Title: Biochemische und molekularbiologische Untersuchungen zur Hydroxylierung von Chalconen an der Position 3
Other Titles: Biochemical und molecular biological studies on hydroxylation of chalcones at position 3
Language: Deutsch
Authors: Marosits, Thomas 
Qualification level: Diploma
Advisor: Stich, Karl 
Issue Date: 2008
Number of Pages: 89
Qualification level: Diploma
Abstract: 
Chalcone sind gelbe Blütenpigmente, die häufig in Asteraceaen gebildet werden. Sie werden auch als anthochlore Pigmente bezeichnet aufgrund ihrer Eigenschaft, die Farbe unter Einwirkung von Ammoniakdampf von Gelb nach Orange-Rot zu ändern. Chalcone sind die biochemischen Precursor der Flavonoide, die als Sekundärmetabolite eine Vielzahl von wichtigen physiologischen Funktionen in der Pflanze ausüben. Flavonoide besitzen eine charakteristische chemische Struktur, die durch 2 aromatische Ringe (A- und B-Ring) und einen heterozyklischen Ring (C-Ring) gekennzeichnet ist. Bei den Chalconen hingegen ist der heterozyklische Ring noch nicht ausgeprägt. In der Natur gibt es eine Vielzahl von unterschiedlichen Flavonoiden und Chalconen, die durch unterschiedliche Hydroxylierung, Glykosylierung, Methylierung und Acylierung der chemischen Grundstruktur entstehen. Die Hydroxylgruppen findet man an verschiedenen Positionen des A- und B-Ringes (Flavonoide und Chalcone) bzw. des C-Ringes (Flavonoide). Während die Entstehung des Hydroxylierungsmusters im B-Ring von Flavonoiden bereits im Detail erforscht ist, gibt es noch wenig Informationen darüber, wie bei Chalconen eine zusätzliche Hydroxylgruppe an der Position 3 (entspricht der Position 3' bei Flavonoiden) eingeführt wird. Ziel dieser Arbeit war es zu untersuchen, ob die Flavonoid 3'-Hydroxylase (F3'H), die die Einführung einer Hydroxylgruppe an der Position 3' im B-Ring von Flavonoiden katalysiert, auch für die Hydroxylierung von Chalconen verantwortlich ist.
Dazu wurden F3'H-cDNA Klone aus 3 verschiedenen Pflanzen isoliert, die Chalcone als gelbe Pigmente in ihren Petalen akkumulieren. Ausgehend von der in den Datenbanken vorhandenen Sequenz aus Antirrhinum majus wurden 2 weitere bislang unbekannte cDNA Klone aus Coreopsis grandiflora und aus Cosmos sulphureus isoliert. Die cDNA Klone wurden in Hefe funktionell exprimiert und die rekombinanten Proteine auf ihre Substratspezifität untersucht. Dabei konnte gezeigt werden, dass Flavanone, Dihydroflavonole und Flavonole für alle 3 Enzyme gleichermaßen gut geeignete Substrate sind. Flavone wurden dagegen von dem Enzym aus Cosmos sulphureus gar nicht und von den beiden anderen Enzymen nur sehr schlecht umgesetzt. Die größten Unterschiede in der Substratspezifität wurden jedoch in Bezug auf die Chalcon-Hydroxylierung beobachtet. Während das Enzym aus Coreopsis grandiflora Chalcone zu einem hohen Prozentsatz an der Position 3 hydroxylieren konnte, zeigten die anderen beiden Enzyme keine (Cosmos sulphureus) oder nur sehr geringe (Antirrhinum majus) Umsatzraten. Damit konnte erstmals eine F3'H mit entsprechender Chalcon 3-Hydroxylase-Aktivität nachgewiesen werden, die für die Bildung von Chalconen mit einem 3,4-Hydroxylierungsmuster in Coreopsis grandiflora verantwortlich sein könnte. In Cosmos sulphureus und Antirrhinum majus müssen hingegen andere Enzyme mit CH3H-Aktivität vorhanden sein als die in dieser Arbeit isolierten F3'Hs.

Chalcones are yellow flower pigments frequently formed in Asteracea. They are commonly called anthochlor pigments due to their feature that ammonia vapour causes a colour change from yellow to orange-red. Chalcones act as biochemical precursors of flavonoids, which are responsible for a wide range of physiological functions in plants.
Flavonoids consist of 2 aromatic rings (A and B) and a heterocyclic ring (ring C) whereas in chalcones 2 benzene rings are joined by a linear 3 carbon chain. The large number of different flavonoids and chalcones present in nature are a result of varying modifications in the basic structures such as hydroxylation, glycosylation, methylation and acylation. Hydroxyl groups are present at different positions in ring A and ring B (flavonoids and chalcones) or in ring C (flavonoids). Whereas hydroxylation patterns of flavonoids in ring B have been studied in detail, little is known about the introduction of an additional hydroxyl group at position 3 (corresponding with position 3' in flavonoids) in chalcones. cDNA clones of the flavonoid 3'-hydroxylase were isolated from 3 different plants which are known to accumulate chalcones in petals.
Based on the sequence of Antirrhinum majus in the NCBI database 2 novel cDNA clones were isolated from Coreopsis grandiflora and Cosmos sulphureus. The cDNA clones were heterologously expressed in yeast and the recombinant proteins characterized. It could be demonstrated that flavanones, dihydroflavonols and flavonols were suitable substrates for all 3 enzymes. However, the enzyme from Cosmos sulphureus did not accept flavones as substrate and the 2 other enzymes only converted flavones to a low extend. The biggest difference was found with respect to the acceptance of chalcones as substrates. The enzyme from Coreopsis grandiflora was able to hydroxylate chalcones at position 3 with high efficiency whereas the enzyme from Cosmos sulphureus did not accept the substrate at all. The enzyme from Antirrhinum majus only converted a small amount of chalcones. For the first time F3'H activity could be demonstrated presumedly responsible for the formation of the 3,4-hydroxylation pattern in Coreopsis grandiflora. In Cosmos sulphureus and Antirrhinum majus enzymes bearing CH3H activity have to be present to the isolated ones presented in this study.
Keywords: Chalcone; Flavonoide; Hydroxylierung; Flavonoid 3'-Hydroxylase; F3'H
URI: https://resolver.obvsg.at/urn:nbn:at:at-ubtuw:1-28527
http://hdl.handle.net/20.500.12708/14654
Library ID: AC05039174
Organisation: E166 - Institut für Verfahrenstechnik, Umwelttechnik und Technische Biowissenschaften 
Publication Type: Thesis
Hochschulschrift
Appears in Collections:Thesis

Files in this item:


Page view(s)

19
checked on Jul 16, 2021

Download(s)

127
checked on Jul 16, 2021

Google ScholarTM

Check


Items in reposiTUm are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.