kataboliten des Chlorophylls hat die Forschungsgruppe um Prof. Bernhard Kräutler am Institut für Organische Chemie schon früher nicht nur in der Acker-Schmalwand entdeckt, sondern auch in Herbstblättern des Spitzahorns (Acer platanoides). Nun ist es den Forschern gelungen, den biochemischen Reaktionsweg zu diesen Dioxobilanen zu klären. Sie berichten darüber in der Fachzeitschrift Angewandte Chemie International Edition.

Der zweite Abbau-Weg

„Diese Arbeit stellt einen neuen technischen Höhepunkt in der Aufklärung des Chlorophyll-Abbaus dar“, freut sich Prof. Kräutler. Dabei ist den Forschern die Fluoreszenz einer zunächst unbedeutenden Komponente im Isolat aus der Acker-Schmalwand aufgefallen. Dann war es der Doktorandin Iris Süssenbacher gelungen, aus 260 Gramm der grünen Blätter dieser Pflanze 130 Mikrogramm des darin verborgenen fluoreszierenden Abbauprodukts zu isolieren. Durch sehr überlegtes Vorgehen konnte die Chemikerin dann auch die Struktur dieser reaktionsfreudigen Substanz bestimmen. So ließ sich zeigen, dass dieser kurzlebige, fluoreszierende Katabolit der direkte ‚missing link‘ bei der Bildung des in der Pflanze bereits früher identifizierten Dioxobilan-Hauptprodukts ist. Damit konnte das Geheimnis gelüftet werden, wie der Hauptast des Chlorophyll-Abbaues in Arabidopsis thaliana vom bekannten Weg abzweigt und zu den Dioxobilanen führt.

Frage nach der Funktion

Interessant ist die Aufklärung der neuartigen Dioxobilane auch deshalb, weil sie im Abbau des roten Blutfarbstoffs (Häm) eine erstaunliche Parallele finden. In Pflanzen ist die Funktion der beim Häm-Abbau entstehenden Biline fundamental. Auch der Mensch baut pro Tag rund 300 bis 500 Milligramm Häm ab, um Eisen für den Organismus freizusetzen. Dabei entstehen die Gallenfarbstoffe, wie das gelbe Bilirubin (Gelbsucht). Die jahrelangen Bemühungen der Forschungsgruppe von Bernhard Kräutler, den Abbau des Blattgrüns besser zu verstehen, mündet letztendlich auch in die Frage, welche biologische Funktionen die dabei gebildeten Chlorophyll-Kataboliten in der Natur haben. Derzeit können die Wissenschaftler darüber nur spekulieren. Mit der schrittweisen Beschreibung der Kataboliten wollen sie einer gesicherten Antwort aber immer näherkommen.

Die aktuelle Arbeit wurde unter anderem vom österreichischen Wissenschaftsfonds FWF finanziell gefördert und entstand im Rahmen des Forschungsschwerpunkts Molekulare Biowissenschaften der Universität Innsbruck.