@phdthesis{Vosloh2011,
  author    = {Vosloh, Daniel},
  title     = {Subcellular compartmentation of primary carbon metabolism in mesophyll cells of Arabidopsis thaliana},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-55534},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2011},
  abstract  = {Metabolismus in Pflanzenzellen ist stark kompartimentiert. Viele Stoffwechselwege haben Reaktionen in mehr als einem Kompartiment. Zum Beispiel wird w{\"a}hrend der Photosynthese in pflanzlichen Mesophyllzellen Kohlenstoff in Form von St{\"a}rke in den Chloroplasten synthetisiert, w{\"a}hrend es im Zytosol in Form von Sacharose gebildet und in der Vakuole gespeichert wird. Diese Reaktionen sind strikt reguliert um ein Gleichgewicht der Kohlenstoffpools der verschiedenen Kompartimente aufrecht zu erhalten und die Energieversorgung aller Teile der Zelle f{\"u}r anabolische Reaktionen sicher zu stellen. Ich wende eine Methode an, bei der die Zellen unter nicht-w{\"a}ssrigen Bedingungen fraktioniert werden und daher der metabolische Status der w{\"a}hrend der Ernte herrschte {\"u}ber den ganzen Zeitraum der Auftrennung beibehalten wird. Durch die Kombination von nichtw{\"a}ssriger Fraktionierung und verschiedener Massenspektrometrietechniken (Fl{\"u}ssigchromotagraphie- und Gaschromotagraphie basierende Massenspekrometrie) ist es m{\"o}glich die intrazellul{\"a}re Verteilung der meisten Intermediate des photosynthetischen Kohlenstoffstoffwechsels und der Produkte der nachgelagerten metabolischen Reaktionen zu bestimmen. Das Wissen {\"u}ber die in vivo Konzentrationen dieser Metabolite wurde genutzt um die {\"A}nderung der freien Gibbs Energie in vivo zu bestimmen. Mit Hilfe dessen kann bestimmt werden, welche Reaktion sich in einem Gleichgewichtszustand befinden und welche davon entfernt sind. Die Konzentration der Enzyme und der Km Werte wurden mit den Konzentrationen der Metabolite in vivo verglichen, um festzustellen, welche Enzyme substratlimitiert sind und somit sensitiv gegen{\"u}ber {\"A}nderungen der Substratkonzentration sind. Verschiedene Intermediate des Calvin-Benson Zyklus sind gleichzeitig Substrate f{\"u}r andere Stoffwechselwege, als da w{\"a}ren Dihyroxyaceton-phosphat (DHAP, Saccharosesynthese), Fructose 6-phosphat (Fru6P, St{\"a}rkesynthese), Erythrose 4-phosphat (E4P, Shikimat Stoffwechselweg) und Ribose 5-phosphat (R5P, Nukleotidbiosynthese). Die Enzyme, die diese Intermediate verstoffwechseln, liegen an den Abzweigungspunkten zu diesen Stoffwechselwegen. Diese sind Trisose phosphat isomerase (DHAP), Transketolase (E4P), Sedoheptulose-1,7 biphosphat aldolase (E4P) und Ribose-5-phosphat isomerase (R5P), welche nicht mit ihren Substraten ges{\"a}ttigt sind, da die jeweilige Substratkonzentration geringer als der zugeh{\"o}rige Km Wert ist. F{\"u}r metabolische Kontrolle bedeutet dies, dass diese Schritte am sensitivsten gegen{\"u}ber {\"A}nderungen der Substratkonzentrationen sind. Im Gegensatz dazu sind die regulierten irreversiblen Schritte von Fructose-1,6.biphosphatase und Sedoheptulose-1,7-biphosphatase relativ insensitiv gegen{\"u}ber {\"A}nderungen der Substratkonzentration. F{\"u}r den Stoffwechselweg der Saccharosesynthese konnte gezeigt werden, dass die zytosolische Aldolase eine geringer Bindeseitenkonzentration als Substratkonzentration (DHAP) aufweist, und dass die Konzentration von Saccharose-6-phosphat geringer als der Km Wert des synthetisierenden Enzyms Saccharose-phosphatase ist. Sowohl die Saccharose-phosphat-synthase, also auch die Saccharose-phosphatase sind in vivo weit von einem Gleichgewichtszustand entfernt. In Wildtyp Arabidopsis thaliana Columbia-0 Bl{\"a}ttern wurde der gesamte Pool von ADPGlc im Chloroplasten gefunden. Das Enzyme ADPGlc pyrophosphorylase ist im Chloroplasten lokalisiert und synthetisiert ADPGlc aus ATP und Glc1P. Dieses Verteilungsmuster spricht eindeutig gegen die Hypothese von Pozueta-Romero und Kollegen, dass ADPGlc im Zytosol durch ADP vermittelte Spaltung von Saccharose durch die Saccharose Synthase erzeugt wird. Basierend auf dieser Beobachtung und anderen ver{\"o}ffentlichten Ergebnissen wurde geschlußfolgert, dass der generell akzeptierte Stoffwechselweg der St{\"a}rkesynthese durch ADPGlc Produktion via ADPGlc pyrophosphorylase in den Chloroplasten korrekt ist, und die Hypothese des alternativen Stoffwechselweges unhaltbar ist. Innerhalb des Stoffwechselweges der Saccharosesynthsese wurde festgestellt, dass die Konzentration von ADPGlc geringer als der Km Wert des St{\"a}rkesynthase ist, was darauf hindeutet, dass das Enzym substratlimitiert ist. Eine generelle Beobachtung ist, dass viele Enzmye des Calvin-Benson Zyklus {\"a}hnliche Bindeseitenkonzentrationen wie Metabolitkonzentrationen aufweisen, wohingegen in den Synthesewegen von Saccharose und St{\"a}rke die Bindeseitenkonzentrationen der Enzyme viel geringer als die Metabolitkonzentrationen sind.},
  language  = {en}
}