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 Antibiotikaresistente Erreger in Haushaltsgeräten
16.02.2018 | Hochschule Rhein-Waal

nachricht Stammbaum der Tagfalter erstmalig umfassend neu aufgestellt
16.02.2018 | Stiftung Zoologisches Forschungsmuseum Alexander Koenig, Leibniz-Institut für Biodiversität der Tiere

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: Erste integrierte Schaltkreise (IC) aus Plastik

Erstmals ist es einem Forscherteam am Max-Planck-Institut (MPI) für Polymerforschung in Mainz gelungen, einen integrierten Schaltkreis (IC) aus einer monomolekularen Schicht eines Halbleiterpolymers herzustellen. Dies erfolgte in einem sogenannten Bottom-Up-Ansatz durch einen selbstanordnenden Aufbau.

In diesem selbstanordnenden Aufbauprozess ordnen sich die Halbleiterpolymere als geordnete monomolekulare Schicht in einem Transistor an. Transistoren sind...

Im Focus: Quantenbits per Licht übertragen

Physiker aus Princeton, Konstanz und Maryland koppeln Quantenbits und Licht

Der Quantencomputer rückt näher: Neue Forschungsergebnisse zeigen das Potenzial von Licht als Medium, um Informationen zwischen sogenannten Quantenbits...

Im Focus: Demonstration of a single molecule piezoelectric effect

Breakthrough provides a new concept of the design of molecular motors, sensors and electricity generators at nanoscale

Researchers from the Institute of Organic Chemistry and Biochemistry of the CAS (IOCB Prague), Institute of Physics of the CAS (IP CAS) and Palacký University...

Im Focus: Das VLT der ESO arbeitet erstmals wie ein 16-Meter-Teleskop

Erstes Licht für das ESPRESSO-Instrument mit allen vier Hauptteleskopen

Das ESPRESSO-Instrument am Very Large Telescope der ESO in Chile hat zum ersten Mal das kombinierte Licht aller vier 8,2-Meter-Hauptteleskope nutzbar gemacht....

Im Focus: Neuer Quantenspeicher behält Information über Stunden

Information in einem Quantensystem abzuspeichern ist schwer, sie geht meist rasch verloren. An der TU Wien erzielte man nun ultralange Speicherzeiten mit winzigen Diamanten.

Mit Quantenteilchen kann man Information speichern und manipulieren – das ist die Basis für viele vielversprechende Technologien, vom hochsensiblen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Auf der grünen Welle in die Zukunft des Mobilfunks

16.02.2018 | Veranstaltungen

Smart City: Interdisziplinäre Konferenz zu Solarenergie und Architektur

15.02.2018 | Veranstaltungen

Forschung für fruchtbare Böden / BonaRes-Konferenz 2018 versammelt internationale Bodenforscher

15.02.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Erste integrierte Schaltkreise (IC) aus Plastik

17.02.2018 | Energie und Elektrotechnik

Stammbaum der Tagfalter erstmalig umfassend neu aufgestellt

16.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Neue Strategien zur Behandlung chronischer Nierenleiden kommen aus der Tierwelt

16.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics