Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

NATURE: RUB-Forscher berichten über Einblicke in die Evolution

16.08.2001



Ein Beispiel für die erstaunliche Flexibilität von photosynthetischen Proteinkomplexen haben Forscher der Arbeitsgruppe von Dr. Jochen Kruip (Lehrstuhl für Biochemie der Pflanzen, Prof. Dr. Matthias Rögner) in Zusammenarbeit mit Forschern der Universitäten Bielefeld und Groningen (NL) gefunden. Sie konnten erstmals die molekulare Funktion des Proteinkomplexes IsiA nachweisen, den Blaugrüne Algen bei Eisenmangel bilden: Mit seiner Hilfe passen sich die Organismen den veränderten Lebensbedingungen an, indem sie ihre Antennen vergrößern, so dass sie mehr Sonnenlicht zur Photosynthese einfangen können. NATURE berichtet in der Ausgabe vom 16. August 2001 über den spektakulären Fund.


Ob einfach oder hochentwickelt: Photosyntheseprinzip ist immer ähnlich
Bei der Photosynthese wandeln Organismen Lichtenergie in chemische Energie um. Sie verwenden dabei die Energie des Sonnenlichtes zur Synthese von Kohlenhydraten aus dem Kohlendioxid (CO2) der Luft. Dieser Prozess läuft - unabhängig von der Entwicklungsstufe des Organismus - immer nach einem ähnlichen Prinzip ab. Zur Untersuchung der Photosynthese eignen sich besonders einfache Organismen wie Cyanobakterien (Blaugrüne Alge). Cyanobakterien sind eine sehr alte Organismengruppe, die auch heute noch einen großen Anteil der jährlich produzierten Biomasse ausmacht. Im Laufe der Erdentwicklung haben sie den Sauerstoff produziert, der uns unser Leben ermöglicht.

Antennen fangen das Licht ein
Um Energie aus Sonnenlicht zu gewinnen, absorbiert die Alge das Licht mit bestimmten Antennenpigmenten. Von den Pigmenten wird das Licht dann zu den Reaktionszentren von zwei Proteinkomplexen, den Photosystemen I und II (PS I und PS II) geleitet. Cyanobakterien haben neben Chlorophyllmolekülen, die an die Photosysteme gebunden sind, auch so genannte Phycobilisomen, die als äußere Antennenkomplexe für die Bereitstellung von Lichtenergie verantwortlich sind.

Neuer Proteinkomplex bei Eisenstress
Das Wachstum der Cyanobakterien ist in ihren natürlichen Lebensräumen - Süß- und Meerwasser - häufig durch eine geringe Eisenkonzentration begrenzt. Bei Eisenmangel werden jedoch Phycobilisomen, die normalen Antennenproteine, abgebaut. Als Reaktion bilden die Algen neue Proteine, die es ihnen erlauben, weiter zu wachsen. Mengenmäßig am stärksten entsteht das IsiA-Protein, dessen molekulare Funktion die Biologen nun erstmals aufklären konnten. Sie verglichen die Zusammensetzung des weitverzweigten inneren Membransystems der Zelle, der Thykaloidmembran, in der sich die Photosystem-Komplexe befinden, unter normalen Wachstumsbedingungen und unter Eisenstress. Unter Eisenstress fanden sie in der Zelle weniger PS I, das normalerweise dominiert. Dafür tauchte jedoch ein neuer Membranprotein-Komplex auf, den die Bochumer Forscher bis zur Homogenität aufreinigten. Biochemische Untersuchungen zeigten, dass der neue Komplex zum einen alle PS I-Untereinheiten enthält, zum anderen aber noch zusätzliche Bestandteile aufweist.

60 Prozent größere Antennen
Mit Hilfe von Dr. Markus Piotrowski (Lehrstuhl für Pflanzenphysiologie, Prof. Dr. Elmar Weiler) konnten die Wissenschaftler das unbekannte Protein als IsiA Protein identifizieren. Die molekulare Masse des Gesamtkomplexes war mit 1700 kDa (Kilodalton) weit größer als die von PS I (900 kDa). Elektronenmikroskopische Untersuchungen an der Universität Groningen (NL, Dr. Egbert Boekema) brachten schließlich die Lösung: Der Komplex bestand aus trimerem PS I, das von einem Ring aus 18 IsiA-Molekülen umgeben ist. Diese Moleküle haben zusätzliche Chlorophylle gebunden. Die PS I-Antenne vergrößerte sich dadurch um 60 Prozent - die Alge kann so mehr Licht einfangen und den Eisenmangel kompensieren.

Einsichten in die Evolution
Mit der Beschreibung dieses neuen Proteinkomplexes haben die Forscher ein Beispiel für die hohe Flexibilität von photosynthetischen Proteinkomplexen gefunden. Ihre Erkenntnisse können außerdem helfen, durch genauere Daten über den CO2-Verbrauch in den Ozeanen bessere Klimamodelle zu berechnen. Auf lange Sicht könnten sie auch in die Planung schonender, biologischer Energiegewinnungsanlagen eingehen.

Titelaufnahme
Boekema, E.J., Hifney, A., Yakushevska, A.E., Piotrowski, M., Keegstra, W., Berry, S., Michel, K.-P., Pistorius, E.K. & Kruip, J.: A giant chlorophyll-protein complex induced by iron-deficiency in cyanobacteria. Nature, Nr. 412, S. 745-748,16.08.2001

Weitere Informationen
Dr. Jochen Kruip, Dr. Stefan Berry,
Fakultät für Biologie der Ruhr-Universität Bochum, 44780 Bochum,
Tel. 0234/32-25814,
Fax: 0234/32-14322,
E-Mail: jochen.kruip@ruhr-uni-bochum.de

Dr. Josef König | idw

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Schneller Energietransport zwischen ungleichen Partnern
29.09.2016 | Julius-Maximilians-Universität Würzburg

nachricht Das Ribosom als Kontrolleur
29.09.2016 | Julius-Maximilians-Universität Würzburg

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: First-Ever 3D Printed Excavator Project Advances Large-Scale Additive Manufacturing R&D

Heavy construction machinery is the focus of Oak Ridge National Laboratory’s latest advance in additive manufacturing research. With industry partners and university students, ORNL researchers are designing and producing the world’s first 3D printed excavator, a prototype that will leverage large-scale AM technologies and explore the feasibility of printing with metal alloys.

Increasing the size and speed of metal-based 3D printing techniques, using low-cost alloys like steel and aluminum, could create new industrial applications...

Im Focus: Zielsichere Roboter im Mikromaßstab

Dank einer halbseitigen Beschichtung mit Kohlenstoff lassen sich Mikroschwimmer durch Licht antreiben und steuern

Manche Bakterien zieht es zum Licht, andere in die Dunkelheit. Den einen ermöglicht dieses phototaktische Verhalten, die Sonnenenergie möglichst effizient für...

Im Focus: Experimentalphysik - Protonenstrahlung nach explosiver Vorarbeit

LMU-Physiker haben mit Nanopartikeln und Laserlicht Protonenstrahlung produziert. Sie könnte künftig neue Wege in der Strahlungsmedizin eröffnen und bei der Tumorbekämpfung helfen.

Stark gebündeltes Licht entwickelt eine enorme Kraft. Ein Team um Professor Jörg Schreiber vom Lehrstuhl für Experimentalphysik - Medizinische Physik der LMU...

Im Focus: Der perfekte Sonnensturm

Ein geomagnetischer Sturm hat sich als Glücksfall für die Wissenschaft erwiesen. Jahrzehnte rätselte die Forschung, wie hoch energetische Partikel, die auf die Magnetosphäre der Erde treffen, wieder verschwinden. Jetzt hat Yuri Shprits vom Deutschen GeoForschungsZentrum GFZ und der Universität Potsdam mit einem internationalen Team eine Erklärung gefunden: Entscheidend für den Verlust an Teilchen ist, wie schnell die Partikel sind. Shprits: „Das hilft uns auch, Prozesse auf der Sonne, auf anderen Planeten und sogar in fernen Galaxien zu verstehen.“ Er fügt hinzu: „Die Studie wird uns überdies helfen, das ‚Weltraumwetter‘ besser vorherzusagen und damit wertvolle Satelliten zu schützen.“

Ein geomagnetischer Sturm am 17. Januar 2013 hat sich als Glücksfall für die Wissenschaft erwiesen. Der Sonnensturm ermöglichte einzigartige Beobachtungen, die...

Im Focus: New welding process joins dissimilar sheets better

Friction stir welding is a still-young and thus often unfamiliar pressure welding process for joining flat components and semi-finished components made of light metals.
Scientists at the University of Stuttgart have now developed two new process variants that will considerably expand the areas of application for friction stir welding.
Technologie-Lizenz-Büro (TLB) GmbH supports the University of Stuttgart in patenting and marketing its innovations.

Friction stir welding is a still-young and thus often unfamiliar pressure welding process for joining flat components and semi-finished components made of...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Smart Glasses Experience Day

30.09.2016 | Veranstaltungen

Einzug von Industrie 4.0 und Digitalisierung im Südwesten - Innovationstag der SmartFactoryKL

30.09.2016 | Veranstaltungen

"Physics of Cancer" - Forscher diskutieren über biomechanische Eigenschaften von Krebszellen

30.09.2016 | Veranstaltungen

 
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Smart Glasses Experience Day

30.09.2016 | Veranstaltungsnachrichten

Materialkompetenz für den Leichtbau: Fraunhofer IMWS präsentiert neue Lösungen auf der K-Messe

30.09.2016 | Messenachrichten

Vom Rollstuhl auf das Liegerad – Mit Funktioneller Elektrostimulation zum Cybathlon

30.09.2016 | Energie und Elektrotechnik