Massenspektrometrische Methode zur Bestimmung der 13C-Einbaurate und -position in Äpfelsäure bei der CO2-Aufnahme von CAM-Pflanzen

Der Äpfelsäure-Metabolismus von CAM-Pflanzen wurde mittels GC-MS über das 13C-Markierungsmuster der Äpfelsäure nach einer 13CO2-Fixierung untersucht. Hierzu wurde ein massenspektrometrisches Fragmentierungsschema trimethysilylierter Äpfelsäure erstellt, um anhand der Verschiebung charakteristischer Ionensignale neben der Einbaurate auch die Einbauposition der 13C-Isotope zu bestimmen. Aufgrund von Signalüberlagerungen gelingt dies nur über die Peakintensitätsverhältnisse isotopomerer Produkt-Ionen in MS/MS-Spektren ausgewählter Vorläufer-Ionen. Nach Korrektur der Intensitätsverhältnisse um den vom natürlichen Isotopengehalt stammenden Intensitätsanteil, ermöglichen Gleichungssysteme die Berechnung der Konzentrationsanteile der [1-13C]-, [2-13C]-, [3-13C]-, [4-13C]- sowie der doppelt markierten [1,2-13C2]-, [1,3-13C2]-, [1,4-13C2]- und der dreifach markierten [2,3,4-13C3]Äpfelsäure. Für die weiteren 2-fach ([2,3-13C2]-, [2,4-13C2]-, [3,4-13C2]Äpfelsäure) und 3-fach ([1,2,3-13C3]-, [1,3,4-13C3]-, [1,2,4-13C3]Äpfelsäure) markierten Äpfelsäuren kann jeweils die Summe der Konzentrationsanteile bestimmt werden. Mit aus den CAM-Pflanzen Kalanchoe pinnata und Clusia minor gewonnenen biologischen Proben liefert diese Methode den eindeutigen Beweis, daß neben der erwarteten Markierung in 4-Position auch 13C-markierte Äpfelsäuren mit Markierungen in 1-, 2- und 3-Position auftreten.

Malic acid metabolism of plants with Crassulacean acid metabolism (CAM) was investigated by use of GC-MS to analyse the labelling patterns of malic acid after 13CO2 fixation. Therefore, the fragmentation behaviour of trimethylsilylated malic acid was studied in order to determine ratio and position of 13C-labelling from the mass shifts observed for characteristic peaks. Due to overlapping peaks this could only be achieved by using intensity ratios of isotopomeric fragment ions in MS/MS spectra of selected precursor ions. After correcting the intensities for the natural contribution of 13C, the concentration ratio of singly labelled [1-13C]-, [2-13C]-, [3-13C]-, [4-13C]malic acid, doubly labelled [1,2-13C2]-, [1,3-13C2]-, [1,4-13C2]malic acid and triply labelled [2,3,4-13C3]malic acid could be calculated. For doubly ([2,3-13C2]-, [2,4-13C2]-, [3,4-13C2]malic acid) and triply ([1,2,3-13C3]-, [1,3,4-13C3]-, [1,2,4-13C3]malic acid) labelled molecules only the sum of each concentration ratio was determined. In biological samples derived from the CAM plants Kalanchoe pinnata and Clusia minor this method yielded a clear evidence for the occurrence of malic acid labelled at C1, C2 and C3 apart from the expected labelling in position C4.