Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Die Evolution der Pflanzenzelle - Äußere Hülle der Chloroplasten wohl bakterielles Erbe

28.07.2005


Die Chloroplasten sind die Photosynthese betreibenden Einheiten der Pflanzenzelle. Wie die Energie erzeugenden Mitochondrien auch, stammen sie von Bakterien ab. So lassen sich anhand verschiedener Merkmale immer noch Gemeinsamkeiten feststellen. Umstritten war allerdings, ob die äußere der beiden Hüllmembranen von Zellbestandteilen wie den Chloroplasten von dem ursprünglichen Bakterium stammt oder der Wirtszelle, die dieses aufgenommen hat. Das Team um Dr. Enrico Schleiff vom Department für Biologie I der Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) München hat jetzt Hinweise gefunden, die auf einen bakteriellen Ursprung dieser Membran hindeuten, wie in der online-Ausgabe des Fachmagazins Journal of Biological Chemistry berichtet. Ausgangspunkt der Untersuchung war ein Protein in der Chloroplastenhülle, das Proteine in das Organell transportiert. Die Wissenschaftler fanden ein Protein in der Hülle eines nahe verwandten Bakteriums, das so ähnlich ist, dass es die Chloroplastenproteine ebenfalls erkennen und transportieren kann, was auf eine gemeinsame Abstammung hindeutet.



Die Energie erzeugenden Mitochondrien, die Chloroplasten der Pflanzen und andere Zellbestandteile höherer Organismen stammen von Bakterien ab, die von den Zellen aufgenommen und integriert wurden. Diese Organellen haben seit langem ihre Selbständigkeit verloren und können nur noch in der Zelle überleben. Dennoch sieht man ihnen ihr Erbe an: Es gibt zahlreiche strukturelle und funktionale Gemeinsamkeiten zwischen diesen Zellbestandteilen und den Bakterien, von denen sie abstammen. Doch noch immer sind nicht alle Fragen der Entstehung und Anpassung dieser Zellorganellen gelöst. Nicht geklärt ist etwa, woher die äußere der beiden Hüllmembranen der Plastiden, also der Chloroplasten und ähnlicher Zellbestandteile, stammt. "Im Lauf der Evolution wurden die meisten ehemals bakteriellen Gene in den Kern der Wirtszelle übertragen", berichtet Schleiff. "Damit werden auch die Genprodukte, die entsprechenden Proteine, im Zellinneren synthetisiert. Diese müssen dann in die Chloroplasten gelangen, was die Existenz eines Transportapparates bedingt. Bis vor kurzem war auch nicht bekannt, woher dieser Komplex kam und wie er sich entwickelte."



Das Team um Schleiff konzentrierte sich bei seinen Untersuchungen auf die Blaualge des Genus Nostoc. Denn diese Bakterien sind den Plastiden genetisch eng verwandt. "Wir analysierten die Zusammensetzung der Proteine in der äußeren Membran einer bestimmten Nostoc-Art", so Schleiff. "Dabei fanden wir ein Protein, das eine hohe Ähnlichkeit zu dem Transportkanal für Proteine in der äußeren Hüllmembran von Plastiden aufweist." Wie Schleiff und seine Mitarbeiter nachweisen konnten, besitzt das bakterielle Protein Eigenschaften, die es geeignet erscheinen lassen, als späterer Importkanal zu fungieren. "Es hat sich sogar gezeigt, dass dieses Protein in der Lage ist, die Zielsteuerungssequenz von Vorstufenproteinen der Plastiden zu erkennen." Diese weisen sich damit aus, um in die Plastiden transportiert zu werden. Es konnte allerdings keine Wechselwirkung zwischen dem bakteriellen Protein und anderen Komponenten des Transportkomplexes in den Plastiden gezeigt werden.

"Aus diesen Beobachtungen schlussfolgern wir zwei Dinge", so Schleiff. "Zum einen muss der gemeinsame Vorfahr des Nostoc-Proteins und des Plastiden-Proteins schon in der Lage gewesen sein, Vorstufenproteine zu erkennen und zu transportieren, so dass er wohl den evolutionären Grundkomplex gebildet hat. Daneben müssen die anderen Komponenten des Transportkomplexes der Plastiden aber während der evolutionären Entwicklung beigefügt worden sein." Eine detaillierte Analyse des Proteins in Nostoc und des verwandten Chloroplastenproteins zeigte zudem, dass beide aus zwei funktionellen Bereichen bestehen. Einer davon bildet eine Pore in der Membran, die den Eintritt der Vorstufenproteine erlaubt.

Aus evolutionärer Sicht ist besonders interessant, dass diese porenbildende Region zweigeteilt ist, wobei die Bereiche sehr ähnlich sind. Vermutlich entstand also auch die Pore evolutionär aus einem Grundbaustein, der durch Genduplikation verdoppelt wurde. "Unsere Arbeit bietet erste Anhaltspunkte für die evolutionäre Entstehung des Transportkomplexes in der Plastidenmembran und bestimmter daran beteiligter Proteine", meint Schleiff. "Die Identifizierung von ähnlichen Proteinen in der äußeren Membran der Bakterien und der äußeren Membran von Plastiden ist aber auch ein Ansatzpunkt zum Verständnis des Ursprungs eben dieser Membran."

Luise Dirscherl | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-muenchen.de

Weitere Berichte zu: Bakterium Chloroplasten Membran Plastide Protein

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Akute Myeloische Leukämie: Ulmer erforschen bisher unbekannten Mechanismus der Blutkrebsentstehung
26.04.2017 | Universität Ulm

nachricht Zusammenhang zwischen Immunsystem, Hirnstruktur und Gedächtnis entdeckt
26.04.2017 | Universität Basel

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: Weltweit einzigartiger Windkanal im Leipziger Wolkenlabor hat Betrieb aufgenommen

Am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist am Dienstag eine weltweit einzigartige Anlage in Betrieb genommen worden, mit der die Einflüsse von Turbulenzen auf Wolkenprozesse unter präzise einstellbaren Versuchsbedingungen untersucht werden können. Der neue Windkanal ist Teil des Leipziger Wolkenlabors, in dem seit 2006 verschiedenste Wolkenprozesse simuliert werden. Unter Laborbedingungen wurden z.B. das Entstehen und Gefrieren von Wolken nachgestellt. Wie stark Luftverwirbelungen diese Prozesse beeinflussen, konnte bisher noch nicht untersucht werden. Deshalb entstand in den letzten Jahren eine ergänzende Anlage für rund eine Million Euro.

Die von dieser Anlage zu erwarteten neuen Erkenntnisse sind wichtig für das Verständnis von Wetter und Klima, wie etwa die Bildung von Niederschlag und die...

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Im Focus: Leichtbau serientauglich machen

Immer mehr Autobauer setzen auf Karosserieteile aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Dennoch müssen Fertigungs- und Reparaturkosten weiter gesenkt werden, um CFK kostengünstig nutzbar zu machen. Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) hat daher zusammen mit der Volkswagen AG und fünf weiteren Partnern im Projekt HolQueSt 3D Laserprozesse zum automatisierten Besäumen, Bohren und Reparieren von dreidimensionalen Bauteilen entwickelt.

Automatisiert ablaufende Bearbeitungsprozesse sind die Grundlage, um CFK-Bauteile endgültig in die Serienproduktion zu bringen. Ausgerichtet an einem...

Im Focus: Making lightweight construction suitable for series production

More and more automobile companies are focusing on body parts made of carbon fiber reinforced plastics (CFRP). However, manufacturing and repair costs must be further reduced in order to make CFRP more economical in use. Together with the Volkswagen AG and five other partners in the project HolQueSt 3D, the Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) has developed laser processes for the automatic trimming, drilling and repair of three-dimensional components.

Automated manufacturing processes are the basis for ultimately establishing the series production of CFRP components. In the project HolQueSt 3D, the LZH has...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Ballungsräume Europas

26.04.2017 | Veranstaltungen

200 Weltneuheiten beim Innovationstag Mittelstand in Berlin

26.04.2017 | Veranstaltungen

123. Internistenkongress: Wie digitale Technik die Patientenversorgung verändert

26.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Akute Myeloische Leukämie: Ulmer erforschen bisher unbekannten Mechanismus der Blutkrebsentstehung

26.04.2017 | Biowissenschaften Chemie

Naturkatastrophen kosten Winzer jährlich Milliarden

26.04.2017 | Interdisziplinäre Forschung

Zusammenhang zwischen Immunsystem, Hirnstruktur und Gedächtnis entdeckt

26.04.2017 | Biowissenschaften Chemie