Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Zwei Photosynthese-Proteine identifiziert

10.11.2000


Über 600 Proteine steuern die hochkomplexe Photosynthese in Grünpflanzen. In internationalen Arbeitsgruppen spüren Wissenschaftler diesem Geheimnis des Lebens auf moelkulargenetischer Ebene nach. Zwei der
plastidären Proteine hat jetzt Prof. Dr. Ralf Oelmüller an der Universität Jena identifiziert und ihre genaue Funktion analysiert.

Im Keller seines Instituts züchtet Prof. Dr. Ralf Oelmüller Unkraut. Arabidopsis thaliana, die Ackerschmalwand, ein unscheinbares genügsames Gewächs, wie man es auch an heimischen Bahnrainen findet, hat es dem Pflanzenphysiologen aus dem Jenaer Uni-Institut für Allgemeine Botanik angetan. "Ein dankbarer Modellorganismus", urteilt der Wissenschaftler, "dessen Erbsubstanz mit rund 26.000 Genen sehr gut erforscht und Baustein für Baustein in Datenbanken archiviert ist." Damit macht sich Oelmüller auf die Spur, einen alltäglichen Vorgang im Reich der Pflanzen zu erforschen, ohne den es auf unserer Erde praktisch kein Leben gäbe: die Photosynthese.

Was dabei passiert, lernt jedes Kind in der Schule: Alle grünen Pflanzenbestandteile sind bei Sonnenschein in der Lage, Kohlendioxid aufzunehmen und die Kohlenstoffatome zu energiereichen Zuckermolekülen zu verknüpfen. Davon ernährt sich die Pflanze. Als Abfallprodukt scheidet sie Sauerstoff aus - eben die "gute Luft", die Menschen und Tiere atmen. Biochemisch verläuft die Photosynthese über vier Hauptschritte. Zunächst entsteht dabei durch das Sonnenlicht ein energiereiches Vorprodukt, Nicotinamidadenindinucleotidphosphat (NADPH), das dann in einer so genannten Dunkelreaktion Kohlendioxid in Zucker- bzw. Stärkemoleküle umwandelt. "Photosynthese ist ein hochkomplexer Vorgang, den wir längst noch nicht bis ins molekulargenetische Detail verstanden haben", erklärt Ralf Oelmüller.

Rund 70-80 Strukturproteine werden für die Photosynthese benötigt. Sie sind durch Gene sowohl im Zellkern als auch in den Chloroplasten - Zellorganellen, die den Blättern die grüne Farbe verleihen - kodiert und organisieren den Photosynthese-Ablauf; außerdem sind noch mindestens 500 weitere Proteine, die in geringen Konzentrationen im "Zellsaft" schwimmen, daran beteiligt. Diese regeln zum Beispiel die Kommunikation zwischen den beiden beteiligten Zellorganellen.

Welches Protein für welche Aufgabe genau verantwortlich ist, ermitteln die Forscher über einen naheliegenden Trick: Sie stellen Pflanzen-Mutanten mit einem Gendefekt her und prüfen nach, welche Funktionen in dem fein austarierten Steuerungsprozess genau gestört sind. Über 50 der rund 600 Proteine wurden bereits von internationalen Arbeitsgruppen aufgeklärt, zwei weitere hat nun Ralf Oelmüller identifiziert. "Eine Kärrnerarbeit, ein Puzzlespiel", stöhnt er, "wenn wir Glück haben, schaffen wir ein Protein pro Jahr."

In der Wissenschaft bedeutet jede dieser Proteinidentifikationen eine kleine Sensation. Entsprechend stolz präsentiert Oelmüller seine beiden Ackerschmalwand-Mutanten, die besonderer Pflege bedürfen; denn zur Photosynthese sind sie nicht mehr in der Lage. "Wir halten sie auf einer Zuckernährlösung", erklärt der Professor, "in der freien Natur könnten sie nicht überleben."

Inzwischen haben die Jenaer Forscher genau herausgefunden, welche Aufgaben die in den beiden Mutanten fehlenden Proteine üblicherweise erfüllen. Das eine ist offensichtlich maßgeblich daran beteiligt, den so genannten Photosystem I-Komplex "zusammenzubauen", also jenen "Motor" zu organisieren, der aus Proteinen von Zellkern und Chloroplasten besteht und das energiereiche NADPH erzeugt. Das andere, ebenfalls ein plastidäres Protein, welches aus dem Zellsaft in die Chloroplasten einzudringen vermag, kontrolliert die Informationsübermittlung innerhalb der Chloroplasten.

In einigen Jahren, so schätzt Prof. Oelmüller, wird das Protein-Puzzle zu einem vollständigen molekulargenetischen Drehbuch der Photosynthese zusammengefügt sein. "Wir spüren einem der großen Rätsel in der Natur nach, für das die Evolution Jahrmillionen gebraucht hat", erläutert der Pflanzenphysiologe und schmunzelt: "Gemessen daran sind wir doch ziemlich schnell." Was aber werden die Forscher mit dem neuen Wissen anfangen. "Grundlagenforschung dient zunächst dem reinen Erkenntnisgewinn", stellt Oelmüller klar, "aber sicher gibt es dann auch Anwendungsmöglichkeiten in der ,grünen Genetik’". Zum Beispiel, durch gezielte Eingriffe in die Pflanzen-DNA solche Arten zu züchten, die in ihrem Stoffwechsel mehr Sauerstoff oder höherwertigen Zucker produzieren. Beides wäre angesichts der zunehmenden globalen Ökologieprobleme ein riesiger Fortschritt.

Ansprechpartner:
Prof. Dr. Ralf Oelmüller
Lehrstuhl für Pflanzenphysiologie der Friedrich-Schiller-Universität Jena
Tel.: 03641/949231, Fax: 949232
E-Mail: b7oera@rz.uni-jena.de


Friedrich-Schiller-Universität
Referat Öffentlichkeitsarbeit
Dr. Wolfgang Hirsch
Fürstengraben 1
07743 Jena
Tel.: 03641/931031
Fax: 03641/931032
E-Mail: roe@uni-jena.de

Dr. Wolfgang Hirsch | idw

Weitere Berichte zu: Chloroplasten Kohlendioxid Photosynthese Protein

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Designte Proteine gegen Muskelschwund
29.06.2017 | Universität Basel

nachricht Benzin und Chemikalien aus Pflanzenresten
29.06.2017 | Paul Scherrer Institut (PSI)

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Schnelles und umweltschonendes Laserstrukturieren von Werkzeugen zur Folienherstellung

Kosteneffizienz und hohe Produktivität ohne dabei die Umwelt zu belasten: Im EU-Projekt »PoLaRoll« entwickelt das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT aus Aachen gemeinsam mit dem Oberhausener Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheit- und Energietechnik UMSICHT und sechs Industriepartnern ein Modul zur direkten Laser-Mikrostrukturierung in einem Rolle-zu-Rolle-Verfahren. Ziel ist es, mit Hilfe dieses Systems eine siebartige Metallfolie als Demonstrator zu fertigen, die zum Sonnenschutz von Glasfassaden verwendet wird: Durch ihre besondere Geometrie wird die Sonneneinstrahlung reduziert, woraus sich ein verminderter Energieaufwand für Kühlung und Belüftung ergibt.

Das Fraunhofer IPT ist im Projekt »PoLaRoll« für die Prozessentwicklung der Laserstrukturierung sowie für die Mess- und Systemtechnik zuständig. Von den...

Im Focus: Das Auto lernt vorauszudenken

Ein neues Christian Doppler Labor an der TU Wien beschäftigt sich mit der Regelung und Überwachung von Antriebssystemen – mit Unterstützung des Wissenschaftsministeriums und von AVL List.

Wer ein Auto fährt, trifft ständig Entscheidungen: Man gibt Gas, bremst und dreht am Lenkrad. Doch zusätzlich muss auch das Fahrzeug selbst ununterbrochen...

Im Focus: Vorbild Delfinhaut: Elastisches Material vermindert Reibungswiderstand bei Schiffen

Für eine elegante und ökonomische Fortbewegung im Wasser geben Delfine den Wissenschaftlern ein exzellentes Vorbild. Die flinken Säuger erzielen erstaunliche Schwimmleistungen, deren Ursachen einerseits in der Körperform und andererseits in den elastischen Eigenschaften ihrer Haut zu finden sind. Letzteres Phänomen ist bereits seit Mitte des vorigen Jahrhunderts bekannt, konnte aber bislang nicht erfolgreich auf technische Anwendungen übertragen werden. Experten des Fraunhofer IFAM und der HSVA GmbH haben nun gemeinsam mit zwei weiteren Forschungspartnern eine Oberflächenbeschichtung entwickelt, die ähnlich wie die Delfinhaut den Strömungswiderstand im Wasser messbar verringert.

Delfine haben eine glatte Haut mit einer darunter liegenden dicken, nachgiebigen Speckschicht. Diese speziellen Hauteigenschaften führen zu einer signifikanten...

Im Focus: Kaltes Wasser: Und es bewegt sich doch!

Bei minus 150 Grad Celsius flüssiges Wasser beobachten, das beherrschen Chemiker der Universität Innsbruck. Nun haben sie gemeinsam mit Forschern in Schweden und Deutschland experimentell nachgewiesen, dass zwei unterschiedliche Formen von Wasser existieren, die sich in Struktur und Dichte stark unterscheiden.

Die Wissenschaft sucht seit langem nach dem Grund, warum ausgerechnet Wasser das Molekül des Lebens ist. Mit ausgefeilten Techniken gelingt es Forschern am...

Im Focus: Hyperspektrale Bildgebung zur 100%-Inspektion von Oberflächen und Schichten

„Mehr sehen, als das Auge erlaubt“, das ist ein Anspruch, dem die Hyperspektrale Bildgebung (HSI) gerecht wird. Die neue Kameratechnologie ermöglicht, Licht nicht nur ortsaufgelöst, sondern simultan auch spektral aufgelöst aufzuzeichnen. Das bedeutet, dass zur Informationsgewinnung nicht nur herkömmlich drei spektrale Bänder (RGB), sondern bis zu eintausend genutzt werden.

Das Fraunhofer IWS Dresden entwickelt eine integrierte HSI-Lösung, die das Potenzial der HSI-Technologie in zuverlässige Hard- und Software überführt und für...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Marine Pilze – hervorragende Quellen für neue marine Wirkstoffe?

28.06.2017 | Veranstaltungen

Willkommen an Bord!

28.06.2017 | Veranstaltungen

Internationale Fachkonferenz IEEE ICDCM - Lokale Gleichstromnetze bereichern die Energieversorgung

27.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Designte Proteine gegen Muskelschwund

29.06.2017 | Biowissenschaften Chemie

Benzin und Chemikalien aus Pflanzenresten

29.06.2017 | Biowissenschaften Chemie

Hochleitfähige Folien ermöglichen großflächige OLED-Beleuchtung

29.06.2017 | Energie und Elektrotechnik