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 Sollbruchstellen im Rückgrat - Bioabbaubare Polymere durch chemische Gasphasenabscheidung
02.12.2016 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

nachricht "Fingerabdruck" diffuser Protonen entschlüsselt
02.12.2016 | Universität Leipzig

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: Greifswalder Forscher dringen mit superauflösendem Mikroskop in zellulären Mikrokosmos ein

Das Institut für Anatomie und Zellbiologie weiht am Montag, 05.12.2016, mit einem wissenschaftlichen Symposium das erste Superresolution-Mikroskop in Greifswald ein. Das Forschungsmikroskop wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Land Mecklenburg-Vorpommern finanziert. Nun können die Greifswalder Wissenschaftler Strukturen bis zu einer Größe von einigen Millionstel Millimetern mittels Laserlicht sichtbar machen.

Weit über hundert Jahre lang galt die von Ernst Abbe 1873 publizierte Theorie zur Auflösungsgrenze von Lichtmikroskopen als ein in Stein gemeißeltes Gesetz....

Im Focus: Durchbruch in der Diabetesforschung: Pankreaszellen produzieren Insulin durch Malariamedikament

Artemisinine, eine zugelassene Wirkstoffgruppe gegen Malaria, wandelt Glukagon-produzierende Alpha-Zellen der Bauchspeicheldrüse (Pankreas) in insulinproduzierende Zellen um – genau die Zellen, die bei Typ-1-Diabetes geschädigt sind. Das haben Forscher des CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften im Rahmen einer internationalen Zusammenarbeit mit modernsten Einzelzell-Analysen herausgefunden. Ihre bahnbrechenden Ergebnisse werden in Cell publiziert und liefern eine vielversprechende Grundlage für neue Therapien gegen Typ-1 Diabetes.

Seit einigen Jahren hatten sich Forscher an diesem Kunstgriff versucht, der eine simple und elegante Heilung des Typ-1 Diabetes versprach: Die vom eigenen...

Im Focus: Makromoleküle: Mit Licht zu Präzisionspolymeren

Chemikern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es gelungen, den Aufbau von Präzisionspolymeren durch lichtgetriebene chemische Reaktionen gezielt zu steuern. Das Verfahren ermöglicht die genaue, geplante Platzierung der Kettengliedern, den Monomeren, entlang von Polymerketten einheitlicher Länge. Die präzise aufgebauten Makromoleküle bilden festgelegte Eigenschaften aus und eignen sich möglicherweise als Informationsspeicher oder synthetische Biomoleküle. Über die neuartige Synthesereaktion berichten die Wissenschaftler nun in der Open Access Publikation Nature Communications. (DOI: 10.1038/NCOMMS13672)

Chemische Reaktionen lassen sich durch Einwirken von Licht bei Zimmertemperatur auslösen. Die Forscher am KIT nutzen diesen Effekt, um unter Licht die...

Im Focus: Neuer Sensor: Was im Inneren von Schneelawinen vor sich geht

Ein neuer Radarsensor erlaubt Einblicke in die inneren Vorgänge von Schneelawinen. Entwickelt haben ihn Ingenieure der Ruhr-Universität Bochum (RUB) um Dr. Christoph Baer und Timo Jaeschke gemeinsam mit Kollegen aus Innsbruck und Davos. Das Messsystem ist bereits an einem Testhang im Wallis installiert, wo das Schweizer Institut für Schnee- und Lawinenforschung im Winter 2016/17 Messungen damit durchführen möchte.

Die erhobenen Daten sollen in Simulationen einfließen, die das komplexe Geschehen im Inneren von Lawinen detailliert nachbilden. „Was genau passiert, wenn sich...

Im Focus: Neuer Rekord an BESSY II: 10 Millionen Ionen erstmals bis auf 7,4 Kelvin gekühlt

Magnetische Grundzustände von Nickel2-Ionen spektroskopisch ermittelt

Ein internationales Team aus Deutschland, Schweden und Japan hat einen neuen Temperaturrekord für sogenannte Quadrupol-Ionenfallen erreicht, in denen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Von „Coopetition“ bis „Digitale Union“ – Die Fertigungsindustrien im digitalen Wandel

02.12.2016 | Veranstaltungen

Experten diskutieren Perspektiven schrumpfender Regionen

01.12.2016 | Veranstaltungen

Die Perspektiven der Genom-Editierung in der Landwirtschaft

01.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Parkinson-Krankheit und Dystonien: DFG-Forschergruppe eingerichtet

02.12.2016 | Förderungen Preise

Smart Data Transformation – Surfing the Big Wave

02.12.2016 | Studien Analysen

Nach der Befruchtung übernimmt die Eizelle die Führungsrolle

02.12.2016 | Biowissenschaften Chemie