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Zusammenfassung (Deutsch)

Inositolphosphate sind wichtige Komponenten der pflanzlichen Signaltransduktion. Sie fungieren in der Zelle zusätzlich als Antioxidanz und Speichersubstanz. Das mengenmäßig häufigste Inositolphosphat stellt Inositolhexakisphosphat (InsP₆) dar. Im Samen ist es das häufigste Inositolphosphat und dient als Phosphat- und Mineralienspeicher. Bei der Untersuchung verschiedener Suspensionskulturen zeigte sich durchweg ein Grundniveau an freiem InsP₆ in den Zellen. InsP₅ war entweder nicht oder nur in sehr geringen Mengen nachweisbar. Lediglich in Zellen von Cannabis sativa lag der Gehalt an InsP5 deutlich höher als die nachgewiesene Menge an InsP₆. Diese Beobachtung konnte an Jungpflanzen von Cannabis sativa, Humulus lupulus und H. japonicus bestätigt werden. Auch hier fand sich ein deutlich erhöhter Gehalt an InsP₅, wobei jeweils nur ein Isomer nachgewiesen werden konnte. Die unabhängige Identifizierung der Isomere ergab, dass es sich in allen drei Fällen um D-Ins(2,3,4,5,6)P₅ handelte. Nach den gängigen Ansichten in der Literatur handelt es sich bei diesem Isomer wohl um ein Abbauprodukt von InsP₆ in den Cannabaceae. Möglicherweise fungiert es als metabolische Drehscheibe, um benötigte Isomere schnell bereitstellen zu können. In Vertretern der Cannabaceae zeigte sich eine vom Apikalmeristem ausgehende Abnahme des Gesamtgehalts an Inositolpolyphosphaten. Darüber hinaus konnte zwischen Ins(2,3,4,5,6)P₅ und InsP₆ ein charakteristischen Verhältnis in Abhängigkeit vom Differenzierungsstand des jeweiligen Gewebes beobachtet werden. In jungen Organen liegt der Gehalt an InsP₆ erheblich höher, während sich das Verhältnis in ausdifferenzierten Geweben zu Gunsten von Ins(2,3,4,5,6)P₅ verschiebt. InsP₆ scheint also mit Wachstum und Differenzierung der Pflanzenorgane verknüpft zu sein. Das Auftreten eines neuen InsP₅, nämlich Ins(2,3,4,5,6)P₅, deutet auf einen bisher unbekannten Abbauweg hin. Wichtige Enzyme des Metabolismus der Inositolphosphate sind Phytasen. Diese spezielle Gruppe der Phosphatasen katalysieren den Abbau von InsP₆ durch sukzessive Hydrolyse der Phosphatgruppen. Aus den Keimblättern von Cannabis sativa konnte ein Enzym aufgereinigt werden, dass viele Charakteristika einer typischen Phytase zeigt. Das monomere Protein von 45 kDa Größe zeigte ein pHOptimum von 5,0 sowie ein Temperaturoptimum zwischen 30 und 40 °C. Die Affinität zu InsP₆ war mit einem Kₘ-Wert von 9,36 µM im Vergleich mit anderen bekannten Phytasen sehr hoch. Spezifische Inhibitortests zeigen, dass es sich bei dem isolierten Enzym um eine Histidin-Saure Phosphatase handelt.

Zusammenfassung (Englisch)

Inositol phosphates are important components in plant signaling. They also function in the cell as a storage compound and as antioxidants. The most common inositol phosphate is inositol hexakisphosphate (InsP₆). In seeds it is the predominant inositol phosphate and serves mainly for the storage of phosphate and minerals. In the examination of suspension-cultured cells of different species InsP₆ was always, to some extent, detectable. In contrast, InsP5 which was not detectable or only in low amounts. Only the cells of Cannabis sativa showed a significantly higher level of InsP₅ which was many times higher than the detected amounts of InsP₆. This observation was verified by analysis of plants from Cannabis sativa, Humulus lupulus and H. japonicus. These plants showed a much higher level of InsP₅ of which, as in cell cultures only one isomere was detected. The independent identification of the three isomeres showed that all of them were the D-Ins(2,3,4,5,6)P₅. According to most common opinion in the literature this isomere is probably a degradation product of InsP₆ in the Cannabaceae. It may function as a metabolic hub and enables the cell to build required signal compounds rapidly. In growing plants there is a reduction of the concentration inositol polyphosphates from the apical mersitem downwards to the roots. The concentration decrease topdown. Furthermore there was a characteristic ratio between Ins(2,3,4,5,6)P₅ und InsP₆ depending on the grade of differentiation of the tissue. In young organs the level of InsP₆ was distinct higher while in fully differentiated tissues the level of Ins(2,3,4,5,6)P₅ was higher. There seems to be a connection between the growth and differentiation and the level of InsP₆ in the cells of plants. The occurence of Ins(2,3,4,5,6)P₅ indicates a previously unknown degradation pathway of InsP₆ in Cannabaceae.

Phytases are important enzymes in the metabolism of inositol phosphates. They are a special group of phosphatases that catalyse the degradation of InsP₆ by successive hydrolysis of the phosphate groups. From the cotyledones of Cannabis sativa an enzyme was isolated that shows many characteristica of a typical phytase. The monomeric enzyme has a size of 45 kDa. The pH-optimum is about 5,0 and the ideal temperature for degradation was determined between 30 and 40 °C. It showed a very high affinity to InsP6 compared with other phytases indicated by a Kₘ-value of 9,36 µM. Tests with specific inhibitors suggest that the isolated enzyme belongs to the large group of histidin acid phosphatases.

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