Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Bio-Katalysator in neuem Licht. Wissenschaftler klären wichtige Photosynthesestruktur auf

14.02.2007
Das eher unscheinbare Gebilde aus einigen Mangan- und Sauerstoffatomen sowie einem Kalziumatom hat es in sich. Es ist der Katalysator für eine der wichtigsten Reaktionen der Photosynthese: die Sauerstoff und chemische Energie liefernde Spaltung von Wassermolekülen mithilfe des Sonnenlichts.

Die Funktion des Mangankomplexes ist schon seit Längerem bekannt, die Details der einzelnen Abläufe waren es bisher noch nicht. "Das Verständnis der Funktion bekommen wir erst, wenn die gesamte Struktur aufgeklärt ist", sagt Wolfram Saenger von Institut für Kristallographie der Freien Universität Berlin.

Erst kürzlich gelang es dem Professor für Strukturbiologie und seinen Mitarbeitern, gemeinsam mit Kollegen um Dr. Athina Zouni vom Max-Volmer-Institut für biophysikalische Chemie der Technischen Universität Berlin (TU) und amerikanischen Wissenschaftlern, die räumliche Anordnung und den genauen Abstand der Atome abzubilden. Die Arbeiten fanden im Rahmen des von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten Sonderforschungsbereichs (SFB) 498 statt und die Ergebnisse wurden im Fachjournal "Science" veröffentlicht.

Ort des Geschehens ist das Photosystem II, das Kraftwerk der Photosynthese. Zu finden ist es im Inneren aller Lebewesen, die Lichtenergie zum Aufbau organischer Substanzen nutzen: in Cyanobakterien, in Grünalgen und in Pflanzen, millionenfach in so genannten Thylakoidmembranen aufgereiht. In seinem "Antennenbereich" sitzt Licht aufnehmendes Chlorophyll und in seinem Reaktionszentrum der Mangan-Katalysator. Damit wird es zum wirkungsvollsten biologischen Energieumwandlungssystem - Energieausbeute fast 100 Prozent. Zum Vergleich: Moderne Photozellen erreichen nicht einmal 20 Prozent.

Kein Wunder, dass die Struktur- und Funktionsaufklärung des Mangankomplexes intensiv betrieben wird und bereits 18 Strukturmodelle von verschiedenen Arbeitsgruppen vorliegen. Bislang scheiterten die Wissenschaftler jedoch an der Methode. Das isolierte Photosystem II wurde in einer Flüssigkeit oder als Paste mit Röntgenstrahlen belichtet. Weil dabei die Moleküle sich bewegen oder nicht geordnet vorliegen, konnten zwar Atomabstände gemessen werden, die räumliche Gestalt blieb aber bislang nicht eindeutig bestimmbar.

Nun ging man neue Wege. Am Max-Volmer-Institut wurden Kristalle des Photosystems II aus Cyanobakterien hergestellt, die am Stanford Synchrotron Radiation Laboratory in Kalifornien auf minus 260 Grad Celsius gekühlt und polarisiertem Röntgenlicht ausgesetzt wurden. Die streng geordnete Lage der Atome in den Kristallen, tiefe Temperatur und die Bestrahlungsmethode sorgten dafür, dass wesentlich genauere Messungen möglich waren. Jetzt können die Abstände zwischen zwei Manganatomen und, viel wichtiger, deren räumliche Orientierung exakt bestimmt werden. Wolfram Saenger und seine Kollegen am Institut für Kristallographie haben die Stanford-Ergebnisse ausgewertet und dann Schritt für Schritt mit den vorhandenen Strukturmodellen verglichen, um die beste Übereinstimmung herauszuholen. Saenger ist sich sicher, mit dem gefundenen neuen Modell ganz nah am natürlichen Vorbild zu sein.

Vor über 20 Jahren begann Wolfram Saenger gemeinsam mit Prof. Horst Tobias Witt von der TU, den Prozess der Umwandlung von Sonnenlicht in Kohlenhydrate zu erforschen und fügt seitdem ein Teil nach dem andern in das Puzzle. Als Nächstes möchte er mit größeren Kristallen und Neutronenstrahlen die ganze Wahrheit über den Mangankomplex und das Photosystem II herausfinden.

Von Matthias Manych

Weitere Informationen erteilt Ihnen gern:
Prof. Dr. Wolfram Saenger
Freie Universität Berlin
Institut für Chemie und Biochemie
Abt. Kristallographie
Telefon: 030 / 838-53410 oder 838-53412
E-Mail: saenger@chemie.fu-berlin.de

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

Weitere Berichte zu: Kristallographie Mangankomplex Photosystem

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Neue Materialchemie für Hochleistungsbatterien
19.09.2017 | Technische Universität Berlin

nachricht Zentraler Schalter der Immunabwehr gefunden
19.09.2017 | Medizinische Hochschule Hannover

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: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Im Focus: Hochautomatisiertes Fahren bei Schnee und Regen: Robuste Warnehmung dank intelligentem Sensormix

Schlechte Sichtverhältnisse bei Regen oder Schnellfall sind für Menschen und hochautomatisierte Fahrzeuge eine große Herausforderung. Im europäischen Projekt RobustSENSE haben die Forscher von Fraunhofer FOKUS mit 14 Partnern, darunter die Daimler AG und die Robert Bosch GmbH, in den vergangenen zwei Jahren eine Softwareplattform entwickelt, auf der verschiedene Sensordaten von Kamera, Laser, Radar und weitere Informationen wie Wetterdaten kombiniert werden. Ziel ist, eine robuste und zuverlässige Wahrnehmung der Straßensituation unabhängig von der Komplexität und der Sichtverhältnisse zu gewährleisten. Nach der virtuellen Erprobung des Systems erfolgt nun der Praxistest, unter anderem auf dem Berliner Testfeld für hochautomatisiertes Fahren.

Starker Schneefall, ein Ball rollt auf die Fahrbahn: Selbst ein Mensch kann mitunter nicht schnell genug erkennen, ob dies ein gefährlicher Gegenstand oder...

Im Focus: Ultrakurze Momentaufnahmen der Dynamik von Elektronen in Festkörpern

Mit Hilfe ultrakurzer Laser- und Röntgenblitze haben Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik (Garching bei München) Schnappschüsse der bislang kürzesten Bewegung von Elektronen in Festkörpern gemacht. Die Bewegung hielt 750 Attosekunden lang an, bevor sie abklang. Damit stellten die Wissenschaftler einen neuen Rekord auf, ultrakurze Prozesse innerhalb von Festkörpern aufzuzeichnen.

Wenn Röntgenstrahlen auf Festkörpermaterialien oder große Moleküle treffen, wird ein Elektron von seinem angestammten Platz in der Nähe des Atomkerns...

Im Focus: Ultrafast snapshots of relaxing electrons in solids

Using ultrafast flashes of laser and x-ray radiation, scientists at the Max Planck Institute of Quantum Optics (Garching, Germany) took snapshots of the briefest electron motion inside a solid material to date. The electron motion lasted only 750 billionths of the billionth of a second before it fainted, setting a new record of human capability to capture ultrafast processes inside solids!

When x-rays shine onto solid materials or large molecules, an electron is pushed away from its original place near the nucleus of the atom, leaving a hole...

Im Focus: Quantensensoren entschlüsseln magnetische Ordnung in neuartigem Halbleitermaterial

Physiker konnte erstmals eine spiralförmige magnetische Ordnung in einem multiferroischen Material abbilden. Diese gelten als vielversprechende Kandidaten für zukünftige Datenspeicher. Der Nachweis gelang den Forschern mit selbst entwickelten Quantensensoren, die elektromagnetische Felder im Nanometerbereich analysieren können und an der Universität Basel entwickelt wurden. Die Ergebnisse von Wissenschaftlern des Departements Physik und des Swiss Nanoscience Institute der Universität Basel sowie der Universität Montpellier und Forschern der Universität Paris-Saclay wurden in der Zeitschrift «Nature» veröffentlicht.

Multiferroika sind Materialien, die gleichzeitig auf elektrische wie auch auf magnetische Felder reagieren. Die beiden Eigenschaften kommen für gewöhnlich...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

»Laser in Composites Symposium« in Aachen – von der Wissenschaft in die Anwendung

19.09.2017 | Veranstaltungen

Biowissenschaftler tauschen neue Erkenntnisse über molekulare Gen-Schalter aus

19.09.2017 | Veranstaltungen

Zwei Grad wärmer – und dann?

19.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

»Laser in Composites Symposium« in Aachen – von der Wissenschaft in die Anwendung

19.09.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Zentraler Schalter der Immunabwehr gefunden

19.09.2017 | Biowissenschaften Chemie

Neue Materialchemie für Hochleistungsbatterien

19.09.2017 | Biowissenschaften Chemie