CelluloseSynthaseKomplexe

CelluloseSynthaseKomplexe (CSC) sind Multiprotein-Enzymkomplexe, die die Synthese von Cellulose in der pflanzlichen Zellwand katalysieren. Sie sitzen an der Cytosolenseite der Plasmamembran und bilden typischerweise Rosettenstrukturen, die sich entlang der Membran bewegen. Durch Polymerisation von UDP-Glukose zu β-1,4-Glukan-Ketten erzeugen sie Cellulose-Mikrofibrillen, die sich zu einem festen Netz aus Cellulose zusammenlagern.

Die Komplexe bestehen aus mehreren katalytischen Untereinheiten der Familie CESA (Cellulose Synthase A) sowie assoziierten Proteinen. In der Modellpflanze Arabidopsis thaliana unterscheiden sich Primärwand- und Sekundärwand-CESAs: Primärwand-spezifische CESAs umfassen beispielsweise CESA1, CESA3 und CESA6, während Sekundärwand-CESAs wie CESA4, CESA7 und CESA8 eine zentrale Rolle spielen. Allgemein wird angenommen, dass ein CSC aus etwa 30–40 Untereinheiten besteht und in rosettenförmigen Strukturen organisiert ist, oft beschrieben als ein Komplex von rund 36 Untereinheiten in sechs Loben. Zusätzlich verknüpfen Proteine wie CSI1 (Cellulose Synthase-Interacting Protein) den Komplex mit mikrotubulären Tracks, und weitere Faktoren unterstützen Trafficking, Stabilität und Regulation.

Die CSCs gelangen in Vesikeln von Golgi-ähnlichen Organellen zur Plasmamembran und wandern dort als Komplexe über die Membranoberfläche. Die synthetisierten β-1,4-Glukan-Ketten extrudieren aus der katalytischen Tasche und bilden Cellulose-Mikrofibrillen, deren Orientierung die Richtung des Zellwandaufbaus und die Zellexpansion beeinflusst. Die Deposition der Mikrofibrillen wird durch die mikrotubuläre Organisation der Zelle kontrolliert; Phosphorylierung und Interaktionen mit Hilfsproteinen regulieren Aktivität, Stabilität und Trafficking der CSCs.

Störungen der CSC-Funktion führen zu reduzierter Cellulose, veränderter Zellwandstruktur und schwächerer Pflanzenstruktur. CelluloseSynthaseKomplexe sind zentrale Forschungsobjekte in der Pflanzenbiologie und Biotechnologie, da ihr Verhalten Einfluss auf Pflanzenwachstum, Festigkeit und potenzielle Biomassenutzung hat. Strukturelle Einblicke stammen aus Cryo-EM-Studien, die die rosettenartige Organisation und die Anordnung der CESAs zeigen.