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Tetraether Lipide thermophilerArchaebakterien
• Synthese der Phytanyl-Gruppe aus Geranylgeranyl-PP (isoprenoid)• C40 Kette mit verzweigten Methylgruppen und Cyclopentanringen• Phospholipide, Glycolipide, Sulfoglycolipide
GlycerolDialkylnoninol
Bipolare Etherlipide bilden ‚Monolayer‘Membranen aus
Extrem thermophileArchea (>50oC)
GlycerolDialkylnoninolTetraehter
GlycerolDialkylnoninol + 4 Cyclopentanringe
Funktion von Lipiden
-Membrankomponenten
-Energiespeicher --Übersicht:
Synthese von TriacylglycerolÖlkörper
-Fettsäurezusammensetzung in SpeicherlipidenOxylipine in ÖlsamenSynthese ungewöhnlicher FettsäurenIndustrielle Nutzung und biotechnologische Ansätze
-Strukturelle Lipide-Cuticula
Oxylipine in strukturellen Lipiden: Cutinaufbauund -synthese
-sek. ZellwändeSuberin
-Signal- und Abwehrstoffe-IEP-Oxylipin Jasmonat
AbwehrWundheilung: Wachstumshormonreproduktive Entwicklung
SpeicherstoffeEnergiespeicher
Triacyl-glycerol
Synthesein Arabidopsis
Samen
Energiespeicher
Aufbau der Triacylglycerol-haltigenÖlkörper (oleosom)
Oleosine stabilisieren Ölkörper
Energiespeicher
Ölsamen
• Ungewöhnliche Fettsäuren
• Industrielle Nutzung
Energiespeicher
Ricinus Samen
Biosynthese von Ricinolinsäure(12-Hydroxyölsäure)
Energiespeicher
BifunctionaleDesaturase/Hydroxylase
7 Aminosäuren verwandeln Hydroxylase in
Desaturase und vv• FAD2 Desaturase aus
Arabidopsis• m7FAD2 Desaturase aus
Arabidopsis mit 7 Resten der Hydroxylase
• LFAH12 Hydroxylase aus Lesquerella
• m7LFAH12 Hydroxylaseaus Lesquerella mit 7 Resten der Desaturase
Science 1998
Energiespeicher
1. Ruhezustand:Diferric Fe (FeIII), µ-oxo
2. Reduktion zum Diferrous Fe (FeII)
3. Bindung von O2 führt zum peroxo Intermediate
(FeIII)
4. Spaltung des O2, Oxidation zum aktivierten
diferryl Fe (FeIV) Intermediate5. Abspaltung des H
Es entsteht ein Radical der Fettsäure
6. Abspaltung des benach-barten H, Doppelbindung
Katalytischer Mechanismus der FAD
Anlagerung des Substrats 18:0 Acyl~ACP
Energiespeicher
Desaturase Hydroxylase Acetylase Epoxidase
Energiespeicher
Desaturasen ähnliche Enzyme modifizieren Fettsäuren
Energiespeicher
Biotechnologische Ansätze: Optimierung der Nutzung von
Pflanzenölen• Ertragssteigerung
durch Gentechnologie
• Was determiniert Produktionslevel von Speicherlipiden?
• Mehr als 30 Reaktionen notwendig um Acetyl-CoA in Triacylglycerol zu verwandeln
• Erfolgreich: 1.Expression cytosolischer CCA in Plastiden;
Energiespeicher
• Speicherlipide TAG: • Synthese im ER, AcylCoA Pool, Fettsäuren
werden durch Desaturasen -gebunden an Phosphatidylcholine- desaturiert, unmittelbare Vorstufe für TAG Synthese ist DAG
• Speicherung in Oleosomen• Ungewöhnliche Fettsäuren: langkettig (C22:1)
oder Hydroxy-, Epoxy-, Acetylenderivate, Synthese anhand von ‚mutierten‘ Desaturasen
• Industrielle Nutzung, Biotechnologische Ansätze
Cutin Jasmonat
Oxylipinsynthese als Antwort auf biologische Aggression
Strukturell Lipide: Aufbau der pflanzlichen Zellwände: Cuticula
und sek. verkorkte Zellwand
Strukturelle Lipide
Synthese von Cutin Bausteinen: Lipoxygenase/Peroxygenase
• Wichtigsten Monomere:
• C16: 16-Hydroxypalmitin-säure; 16, x-Dihydroxypalmitin-säure
• C18: 18-Hydroxyölsäure, 9,10-Epoxi 18-Hydroxystearin-säure; 9,10,18, Trihydroxystearin-säure
Strukturelle Lipide
Hydroperoxid
CutinschichtStrukturelle Lipide
Suberin: Verkorkte Zellwände
Fettsäuremetabolismusderivate Phenolderivat
Strukturelle Lipide
Oxylipine
Botenstoffe
Botenstoffe
Vorstufe:Fettsäuren
Jasmonat: Signalstoff, Abwehrstoff
Botenstoffe
Jasmonat wehrt Insektenbefall abBotenstoffe
Zusammenfassung: Oxylipine
• Mit O2 angereicherte Fettsäuren• Vorkommen: - Speicherlipiden: ungewöhnliche Fettsäuren - Strukturellen Lipiden: z.B. Cutin- Regulation von Abwehr und
Entwicklungsprozessen: Jasmonat• Biosynthesewege:
1. Lipoxygenase Weg: Hydroperoxid als Vorstufe für Cutin (Peroxygenase Weg), Jasmonat (Allen Oxid Synthese) Synthese 2. ‚Modifizierte Desaturase‘ Weg: Hydroxy-, Epoxy- Fettsäuren in Triglyceriden
Carotenoide: Energietransduktion, Photoprotektion
Vorstufe:
Vorstufe Membranlipid Botenstoffe
Inositolphosphat ‚Secondary‘ messengers
Botenstoffe
Bio-technische Minderung des Erucasäuregehalts in Raps
Energiespeicher