Untersuchungen zur Beziehung von Kohlenstoffund Stickstoffmetabolismus in Spinatpflanzen

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1 Untersuchungen zur Beziehung von Kohlenstoffund Stickstoffmetabolismus in Spinatpflanzen (Spinacia oleracea L.) Dissertation zur Erlangung des naturwissenschaftlichen Doktorgrades der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fachbereiche der Georg-August-Universität zu Göttingen vorgelegt von Burgi Riens aus Gifhorn Göttingen 1992

2 INHALTSVERZEICHNIS 1. Einleitung Der Weg des Kohlenstoffes in der Pflanze Der Weg des Stickstoffes in der Pflanze Der Zusammenhang zwischen Kohlenstoff-und Stickstoffrnetabolismus Der Transport von Metaboliten innerhalb der Pflanze Zielsetzung der Arbeit 8 2. Material und Methoden Pflanzenmaterial und Anzucht Zusammensetzung der Nährlösungen Bestimmung der photosynthetischen Aktivität Blattscheiben-Sauerstoff-Elektrode Gaswechselanlage Meßprinzip des CO2 / H2O - Porometers Chloroform/Methanol-Extraktion Entfärbung der Extrakte Optisch-enzymatische Metabolitbestimmungen Nitrat Malat Oxoglutarat Pyruvat und Phosphoenolpyruvat Hydroxypyruvat Saccharose Stärke Nitritbestimmung Oberprüfung der Zuverlässigkeit der Extraktionsmethode Chromatographische Bestimmung von Aminosäuren 19

3 Derivatisierung mit Ninhydrin Derivatisierung mit OPA Reversed-Phase HPLC: Entwicklung der Methode Im Routineberieb eingesetzte Methode zur Aminosäure-Analyse Untersuchungen zum Einfluß des Nitratgehaltes der Nährlösung auf diurnale Metabolitänderungen Nichtwässrige Fraktionierung Nitratreduktase-Aktivitätsmessung Anreicherung der Nitratreduktase Proteinbestimmung SDS-Gelelektrophorese Bestimmung der Molekulargewichte Proteinfärbung Western-Blot-Untersuchungen Amido-Schwarz-Färbung Ergebnisse Änderungen von Metabolitgehalten bei unterschiedlicher Nitrat- Verfügbarkeit im diurnalen Rhythmus Vorbemerkungen Blattentwicklung Photosyntheseleistung Diurnale Änderung der CO2-Assimilationsrate unter Standardbedingungen CO2-Assimilationsraten bei verschiedenen Anzuchtbedingungen Nitratgehalt Malatgehalt Saccharose- und Stärkegehalt 2-Oxoglutarat-, Pyruvat- und Phosphoenolpyruvatgehalte Glutamat- und Glutamingehalte Aspartat- und Asparagingehalte Serin- und Glycingehalte

4 Alaningehalte Valingehalte Threonin-, und Isoleucin- und Tyrosingehalte Fixierung von Kohlenstoff und Stickstoff in Aminosäuren Zusammenfassung der wichtigsten Merkmale Bestimmung von subzellulären Metabolitgehalten Subzelluläre Verteilung von Aminosäuren Subzellulare Verteilung von Saccharose Metabolitänderungen während des Licht/Dunkel-Überganges Aktivitätsänderungen der Nitratreduktase Licht/Dunkel- bzw. Dunkel/Licht-Übergänge Reaktivierung der Dunkel-inaktivierten Nitratreduktase Einfluß von Mg 2+ -Ionen auf die Aktivität der Nitratreduktase Einfluß von ATP auf die Nitratreduktase-Aktivität Einfluß von Phosphatasen, Phosphataseinbibitoren und Metaboliten auf die Nitratreduktase-Aktivität Isolierung und gelelektrophoretische Untersuchungen der Nitratreduktase Diskussion Änderungen von Kohlenstoff- und Stickstoffakkumulation im diurnalen Rhythmus Zur intra- und interzellulären Verteilung von Aminosäuren und Saccharose Intrazelluläre Verteilung Interzelluläre Verteilung Zum Einfluß des zellulären Nitratgehaltes auf den pflanzlichen Stoffwechsel Zusammenhang zwischen Nitratassimilation und Energiebedarf Zusammenhang zwischen Nitratassimilation und Kohlenstoffakkumulation Die Rolle von Malat bei der Nitratassimilation 130

5 Die Rolle von Saccharose und Stärke bei der Nitratassimilation Einfluß der Reduktion des zellulären Nitratgehaltes auf Aminosäuren und Aminosäure-Vorläufer Zur Regulation der Nitratreduktase Überlegungen zur Bedeutung der Enzymphosphorylierung im pflanzlichen Stoffwechsel Zusammenfassung Abkürzungsverzeichnis Literaturverzeichnis 149

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