Chlorophyll Kataboliten

Der bei der herbstlichen Verfärbung der Blätter von laubwerfenden Bäumen und Sträuchern auftretende Chlorophyll-Abbau ist eines der sichtbarsten biologischen Phänomene. Trotz der Bedeutung des Chlorophyll- Katabolismus lag bis vor kurzem nur wenig (bio-)chemische Information über ihn vor. Einige bahnbrechende Entwicklungen auf diesem Gebiet wurden erst im Laufe des letzten Jahrzehnts erzielt. Das vorliegende Projekt soll Fragen über die Struktur und das Auftreten von Chlorophyll-Kataboliten in höheren Pflanzen, wie die (Bio-) Chemie von Schlüsselschritten beim Chlorophyll-Abbau beantworten und synthetische Zugänglichkeiten zu Chlorophyll-Kataboliten eröffnen. Als spezifische Beiträge des geplanten Projektes wird vorgeschlagen: (i) synthetische Zugänge für die Herstellung von farblosen Chlorophyll-Kataboliten zu erkunden und zu entwickeln, sowie von ähnlichen und weiter funktionalisierten Verbindungen; (ii) synthetisch zugängliche Verbindungen als molekulare Sonden der enzymatischen und nicht-enzymatischen Schlüsselschritte des seneszenzinduzierten Chlorophyll-Abbaus in grünen Pflanzen zu verwenden; (iii) weitere, neue Chlorophyll-Kataboliten in seneszenten Pflanzen (insbesondere aus Blättern und reifen Früchten) zu suchen und deren Strukturen aufzuklären. Die vorgeschlagenen Untersuchungen sollen einen Beitrag zu einem Gebiet leisten, welches von offensichtlicher ökologischer und ökonomischer Bedeutung ist, um somit unsere Kenntnisse über eines der faszinierendsten Naturphänomene zu vertiefen.

Chlorophyll ist das grüne Pigment der Pflanzen und deren zentraler Motor in der Photosynthese. Sein Entstehen im Frühjahr und sein Verschwinden im Herbst sind die sichtbarsten Zeichen des Lebens auf der Erde. Diese Erscheinungen können sogar aus dem Weltall beobachtet werden. Der herbstliche Chlorophyll-Abbau war trotz seiner augenscheinlichen ökologischen Wichtigkeit bis vor wenigen Jahren völlig ungeklärt und galt als biologisches Rätsel. Wir wissen heute, dass - entgegen aller früheren Erwartungen - das Chlorophyll in den Pflanzen rasch zu farblosen Verbindungen abgebaut wird. Die entscheidenden chemischen Beiträge zu dieser Thematik wurden in der Gruppe von Prof. Bernhard Kräutler am Institut für Organische Chemie der Universität Innsbruck in den letzten Jahren erbracht. Diese Forschungsresultaten kamen dank interdisziplinärer und internationaler Zusammenarbeiten zustande und wurden entscheidend durch Projekte beim Fonds zur Förderung der Wissenschaftlichen Forschung finanziell unterstützt. Im nun abgeschlossenen FWF-Projekt wurden farblose pflanzliche Chlorophyll-Kataboliten erstmals auch chemisch synthetisiert und damit sowohl ein nichtbiologischer Zugang zu dieser Verbindungsklasse erarbeitet, wie auch ein besseres Verständnis für ihre biologisch wichtigen chemischen Eigenschaften entwickelt. Als eine Konsequenz dieses verbesserten Verständnisses konnte gezeigt werden, dass der letzte entscheidende Schritt des pflanzlichen Chlorophyll-Abbaues eine in den Blättern spontan stattfindende chemische (und keine enzymatische) Reaktion ist (was kürzlich in den Proceedings of the National Academy of Sciences, USA, veröffentlicht wurde). Damit nützt die reifende Pflanze beim Chlorophyll-Abbau die eigene "Chemie" der Abbau-Zwischenstufen auf eine sehr ökonomische Art. Untersuchungen über den Chlorophyll-Abbau in Blättern von Spinat und anderer Pflanzen haben zur Entdeckung neuer farbloser Chlorophyll Kataboliten geführt und weisen darauf hin, dass einzelne Pflanzen-Spezies leicht unterschiedliche Detail-Lösungen für das "Problem" Chlorophyll-Abbau gefunden haben. Neben allgemeinem Interesse über das Phänomen der Herbstverfärbung sind Kenntnisse über den pflanzlichen Abbau des Chlorophylls aus ökonomischer und landwirtschaftlicher Sicht, wie auch aus ökologischen Gründen von hoher Bedeutung. Das Projekt hat damit ein hohes Potential zur generellen Innovationsförderung und zur spezifischen Verbesserung des Wissenschafts-Standortes Österreich.