Die Verfügbarkeit von Stickstoff im Boden begrenzt häufig das pflanzliche Wachstum. Daher ist neben der Stickstoffaufnahme auch die Wiederverwertung und Umverteilung vorhandener Stickstoffreserven während der pflanzlichen Entwicklung wichtig. In Pflanzen trägt der Purinabbau zum Stickstoffrecycling bei. Darüber hinaus sichert er in tropischen Leguminosen unter fixierenden Bedingungen die primäre Stickstoffversorgung der Pflanze. Die Ureide Allantoin und Allantoat sind Zwischenprodukte des Purinabbaus und stellen die Transportform des durch Fixierung erhaltenen Stickstoffs in tropischen Leguminosen dar. Dies ist die erste Arbeit, in der mit aufgereinigten Enzymen aus Pflanzen und Bakterien ein vollständiger Ureidabbau in vitro erreicht werden konnte. Dies wurde durch die Identifizierung eines neuen Enzyms, der Ureidoglycin Aminohydrolase (UGlyAH), ermöglicht. Es konnte gezeigt werden, dass Ureidoglycin das Reaktionsprodukt der Allantoat Amidohydrolase (AAH) ist, welches dann durch die Aktivität der UGlyAH zu Ureidoglykolat umgesetzt wird. Dieser Schritt erzeugt das Substrat der pflanzlichen Ureidoglykolat Amidohydrolase (UAH) oder bakteriellen Ureidoglykolat Urea Hydrolase (UUH). Durch die Anwesenheit dieser drei Enzyme wird Allantoat vollständig zu Glyoxylat abgebaut, wobei der Purinringstickstoff von den pflanzlichen Enzymen als Ammoniak freigesetzt wird. Die UGlyAH aus Arabidopsis thaliana wurde wie auch die anderen ureidabbauenden Enzyme zuvor im ER lokalisiert. Damit finden die letzten Schritte des Purinabbaus im ER statt. Die in vivo Funktion und Relevanz der ureidabbauenden Enzyme in Pflanzen wurde mittels Phänotypen- und Metabolitanalyse der entsprechenden T-DNA Insertionslinien für Arabidopsis thaliana gezeigt. Dies gelang für die GmUAH aus der tropischen Leguminose Sojabohne (Glycine max) mittels Virus-induzierter Genabschaltung (VIGS). Darüber hinaus wurde der native Proteingehalt der ureidabbauenden Enzyme in verschiedenen Geweben von Arabidopsis und Sojabohne unter Verwendung spezifischer Antikörper untersucht. Dabei wurde eine unterschiedliche Regulation während des Blattalterungsprozesses festgestellt, wohingegen die Stickstoffquelle in beiden Pflanzen keinen sichtbaren Einfluss auf den Proteingehalt der ureidabbauenden Enzyme ausübte.
Plant growth is often limited by nitrogen availability in the soil. Not only do plants depend on efficient nitrogen uptake, they also require effective means to internally redistribute nitrogen during every stage of development. The purine degradation pathway contributes to this nitrogen recycling in plants. In tropical legumes it is also of central importance to the plants’ nitrogen supply under nitrogen-fixing conditions. This is the first time that the complete ureide degradation pathway has been demonstrated in vitro with purified enzymes from plants and bacteria. This was enabled by the identification of the novel enzyme ureidoglycine aminohydrolase (UGlyAH). It is shown that ureidoglycine is the reaction product of allantoate amidohydrolase (AAH), and is in turn metabolised by the UGlyAH to ureidoglycolate. This reaction produces the substrate of the plant ureidoglycolate amidohydrolase (UAH) or bacterial ureidoglycolate urea hydrolase (UUH). The conversion of allantoate to glyoxylate can be achieved by these three enzymes. During these reactions the total nitrogen of the purine ring is released as ammonia in plants. The UGlyAH from Arabidopsis thaliana is shown to be localised in the ER where all the other ureide degrading enzymes have previously been localised. This shows that the last steps of the purine degradation pathway take place in the ER. The in vivo function and relevance of the ureide degrading enzymes in plants was shown by phenotype and metabolite analyses using the corresponding T-DNA insertion lines of Arabidopsis thaliana and virus-induced gene silencing (VIGS) in soybean (Glycine max) for GmUAH. The native protein level of the ureide degrading enzymes was investigated in several tissues of arabidopsis and soybean using specific antibodies. It was found to be differentially regulated during leaf aging. In contrast, the nitrogen source had no obvious impact on the protein levels in either plant.
