Aus dem Lagerhaus der Pflanzenzellen

Die Vakuole ist die größte Zellorganelle. Bereits mit einem schwachen Mikroskop ist sie gut sichtbar. Trotz dieser Größe sind die Prozesse bei der Entstehung von Vakuolen nach wie vor wenig verstanden.

Zellen - ob bei Pflanze, Tier oder Mensch - bestehen aus verschiedenen Organellen, also abgegrenzten Strukturen, die in der Zelle unterschiedliche Aufgaben übernehmen. Das mit Abstand größte Organell der pflanzlichen Zelle ist die Vakuole. Deren Hauptfunktion ist die Erzeugung des Turgors, des Zellinnendrucks. Dieser verschafft einer Zelle Stabilität und Haltung. Wasser wird in die Vakuolen eingelagert und spannt so die Zelle. Aufgrund des Zellinnendruckes können auch nicht verholzende Pflanzen aufrecht stehen. Eine wichtige weitere Funktion ist die Speicherung von Stoffen, auch von Giftstoffen, die so dem Stoffwechsel entzogen werden.

Obwohl Vakuolen den meisten Platz in einer Pflanzenzelle einnehmen, ist nur wenig darüber bekannt, wie diese Speicherorgane der Zelle entstehen und wie die darin gelagerten Inhaltsstoffe ihren Weg dorthin finden. Systembiologen der Technischen Universität München (TUM) haben ein neues Protein entdeckt, das für die Entstehung der Vakuole wichtig ist. 

Für ihre Untersuchungen nutzten die Wissenschaftler die Modellpflanze Arabidopsis, die Ackerschmalwand. Durch den Vergleich von Zellen einer unveränderten Variante, dem sogenannten Wildtyp, mit den Zellen einer Mutante konnte gezeigt werden, dass nur bei Anwesenheit eines bestimmten Proteins auch funktionsfähige Vakuolen gebildet wurden. Fehlt dieses Protein, bilden sich statt einer großen sehr viele kleine, nicht voll funktionsfähige Vakuolen innerhalb einer Zelle aus. Aber auch der Transport von Metaboliten (Inhaltsstoffen wie z.B. Nährstoffe, Eiweiße, Vitamine usw.) kommt dann innerhalb der Zelle durcheinander. Diese Substanzen finden nicht mehr den gewohnten Weg in die Vakuole. Stattdessen werden sie aus der Zelle heraus geschleust. Die gesamte Pflanze hört auf zu wachsen und verkümmert.

Das jetzt identifizierte Protein fungiert als eine Art „Abspaltprotein“. Ein fast überall in Zellen vorkommendes, kleines Eiweiß namens Ubiquitin wird durch dieses von anderen Proteinen abgespalten. Das An- und Abhängen von Ubiquitin ist generell ein Mechanismus, den Zellen benutzen, um Stoffwechselprozesse zu starten oder zu stoppen. Fehlt dieser Schalter in der Zelle, reichert sich ein bestimmter Ubiquitin-markierter Eiweißstoff an – und verhindert die Bildung normaler Vakuolen.