Fraunhofer-Gesellschaft

Publica

Hier finden Sie wissenschaftliche Publikationen aus den Fraunhofer-Instituten.

Analytik niedermolekularer Metall-Liganden-Komplexe

Gleichgewichte in Pflanzen
 
: Köster, J.

:
Fulltext ()

Dortmund, 2015, 232 pp.
Dortmund, TU, Diss., 2015
German
Dissertation, Electronic Publication
Fraunhofer IME ()

Abstract
Für das Verständnis von Metalltransportprozessen auf molekularer Basis wird in der Pflanzenbiologie großer Forschungsaufwand betrieben. Besonders über kleine Metallspezies ist fast nichts bekannt, wobei ein zentrales Problem für die Entwicklung analytischer Methoden die geringe Stabilität der Metallspezies ist. Notwendige Trennungen stellen immer eine Störung bestehender Gleichgewichte dar (Dissoziation); sowie eine Konzentrationsverringerung. Diese Arbeit soll dazu beitragen die Lücke im Methodenspektrum zur Analyse und Konzentrierung labiler Metallspezies zu verkleinern und damit Möglichkeiten eröffnen, den Metalltransport im Xylem zu untersuchen. In einem völlig neuen Ansatz wurde die Fokussierbarkeit von Metallspezies an einem Isoelektrischen Punkt (pI) nachgewiesen. Auf Basis Isoelektrischer Fokussierung (IEF) wurde ein Verfahren entwickelt, mit dem labile Metallspezies erstmals konzentriert und gleichzeitig ein Großteil der Matrixbestandteile abgetrennt werden konnten. Die Anwendbarkeit für biologisches Probenmaterial wurde gezeigt, bis hin zur Möglichkeit einer zweidimensionalen Trennung, kombiniert mit einer HPLCTrennung. Citrat-Komplexe sind von besonderem Interesse, da ihnen eine wichtige Rolle im Xylemtransport von Eisen zugeschrieben wird. Bisher gab es auf molekularer Ebene keine Informationen über ihre Identität, bzw. Stöchiometrie. Daher wurde ein Analyseverfahren entwickelt, mit dessen Hilfe es gelang, bisher unbekannte Eisen-Citrat-Spezies zu trennen und zu identifizieren. Die Existenz der im Modellsystem identifizierten Spezies wurde in biologischen Matrices nachgewiesen und so die Anwendbarkeit der HPLC-MS-Methode bewiesen. Um neben der Untersuchung der einzelnen Eisenspezies auch einen Überblick über Gleichgewichte mit anderen Metallverbindungen und Metaboliten in einer pflanzenbiologischen Probenreihen zu gewinnen, wurden mit der entwickelten HPLCMS-Methode neben den labilen Citratkomplexen, auch stabile Phytosiderophorkomplexe und viele Metabolite in einem Analysenschritt erfasst. So konnten erstmalig verschiedene Pflanzen-Ernährungszustände unter Einbeziehung definierter Eisenspezies signifikant unterschieden, und so Hypothesen zum Eisentransport in seneszenten Pflanzen verifiziert werden. Durch die Neuentwicklungen dieser Arbeit ist es gelungen, das analytische Methodenspektrum für kleine labile Metallspezies so zu erweitern, dass neben der Konzentrierung und Analyse einzelner Spezies konkrete biologische Fragestellungen erfolgreich beantwortet werden konnten.

 

Great effort is made in biological research to understand metal transport processes in plants on the molecular level. A central problem in the development of analytical methods is the limited stability of small metal species. In particular, the separation procedures inevitably required may disturb equilibria and reduce the concentration of species. Hence, very little is known about such species. The intention of this work is to develop new methods suitable for the analysis and concentration of labile metal species and thus to enable the investigation of xylem metal transport. In a completely new approach, the focusability of metal species at a particular isoelectric point (pI) was demonstrated. A procedure based on isoelectric focussing (IEF) was established to concentrate metal species while separating most of the matrix. The applicability to biological samples was demonstrated, including twodimensional separations (IEF-HPLC). Citrate complexes are suspected to play an important role in iron xylem transport and are therefore of special interest. However, the exact stoichiometry of iron species has not been identified yet. Hence, a new analytical method was developed for the separation and identification of previously unknown citrate species. Applicability of this HPLC-MS method to plant samples was verified and respective iron citrate species were identified.
Besides the analysis of labile iron citrate species, stable phytosiderophore species and metabolites were determined simultaneously using the new method in a series of biological samples to gain an overview over equilibria with other metal species and metabolites. Nutritional states of plants could be distinguished on the basis of welldefined iron species, thus enabling verification of hypotheses concerning the iron transport in senescent plants. Thanks to the new approaches of this work, it was possible to expand the spectrum of analytical methods for labile metal species. Besides concentration and analysis of single species, concrete biological questions were answered.

: http://publica.fraunhofer.de/documents/N-356450.html