13C Kernspinresonanzstudien zur Synthese und Kompartimentierung von Malat und Citrat in Zellen höherer Pflanzen.

Die Synthese von Malat und Citrat durch Ahornzellen (Acer pseudoplatanus L.), die mit KH13CO3 perfundiert wurden, wurde mit 13C NMR analysiert. Um In-vivo-Experimente durchzuführen, wurden die Zellen in einem 25-mm-Rohr komprimiert und mit einer Anordnung perfundiert, die eine enge Kontrolle des zirkulierenden Nährmediums ermöglichte. Es wurde eine neuartige Methode unter Verwendung von paramagnetischem Mn2+ entwickelt, die einen vollständigen Verlust der vakuolären Malat- und Citrat-Signale verursachte, um zwischen cytoplasmatischen und vakuolären Pools von Malat und Citrat zu unterscheiden. Unsere Ergebnisse zeigten Folgendes: (a) Die Ansammlung erheblicher Mengen an Malat in Ahornzellen erforderte relativ hohe (1 mM) Konzentrationen von Bicarbonat bei allen getesteten pH-Werten. (b) Malat wurde sowohl an C-1 als auch an C-4 gleichmäßig markiert, was darauf hindeutet, dass das an C-1 markierte Malat durch Randomisierung von C-1 und C-4 durch mitochondriale Fumarase produziert wurde. In der Tat zeigte die Trennung der intakten Organellen von den lysierten Protoplasten, dass die Fumarase-Aktivität im Wesentlichen auf die Mitochondrien beschränkt war. Ebenso war Citrate sowohl an C-1 als auch an C-5 + C-6 Carboxylgruppen gleichmäßig angereichert. (c) Malat trat zunächst im cytoplasmatischen Kompartiment auf; und als ein Schwellenwert der cytoplasmatischen Malatkonzentration erreicht wurde, wurden Malatmoleküle in die Vakuole ausgestoßen, wo sie sich ansammelten. Andererseits reicherte sich Citrat kontinuierlich in der Vakuole an. Pulse-Chase-Experimente zeigten die zentrale Rolle des Tonoplasten bei der Regulierung des vakuolären Citrateinstroms und dem permanenten Austausch von Malat zwischen dem Cytoplasma und der Vakuole.