Pflanzen setzen ihren Feinden ein ganzes Arsenal teils hochgiftiger Substanzen entgegen. Aber wie schützt sich die Pflanze selbst vor diesen Giften? Das untersuchten die Bochumer Pflanzenphysiologen um Markus Piotrowski zusammen mit Birger L. Møller von der "Royal Veterany and Agricultural University" (KVL) in Kopenhagen. <% image name="Dhurrin_Metabolismus" %><p>
<small> Junge Hirsepflanzen enthalten hohe Mengen des cyanogenen Glycosids Dhurrin, aus dem bei Verletzung durch ein Insekt die giftige Blausäure freigesetzt wird. Die Pflanze schützt sich vor einer Selbstvergiftung, indem sie die Blausäure zu Cyanoalanin umsetzt, aus dem durch Nitrilaseheterokomplexe die nützlichen Aminosäuren Aspargin und Asparginsäure entstehen. Ältere Pflanzen bauen Dhurrin selbst ab, wobei sie aber anscheinend einen anderen Weg beschreiten, sodass keine Blausäure freigesetzt wird. </small>
Viele Giftstoffe der Pflanzen werden als ungiftige Vorstufen gelagert, und erst wenn die Pflanze verletzt wird, wird auch der Giftstoff freigesetzt. Das gilt auch für <b>cyanogene Glykoside</b>, die als Zuckerverbindungen in separaten Kammern innerhalb der Pflanzenzellen (Vakuolen) gelagert werden. Bei einer Verletzung der Zelle wird der Zucker abgespalten und es entstehen unstabile Hydroxynitrile, aus denen das starke Atmungsgift Blausäure freigesetzt wird - 50 bis 200 mg davon sind für Menschen tödlich. Solche cyanogenen Glykoside findet man in großen Mengen etwa in Bittermandeln, im Maniok und in Hirsepflanzen.
Höheren Pflanzen produzieren ständig geringe Mengen Blausäure als Abfallprodukt ihres Stoffwechsels. Diese wird von der Pflanze zuerst an die Aminosäure Cystein gekoppelt, wobei Beta-Cyanoalanin entsteht. Diese ist immer noch giftig und wird erst durch das Enzym Nitrilase in die verwertbaren Aminosäuren Asparagin und Asparaginsäure umgesetzt.
Was die Forscher nun bei Gerste, Reis, Mais und Hirse herausgefunden haben: Alle diese Gräser besitzen <u>2 Nitrilasen, die miteinander interagieren müssen, um aktiv zu werden</u>. In Hirse fanden sie zudem eine dritte Nitrilase. Wenn diese im Heterokomplex vorliegt, kann sie auch andere Stoffe umsetzen, insbesondere 4-Hydroxyphenylacetonitril. Piotrowski erklärt: "Junge Hirse-Pflanzen enthalten in hohen Mengen das cyanogene Glykosid Dhurrin. Wird die Pflanze von einem Insekt angefressen, wird daraus Blausäure freigesetzt. Wenn die Pflanzen aber älter werden, bauen sie das Dhurrin selber ab - und zwar nicht auf die gleiche Weise wie bei einer Verwundung."
Die Entdeckung, dass die Nitrilasen der Hirse auch 4-Hydroxyphenylacetonitril umsetzen können, das ein mögliches Abbauprodukt des Dhurrins ist, eröffnete auch einen anderen Weg, bei dem gar keine Blausäure mehr freigesetzt wird. In Kopenhagen gelang dann auch der Nachweis, dass Dhurrin tatsächlich zu 4-Hydroxyphenylacetonitril umgesetzt werden kann. Und das macht Sinn, denn im Dhurrin steckt wertvoller Stickstoff, den die Pflanze für ihren Stoffwechsel gut gebrauchen kann - durch den neu entdeckten Abbauweg kann dieser Stickstoff als Ammonium zurück gewonnen werden, ohne dass vorher Blausäure freigesetzt werden muss.
<small> Titelaufnahme: Jenrich, R., Trompetter, I., Bak, S., Olsen, C.E., Møller, B.L., and Piotrowski, M.: Evolution of heteromeric nitrilase complexes in Poaceae with new functions in nitrile metabolism. In: Proc. Natl. Acad. Sci. USA. </small>Wie sich Pflanzen vor ihren eigenen Waffen schützen
