Mit den in dieser Arbeit erzielten Ergebnissen lassen sich wichtige Fragen im glutathionabhängigen Entgiftungsstoffwechsel von Pflanzen beantworten. In mikroskopischen Studien zum interzellulären Transport konnte erstmalig die Mobilität von Glutathionkonjugaten in vivo gezeigt werden. Danach werden Glutathionkonjugate in der Wurzel akropetal im Phloem und im Kurzstreckentransport innerhalb des Parenchyms über Plasmodesmata transportiert. Außerdem wurde eine Verlagerung der Konjugate in den Apoplasten beobachtet, wodurch eine Deposition von Glutathionkonjugaten im Boden wahrscheinlich wird. Da eine Wiederaufnahme von Glutathionkonjugaten in die Wurzel aus dem umgebenden Medium nicht gezeigt werden konnte, ist dieser Transport unidirektional. Gelangen Xenobiotika in die Wurzel, werden sie bevorzugt im apikalen Wurzelmeristem konjugiert, das offensichtlich als Ort der Konjugation angesehen werden kann. Nach der Konjugation werden die Konjugate über das Xylem in den Spross der Pflanze transportiert. In Studien zum intrazellulären Transport von Glutathionkonjugaten wurde erstmalig in Gerste die Aktivität eines tonoplastenständigen ABC-Transporters in vivo beschrieben. Darüber hinaus wurde der Glutathiongehalt in verschiedenen Kompartimenten der Gerstenwurzel gemessen. In der Vakuole unterliegen Glutathionkonjugate zunächst einem stufenweisen Abbau bis zum Cysteinkonjugat. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass Glutathionkonjugate durch zwei peptidolytische Enzyme katabolisiert werden. Für die an diesem Abbau bereits bekannte vakuoläre Carboxypeptidase, die unter der Abspaltung von Glycin die Umsetzung des Glutathionkonjugates zu einem gamma-Glutamylcysteinyl-Konjugat katalysiert, konnte eine starke Glutathionabhängigkeit demonstriert werden. Die natürliche Funktion dieses Enzyms liegt offenbar ursprünglich im Abbau von Glutathion. Das entstandene gamma-Glutamylcysteinyl-Konjugat wird im weiteren von einer bislang unbekannten vakuolären Dipeptidase unter Freisetzung eines gamma-Glutamyl-Rests zu einem Cysteinyl-Konjugat umgesetzt. Diese erstmalig beschriebene Dipeptidase katalysiert darüber hinaus, ähnlich einer aus dem tierischen System bekannten gamma-Glutamyltranspeptidase, die Abspaltung des gamma-Glutamyl-Rests vom Glutathionkonjugat und damit die Bildung eines für Pflanzen bislang unbekannten Cysteinylglycin-Konjugates. Die Anwesenheit einer Dipeptidase in der Vakuole stellt somit eine sinnvolle Ergänzung zur Carboxypeptidase beim Abbau von Glutathionkonjugaten dar und schließt die Lücke in der Degradationskaskade.     «

Mit den in dieser Arbeit erzielten Ergebnissen lassen sich wichtige Fragen im glutathionabhängigen Entgiftungsstoffwechsel von Pflanzen beantworten. In mikroskopischen Studien zum interzellulären Transport konnte erstmalig die Mobilität von Glutathionkonjugaten in vivo gezeigt werden. Danach werden Glutathionkonjugate in der Wurzel akropetal im Phloem und im Kurzstreckentransport innerhalb des Parenchyms über Plasmodesmata transportiert. Außerdem wurde eine Verlagerung der Konjugate in den Apopl...     »

The present dissertation seeks to fill some important gaps in the glutathione-dependent detoxification process of plants. Cytological studies were performed to visualize the intercellular transport of glutathione conjugates (GS-X) in vivo. It was observed, that GS-X was translocated from the root base to the root tip via the phloem. The velocity and tissue distribution indicated that cell to cell transport (short distance) might be carried out via plasmodesmata within the root parenchyma. Furthermore a high mobility of GS-X within the root apoplast was observed which pointed to the excretion of GS-X into the soil and its subsequent deposition in the rhizoplane. An uptake of GS-X from the surrounding media into the root could not be shown under the conditions applied, hence the transport seems to be unidirectional. When xenobiotics are absorbed by roots, the conjugation with glutathione (GSH) takes place predominantly in the apical meristem of the root apex. Subsequently the conjugates are transported to the sprout via the xylem. Once having entered the cytosol of living cells, GS-X is transported with an ATP-dependent ABC-transporter into the vacuole crossing the tonoplast. The effectiveness of this GS-X pump and the cellular content of GSH were measured in living barley seedlings for the first time. In the vacuole glutathione conjugates undergo a stepwise enzymatic degradation to cysteine conjugates. In this work the activity of two responsible enzymes was shown and their activity was localized in the vacuole. In the first step the a previously described carboxypeptidase (CP) forms a gamma-glutamylcysteine conjugate by cleaving glycine from the glutathione moiety. For the CP activity a high GSH-affinity suggests its natural function in the catabolism of GSH. The gamma-glutamylcysteine conjugate was metabolised in a second step to a corresponding cysteine-conjugate. This reaction is catalysed by a so far unknown vacuolar dipeptidase which cleaves the gamma-glutamyl-residue from the dipeptidyl-conjugate. Surprisingly this enzyme is able to accept also a different dipeptide substrate type and is also cleaving the gamma-glutamyl bound of the GS-X, by that forming a cysteinylcglycine conjugate which is known from the animal metabolism of GS-X only. Thus the presence of the dipeptidase is a reasonable tool in the degradations cascade of glutathione conjugates. In the present dissertation it was possible to demonstrate the long range transport and extrusion of glutathione conjugates in plants. Furthermore, it became clear that glutathione conjugates undergo metabolic changes in the vacuole, leading to a cysteinyl-conjugate as a key metabolite. The corresponding dipeptidase enzyme was described for the first time ever.     «

The present dissertation seeks to fill some important gaps in the glutathione-dependent detoxification process of plants. Cytological studies were performed to visualize the intercellular transport of glutathione conjugates (GS-X) in vivo. It was observed, that GS-X was translocated from the root base to the root tip via the phloem. The velocity and tissue distribution indicated that cell to cell transport (short distance) might be carried out via plasmodesmata within the root parenchyma. Furthe...     »