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 Lungenentzündung mit Impfstoffen statt Antibiotika behandeln
21.11.2017 | Universität Zürich

nachricht Energiesparmodus Schlaf
21.11.2017 | Universitätsspital Bern

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: Kleine Strukturen – große Wirkung

Innovative Schutzschicht für geringen Verbrauch künftiger Rolls-Royce Flugtriebwerke entwickelt

Gemeinsam mit Rolls-Royce Deutschland hat das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS im Rahmen von zwei Vorhaben aus dem...

Im Focus: Nanoparticles help with malaria diagnosis – new rapid test in development

The WHO reports an estimated 429,000 malaria deaths each year. The disease mostly affects tropical and subtropical regions and in particular the African continent. The Fraunhofer Institute for Silicate Research ISC teamed up with the Fraunhofer Institute for Molecular Biology and Applied Ecology IME and the Institute of Tropical Medicine at the University of Tübingen for a new test method to detect malaria parasites in blood. The idea of the research project “NanoFRET” is to develop a highly sensitive and reliable rapid diagnostic test so that patient treatment can begin as early as possible.

Malaria is caused by parasites transmitted by mosquito bite. The most dangerous form of malaria is malaria tropica. Left untreated, it is fatal in most cases....

Im Focus: Transparente Beschichtung für Alltagsanwendungen

Sport- und Outdoorbekleidung, die Wasser und Schmutz abweist, oder Windschutzscheiben, an denen kein Wasser kondensiert – viele alltägliche Produkte können von stark wasserabweisenden Beschichtungen profitieren. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben Forscher um Dr. Bastian E. Rapp einen Werkstoff für solche Beschichtungen entwickelt, der sowohl transparent als auch abriebfest ist: „Fluoropor“, einen fluorierten Polymerschaum mit durchgehender Nano-/Mikrostruktur. Sie stellen ihn in Nature Scientific Reports vor. (DOI: 10.1038/s41598-017-15287-8)

In der Natur ist das Phänomen vor allem bei Lotuspflanzen bekannt: Wassertropfen perlen von der Blattoberfläche einfach ab. Diesen Lotuseffekt ahmen...

Im Focus: Ultrakalte chemische Prozesse: Physikern gelingt beispiellose Vermessung auf Quantenniveau

Wissenschaftler um den Ulmer Physikprofessor Johannes Hecker Denschlag haben chemische Prozesse mit einer beispiellosen Auflösung auf Quantenniveau vermessen. Bei ihrer wissenschaftlichen Arbeit kombinierten die Forscher Theorie und Experiment und können so erstmals die Produktzustandsverteilung über alle Quantenzustände hinweg - unmittelbar nach der Molekülbildung - nachvollziehen. Die Forscher haben ihre Erkenntnisse in der renommierten Fachzeitschrift "Science" publiziert. Durch die Ergebnisse wird ein tieferes Verständnis zunehmend komplexer chemischer Reaktionen möglich, das zukünftig genutzt werden kann, um Reaktionsprozesse auf Quantenniveau zu steuern.

Einer deutsch-amerikanischen Forschergruppe ist es gelungen, chemische Prozesse mit einer nie dagewesenen Auflösung auf Quantenniveau zu vermessen. Dadurch...

Im Focus: Leoniden 2017: Sternschnuppen im Anflug?

Gemeinsame Pressemitteilung der Vereinigung der Sternfreunde und des Hauses der Astronomie in Heidelberg

Die Sternschnuppen der Leoniden sind in diesem Jahr gut zu beobachten, da kein Mondlicht stört. Experten sagen für die Nächte vom 16. auf den 17. und vom 17....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Tagung widmet sich dem Thema Autonomes Fahren

21.11.2017 | Veranstaltungen

Neues Elektro-Forschungsfahrzeug am Institut für Mikroelektronische Systeme

21.11.2017 | Veranstaltungen

Raumfahrtkolloquium: Technologien für die Raumfahrt von morgen

21.11.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Neue Gene für das Risiko von allergischen Erkrankungen entdeckt

21.11.2017 | Studien Analysen

Wafer zu Chip: Röntgenblick für weniger Ausschuss

21.11.2017 | Informationstechnologie

Nanopartikel helfen bei Malariadiagnose – neuer Schnelltest in der Entwicklung

21.11.2017 | Biowissenschaften Chemie