Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Photosynthese: RUB-Biophysiker entdecken Wechselspiel der Elektronen und Protonen

25.07.2003



Photosynthese: Wie Pflanzen Sonnenlicht in chemische Energie umwandeln


Wenn Pflanzen Sonnenlicht in chemische Energie umwandeln, läuft in den photosynthetischen Proteinen ein kompliziertes Wechselspiel ab: Wie bei einem Ping-Pong-Spiel wandern Elektronen und Protonen abwechselnd zu ihrem Zielmolekül und nicht, wie bisher angenommen, nacheinander.


Mit dieser Erkenntnis müssen die Lehrbuchkapitel über diesen Prozess umgeschrieben werden. Dr. André Remy und Prof. Dr. Klaus Gerwert (Lehrstuhl für Biophysik der RUB) berichten über ihre Forschungsergebnisse in der August-Ausgabe von "Nature Structural Biology" (NSB), ihr Beitrag ist bereits jetzt im Internet veröffentlicht.

"Stausee-Effekt" bringt Energie


Ohne Photosynthese gäbe es kein Leben auf der Erde. Durch das Sonnenlicht werden Elektronen - die Träger negativer Ladung in Atomen - aus Chlorophyllmolekülen herausgeschlagen, die einen Transport von Protonen (positiv geladene Wasserstoffteilchen) auf eine Seite der photosynthetischen Membran vermitteln. Die Protonen "stauen" sich an der Membran, wobei dann wie bei einem Stausee Energie gewonnen wird. Diese Energie nutzen molekulare "Turbinen" (die ATPasen), um den biologischen Treibstoff ATP (Adenosintriphosphat) herzustellen. Bisher wurde angenommen, dass der Prozess der Elektronen- und Protonenbewegung konsekutiv abläuft: Erst wandern die Elektronen zu ihrem Ziel, dann folgen die Protonen nach.

Ein fundamentaler Mechanismus

Remy und Gerwert hingegen konnten mit der sogenannten zeitaufgelösten FTIR (Fourier-Transform-Infrarot)-Spektroskopie zeigen, dass die Wanderungen im Photosynthese-Protein abwechselnd erfolgen. In wenigen billionstel Sekunden (Pikosekunden) steuern Elektronen den so genannten "Akzeptor" an, ihren Zielort im photosynthetischen Protein. Die negativ geladenen Teilchen ziehen positiv geladene Protonen nach, die sich in tausendstel (milli-) bis milliardstel (nano-) Sekunden bewegen. Der Protonenfluss wiederum mobilisiert den weiteren Elektronentransfer, der erneut eine Bewegung von Protonen in Gang setzt. Mit ihrer Arbeit liefern die RUB-Biophysiker neue Erkenntnisse über einen fundamentalen Mechanismus der Natur.

Modifiziertes Infrarot-Spektrometer

Die Wissenschaftler entwickelten ein spezielles FTIR-Spektrometer, um die Reaktionen der Proteingruppen mit Nanosekunden-Zeitauflösung messen zu können. Gegenstand der Messungen war das photosynthetische Reaktionszentrum, ein Protein, in dem die primären Schritte der Photosynthese ablaufen. Zur Entschlüsselung der Infrarotspektren musste das Protein molekularbiologisch verändert werden: Erst der interdisziplinäre Ansatz aus physikalischen und biologischen Methoden konnte den Mechanismus klären. Eine wichtige Voraussetzung für die jetzige Arbeit war auch die Kenntnis der dreidimensionalen Raumstruktur dieses Proteins, für deren Bestimmung die Deutschen Deisenhofer, Huber und Michel 1988 mit dem Nobelpreis ausgezeichnet wurden. Komplementär hierzu erlaubt die neue Methode jetzt auch die Dynamik von Proteinen, aufbauend auf den Raumstrukturen, zu verstehen.

Weitere Informationen

Prof. Dr. Klaus Gerwert
Lehrstuhl für Biophysik
Fakultät für Biologie der RUB, ND 04/595
Tel. 0234 - 32-24461
E-Mail: gerwert@proteincenter.de

Dr. Josef König | idw
Weitere Informationen:
http://www.pm.ruhr-uni-bochum.de/pm2003/msg00237.htm
http://www.bph.ruhr-uni-bochum.de
http://www.proteincenter.de

Weitere Berichte zu: Elektron Photosynthese ProTon Protein RUB-Biophysiker

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Forscher finden Hinweise auf verknotete Chromosomen im Erbgut
20.10.2017 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

nachricht Aus der Moosfabrik
20.10.2017 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

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: Hochfeldmagnet am BER II: Einblick in eine versteckte Ordnung

Seit dreißig Jahren gibt eine bestimmte Uranverbindung der Forschung Rätsel auf. Obwohl die Kristallstruktur einfach ist, versteht niemand, was beim Abkühlen unter eine bestimmte Temperatur genau passiert. Offenbar entsteht eine so genannte „versteckte Ordnung“, deren Natur völlig unklar ist. Nun haben Physiker erstmals diese versteckte Ordnung näher charakterisiert und auf mikroskopischer Skala untersucht. Dazu nutzten sie den Hochfeldmagneten am HZB, der Neutronenexperimente unter extrem hohen magnetischen Feldern ermöglicht.

Kristalle aus den Elementen Uran, Ruthenium, Rhodium und Silizium haben eine geometrisch einfache Struktur und sollten keine Geheimnisse mehr bergen. Doch das...

Im Focus: Schmetterlingsflügel inspiriert Photovoltaik: Absorption lässt sich um bis zu 200 Prozent steigern

Sonnenlicht, das von Solarzellen reflektiert wird, geht als ungenutzte Energie verloren. Die Flügel des Schmetterlings „Gewöhnliche Rose“ (Pachliopta aristolochiae) zeichnen sich durch Nanostrukturen aus, kleinste Löcher, die Licht über ein breites Spektrum deutlich besser absorbieren als glatte Oberflächen. Forschern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es nun gelungen, diese Nanostrukturen auf Solarzellen zu übertragen und deren Licht-Absorptionsrate so um bis zu 200 Prozent zu steigern. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler nun im Fachmagazin Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.1700232

„Der von uns untersuchte Schmetterling hat eine augenscheinliche Besonderheit: Er ist extrem dunkelschwarz. Das liegt daran, dass er für eine optimale...

Im Focus: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Im Focus: Neue Möglichkeiten für die Immuntherapie beim Lungenkrebs entdeckt

Eine gemeinsame Studie der Universität Bern und des Inselspitals Bern zeigt, dass spezielle Bindegewebszellen, die in normalen Blutgefässen die Wände abdichten, bei Lungenkrebs nicht mehr richtig funktionieren. Zusätzlich unterdrücken sie die immunologische Bekämpfung des Tumors. Die Resultate legen nahe, dass diese Zellen ein neues Ziel für die Immuntherapie gegen Lungenkarzinome sein könnten.

Lungenkarzinome sind die häufigste Krebsform weltweit. Jährlich werden 1.8 Millionen Neudiagnosen gestellt; und 2016 starben 1.6 Millionen Menschen an der...

Im Focus: Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

Ob als Smartphone-App für die Fahrkarte im Nahverkehr, als Geldwertkarten für das Schwimmbad oder in Form einer Bonuskarte für den Supermarkt: Für viele gehören „elektronische Geldbörsen“ längst zum Alltag. Doch vielen Kunden ist nicht klar, dass sie mit der Nutzung dieser Angebote weitestgehend auf ihre Privatsphäre verzichten. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht ein sicheres und anonymes System, das gleichzeitig Alltagstauglichkeit verspricht. Es wird nun auf der Konferenz ACM CCS 2017 in den USA vorgestellt.

Es ist vor allem das fehlende Problembewusstsein, das den Informatiker Andy Rupp von der Arbeitsgruppe „Kryptographie und Sicherheit“ am KIT immer wieder...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Das Immunsystem in Extremsituationen

19.10.2017 | Veranstaltungen

Die jungen forschungsstarken Unis Europas tagen in Ulm - YERUN Tagung in Ulm

19.10.2017 | Veranstaltungen

Bauphysiktagung der TU Kaiserslautern befasst sich mit energieeffizienten Gebäuden

19.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Forscher finden Hinweise auf verknotete Chromosomen im Erbgut

20.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Saugmaschinen machen Waschwässer von Binnenschiffen sauberer

20.10.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Strukturbiologieforschung in Berlin: DFG bewilligt Mittel für neue Hochleistungsmikroskope

20.10.2017 | Förderungen Preise