Risø Nyt, no. 4, 2001 december

NMR spektroskopi viser fosfatfordeling i den levende plantecelle
NMR (nuclear magnetic resonance) spektrum af ærterodknolde,
hvor man kan se de forskellige fosfat-forbindelser
opløst i cellernes cytoplasma og vakuole. Vakuolen er et
væskerum omsluttet af en membran, der bruges til oplagring
af overskydende næringsstoffer. Resten af cellen
P i
vakuoler
P i
cytoplasma
Sukkerfosfater
"X"
α-ATP +
α-ADP
γ-ATP
β-ADP
α-UDPG
β-UDPG
β-ATP
6 4 2 -0 -2 -4 -6 -8 -10 -12 -14 -16 -18 ppm
Sådan optages et NMR spektrum
Signal fra prøven
behandles i en computer
udgøres af cytoplasmaet. Toppenes størrelse afspejler
mængden af de forskellige fosfatforbindelser. Én top viser
fosfatindholdet i vakuolen, og de øvrige forbindelser findes
i cytoplasmaet.
Betegnelserne på kurven er:
P = fosfat
ADP/ATP = energimolekyler
Resten er forskellige sukkerfosfatforbindelser samt et
ukendt stof (X)
Prøven anbringes i en
kraftig magnet
Mange af grundstofferne har NMR-aktive isotoper, der har et magnetisk moment. Det betyder, at når en kerne fra en
NMR-aktiv isotop placeres i et kraftigt statisk magnetfelt kan den eksistere i to magnetiske tilstande, med en energiforskel
proportional til det statiske magnetfelt. Hvis kernen bestråles med den rette radiofrekvens, vil fordelingen mellem de to
tilstande ændres, og det er denne ændring, der giver anledning til signalerne i spektrene. Hver enkelt kemisk forbindelse
har sit eget karakteristiske spektrum.
De vigtigste biologiske NMR-aktive isotoper er 13C, 31P og 15N naturressourcer, der danner grundlag for
gødningsproduktionen. Udvikling af fosfat-effektive
afgrøder er et eksempel på,
hvordan næringsstoffer i landbruget kan
udnyttes mere effektivt. Men for at nå
frem til afgrøder, der optager næringsstoffer
bedre, må man kende planternes
stofskifte (metabolisme) til bunds.
Titusinder af metabolitter i planter
En metabolit-profil er et øjebliksbillede af
cellernes indhold af metabolitter, det vil
sige indholdet af små organiske moleky-
18 RISØ NYT 4/01
ler, der samlet betegnes metabolomet.
Metabolitter er for eksempel aminosyrer
eller sukkerstoffer. En metabolit-profil
fremstilles ved hjælp af en kromatografi
kombineret med massespektrometri.
Kromatografien bruges til at adskille de
kemiske forbindelser i celleekstraktet, og
massespektrometret bruges til at identificere
forbindelserne.
Planter skønnes at indeholde mellem
90.000 og 200.000 lavmolekylære forbindelser
- metabolitter. Den lille plante
Arabidopsis indeholder alene over 5000.
Det er således en kompliceret affære at
udrede de biokemiske reaktionsveje og
processer, som foregår i en celle. En
videreudvikling af analysemetoder og en
kombination af forskellige metoder er
derfor nødvendig for at nå frem til en
fuld beskrivelse af en plantes metabolitprofil.
Og det bliver først realistisk i det
øjeblik, man evner at analysere den komplette
profil sammen med en database,
der indeholder informationer om de
mulige reaktionsveje i cellen, en udfordring,
som kræver, at man har en bety-