Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Struktur des Photosystems II bei 3 Angström aufgelöst.

15.12.2005


Wissenschaftler publizieren verfeinerte Strukturdaten des Protein-Cofaktor-Komplexes Photosystem II in "Nature" am 15.12.2005


Das jetzige Leben auf der Erde wurde nur möglich, weil vor 3,5 Milliarden Jahren Cyanobakterien mit der Photosynthese begannen, einem der wichtigsten biologischen Energie-Umwandlungsprozesse, der später von grünen Algen und höheren Pflanzen übernommen wurde. Bei der Photosynthese fängt das grüne Pigment Chlorophyll Sonnenlicht ein, dessen Energie benutzt wird, um Wasser oxidativ in lebensnotwendigen Sauerstoff zu spalten (Lichtreaktion). Die dabei freigesetzten Wasserstoff-Ionen und Elektronen wandeln in einem weiteren Schritt Kohlendioxid aus der Luft in Kohlenhydrate um (Dunkelreaktion), die Grundlage aller Nahrung sind.

Diese beiden gekoppelten Prozesse werden in der Thykaloidmembran der Zellen von zwei großen Protein-Cofaktor-Komplexen bewerkstelligt. Die Struktur des für die Sauerstoffentwicklung zuständigen Photosystems II (PS II) wurde jetzt mit einer Auflösung von drei Angström* von Prof. Dr. Wolfram Saenger am Institut für Chemie und Biochemie der Freien Universität Berlin gemeinsam mit Kollegen vom Max-Volmer-Laboratorium der TU Berlin am Donnerstag, dem 15. Dezember 2005, in der renommierten Fachzeitschrift "Nature" publiziert.


Wolfram Saenger ist Spezialist für die Röntgen-Kristallstrukturanalyse großer Biomoleküle an der Freien Universität Berlin. Seit etwa zwanzig Jahren erforscht er die Photosynthese in Zusammenarbeit mit Kollegen der Technischen Universität Berlin (früher Prof. Horst Tobias Witt, jetzt Dr. Athina Zouni). Gegenüber der erstmals 2001 von der Freien Universität Berlin und der TU veröffentlichten Struktur des PS II - damals mit einer Auflösung von 3,8 Angström - eröffnen die neuen Daten wesentlich detailliertere Einblicke in den großen Protein-Cofaktor-Komplex, der aus dem Cyanobakterium Thermosynechococcus elongatus isoliert wird und als Dimer vorliegt.

In großer Klarheit zeigen sich nun die dreidimensionalen Strukturen von je zwanzig Protein-Untereinheiten (pro Monomer), 35 Chlorophyll-a Molekülen, elf Carotinen, je zwei Pheophytinen, Plastochinonen und Haemgruppen, 14 Lipiden, je einem Bicarbonat- und Eisen(II)-Ion, drei Detergenzmolekülen und des einzigartigen, aus vier Mangan-Ionen und einem Calcium-Ion bestehenden Clusters, an dem das Wasser letztlich oxidiert wird.

Die Zuordnung der Carotine gewährt neue Einblicke in den Elektronen- und Energietransfer im Reaktionszentrum und in den Licht sammelnden Antennen-Untereinheiten. Die 14 integral-gebundenen Lipide waren bis dato nicht erkennbar. Ihre hohe Zahl und ihre Positionen sprechen dafür, dass sie eine wichtige Funktion für Flexibilität und Architektur des PS II ausüben.

Aus Position, Geometrie und Koordination der Metall-Ionen im Mangan-Calcium-Cluster erhoffen sich Physiker und Chemiker entscheidende Informationen zum Verständnis des Mechanismus der Wasseroxidation. Um Wasser zu Sauerstoff zu oxidieren, bedarf es des höchsten elektrischen Potentials, das je in einem Organismus gefunden wurde: 1,2 Volt. Je mehr Details sichtbar werden, desto klarer wird: Hinter der allgemein bekannten, scheinbar simplen chemischen Gleichung der Photosynthese verbergen sich Dutzende Einzelreaktionen, viele winzige chemische Klimmzüge, mit denen Bakterien, grüne Algen und Pflanzen diesen gewaltigen Prozess bewerkstelligen.

Athina Zouni und Jan Kern vom Max-Volmer-Laboratorium der TU Berlin präparierten, reinigten und kristallisierten den Protein-Cofaktor-Komplex des Photosystems II. Die Struktur wurde anhand von Röntgen-Beugungsdaten von Bernhard Loll, Jacek Biesiadka und Wolfram Saenger von der Freien Universität Berlin errechnet.

Die grundlegenden strukturellen Arbeiten an den Photosystemen I und II wurden zuvor im Rahmen des Sonderforschungsbereichs "Gerichtete Membranprozesse" (Sfb 312) und werden jetzt im Sonderforschungsbereich "Protein-Kofaktor-Wechselwirkungen in biologischen Prozessen" (Sfb 498) der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert. Sie dienen dem besseren Verständnis der Photosynthese und damit generell der Umwandlung von Lichtenergie in chemische oder mechanische Energie. Die detaillierte Kenntnis dieser Vorgänge ist eine notwendige Voraussetzung, um Umwelt- und Ressourcen-schonende Energieformen für die Zukunft entwickeln zu können. Dies den Algen, Bakterien und Pflanzen einmal ähnlich raffiniert nachzumachen, wird eine große Herausforderung für die Wissenschaft sein.

* 1 Angström = zehn hoch minus zehn Meter

Von Catarina Pietschmann

Nähere Informationen erteilen Ihnen gern:
- Prof. Dr. Wolfram Saenger, Institut für Chemie und Biochemie / Kristallographie der Freien Universität Berlin, Tel.: 030 / 838-53412, E-Mail: saenger@chemie.fu-berlin.de
- Dr. Athina Zouni, Max-Volmer-Laboratorium für Biophysikalische Chemie der Technischen Universität Berlin, Tel.: 030 / 314-25580 oder 314-25650, E-Mail: Zouni@phosis1.chem.tu-berlin.de

Ilka Seer | idw
Weitere Informationen:
http://www.fu-berlin.de

Weitere Berichte zu: Photosynthese Photosystem Protein-Cofaktor-Komplex

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Symbiose-Bakterien: Vom blinden Passagier zum Leibwächter des Wollkäfers
28.04.2017 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

nachricht Forschungsteam entdeckt Mechanismus zur Aktivierung der Reproduktion bei Pflanzen
28.04.2017 | Universität Hamburg

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: TU Chemnitz präsentiert weltweit einzigartige Pilotanlage für nachhaltigen Leichtbau

Wickelprinzip umgekehrt: Orbitalwickeltechnologie soll neue Maßstäbe in der großserientauglichen Fertigung komplexer Strukturbauteile setzen

Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Bundesexzellenzclusters „Technologiefusion für multifunktionale Leichtbaustrukturen" (MERGE) und des Instituts für...

Im Focus: Smart Wireless Solutions: EU-Großprojekt „DEWI“ liefert Innovationen für eine drahtlose Zukunft

58 europäische Industrie- und Forschungspartner aus 11 Ländern forschten unter der Leitung des VIRTUAL VEHICLE drei Jahre lang, um Europas führende Position im Bereich Embedded Systems und dem Internet of Things zu stärken. Die Ergebnisse von DEWI (Dependable Embedded Wireless Infrastructure) wurden heute in Graz präsentiert. Zu sehen war eine Fülle verschiedenster Anwendungen drahtloser Sensornetzwerke und drahtloser Kommunikation – von einer Forschungsrakete über Demonstratoren zur Gebäude-, Fahrzeug- oder Eisenbahntechnik bis hin zu einem voll vernetzten LKW.

Was vor wenigen Jahren noch nach Science-Fiction geklungen hätte, ist in seinem Ansatz bereits Wirklichkeit und wird in Zukunft selbstverständlicher Teil...

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,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Internationaler Tag der Immunologie - 29. April 2017

28.04.2017 | Veranstaltungen

Kampf gegen multiresistente Tuberkulose – InfectoGnostics trifft MYCO-NET²-Partner in Peru

28.04.2017 | Veranstaltungen

123. Internistenkongress: Traumata, Sprachbarrieren, Infektionen und Bürokratie – Herausforderungen

27.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Über zwei Millionen für bessere Bordnetze

28.04.2017 | Förderungen Preise

Symbiose-Bakterien: Vom blinden Passagier zum Leibwächter des Wollkäfers

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie

Wie Pflanzen ihre Zucker leitenden Gewebe bilden

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie