Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Grünes Energiemanagement - Wie sich Pflanzen auf die Lichtbedingungen einstellen

26.01.2010
Mit der Hilfe von Sonnenlicht können Pflanzen Kohlenhydrate synthetisieren, die von anderen Organismen aufgenommen werden. Dabei müssen sie sich aber auf unterschiedliche Lichtqualität und -intensität einstellen.

Der LMU-Biologe Professor Dario Leister und seine Kollegen haben diesen Vorgang in der Ackerschmalwand Arabidopsis thaliana untersucht. "Es hat sich gezeigt, dass die Photosynthese je nach Lichtbedingungen zwischen zwei Funktionsweisen wechseln kann, dem 'State 1' und 'State 2'", berichtet Leister.

"Vor einigen Jahren haben wir schon nachgewiesen, dass der Übergang von State 1 zu State 2 von dem Enzym STN7 abhängt, das Phosphatgruppen an bestimmte Proteine anhängt."

Nun konnten die Forscher zusammen mit italienischen Kollegen ein weiteres Enzym identifizieren, das diese Modifikation rückgängig macht - und damit das gesamte System wieder in den State 1 befördert. Diese Entdeckung ist nicht nur ein entscheidender Baustein für das Verständnis der Photosynthese, sondern könnte auch helfen, das Wachstum von Pflanzen zu verbessern. (PLoS Biology, 26. Januar 2010)

Die Photosynthese-Maschinerie ist in spezialisierte Membranen eingebettet. Diese sogenannten Thylakoide befinden sich in den Chloroplasten grüner Pflanzenteile und enthalten zwei Typen von Photosystemen, PSI und PSII. Jedes davon besteht aus einem Antennenkomplex und einem Reaktionszentrum. Der Antennenkomplex fängt Lichtenergie ein und überträgt sie auf das Reaktionszentrum. Dadurch werden Elektronen aus dem Chlorophyll-Molekül auf weitere Moleküle übertragen, was Energie für zelluläre Aktivitäten freisetzt.

Die zwei Photosysteme enthalten verschiedene Antennenkomplexe, LHCI für PSI und LHCII, das mit beiden Photosystemen zusammenarbeiten kann. Die beiden Photosysteme unterscheiden sich in ihrer Sensitivität gegenüber Licht in verschiedenen Wellenlängen: PSII reagiert besonders sensitiv auf eine Wellenlänge von 680 Nanometern (nm), das Absorptionsmaximum von PSI liegt bei 700 nm. "Die beiden Photosysteme arbeiten aber hintereinander", so Leister. "PSII überträgt angeregte Elektronen auf PSI und übermittelt dadurch Energie. Schließlich muss die Verteilung der Anregungsenergie zwischen den Photosystemen für eine optimale Wirkung ausgeglichen werden. Und das wird zum Teil durch einen Wechsel zwischen State 1 und State 2 erreicht."

Reagiert PSII besonders stark auf das einfallende Licht, werden innerhalb von Minuten Phosphatgruppen an einen Teil der LHCII-Moleküle angehängt. Damit geht das System über in den State 2, der mit der Wanderung phosphorylierter LHCII Moleküle zu PSI verbunden ist. "Wir haben vor Kurzem STN7 als das für die Übertragung der Phosphatgruppen an LHCII verantwortliche Enzym identifiziert", berichtet Leister. "Wir haben auch gezeigt, dass STN7 aktiviert wird, wenn eine Überlastung bei den Molekülen auftritt, die Elektronen auf PSI übertragen." Binden die phosphorylierten LHCII-Proteine an PSI, kann dieses mehr Licht nutzen und mehr Elektronen von PSII übernehmen - um so die Überlastung zu mildern und die Aktivitäten der zwei Photosysteme anzugleichen.

Der umgekehrte Übergang von State 2 zu State 1 hängt davon ab, dass die Phosphatgruppen von LHCII entfernt werden. Die Forscher konnten nun das verantwortliche Enzym, eine Phosphatase, identifizieren. "Es gab neun bekannte Phosphatasen in den Chloroplasten", berichtet Leister. "Wir haben zunächst die Gene, die die Bauanleitung dieser Enzyme tragen, inaktiviert, was aber keinen Effekt beim Übergang von State 2 zu State 1 zeigte." Das Team erweiterte die Suche und stieß dabei auf eine weitere Phosphatase, At4g27800. Ein Volltreffer: Die Forscher konnten bestätigen, dass dieses Protein, das sie in TAP38 umbenannten, mit den Thylakoiden assoziiert ist.

"Wir konnten zudem Mutanten identifizieren, denen dieses Protein fehlt", so Leister. "Diese Mutanten bleiben dauerhaft in State 2, und zwar unabhängig von den Lichtverhältnissen. Genau das ist ja auch zu erwarten, wenn TAP38 für die Entfernung der Phosphatgruppe zuständig ist." Tatsächlich wurden die Phosphatgruppen der modfizierten LHCII-Proteine erst entfernt, als reines TAP38 zugegeben wurde. Diese Entdeckung fügt nun einen wichtigen Baustein zum Verständnis davon, wie Pflanzen den Übergang von einem State zum anderen vornehmen.

Es gibt aber auch praktische Auswirkungen. Pflanzen, die bei Niedriglicht wachsen, bevorzugen State 2. "Ist das Gen für TAP38 inaktiviert, wachsen sie schneller als die normalen Pflanzen", erklärt Leister. "Das hat wahrscheinlich damit zu tun, dass das Licht zwischen beiden Photosystemen gleichmäßiger verteilt wird." Möglicherweise könnte dieser elegante Weg des Energiemanagements, das Leisters Team nun entschlüsselt hat, eines Tages auch helfen, die Energiekosten zu senken. Schließlich funktionieren Solaranlagen nach einem ähnlichen Prinzip. (suwe)

Publikation:
"Role of plastid protein phosphatase TAP38 in LHCII dephosphorylation and thylakoid electron flow"
Mathias Pribil, Paolo Pesaresi, Alexander Hertle, Roberto Barbato und Dario Leister

PloS Biology, 26. Januar 2010

Ansprechpartner:
Professor Dario Leister
Department Biologie I der Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) München
Tel.: 089 / 2180 - 74550
Fax: 089 / 2180 - 74599;
E-Mail: leister@lrz.uni-muenchen.de

Luise Dirscherl | idw
Weitere Informationen:
http://www.botanik.bio.lmu.de/
http://www.botanik.bio.lmu.de/personen/professuren/leister/index.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Kontinentalrand mit Leckage
27.03.2017 | MARUM - Zentrum für Marine Umweltwissenschaften an der Universität Bremen

nachricht Neuen molekularen Botenstoff bei Lebererkrankungen entdeckt
27.03.2017 | Universitätsmedizin Mannheim

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: Das anwachsende Ende der Ordnung

Physiker aus Konstanz weisen sogenannte Mermin-Wagner-Fluktuationen experimentell nach

Ein Kristall besteht aus perfekt angeordneten Teilchen, aus einer lückenlos symmetrischen Atomstruktur – dies besagt die klassische Definition aus der Physik....

Im Focus: Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen

Eine internationale Forschergruppe mit dem Bayreuther Biochemiker Prof. Dr. Clemens Steegborn präsentiert in 'Science' neue, für die Biomedizin wegweisende Forschungsergebnisse zur Rolle des Moleküls NAD⁺ bei der Korrektur von Schäden am Erbgut.

Die Zellen von Menschen und Tieren können Schäden an der DNA, dem Träger der Erbinformation, bis zu einem gewissen Umfang selbst reparieren. Diese Fähigkeit...

Im Focus: Designer-Proteine falten DNA

Florian Praetorius und Prof. Hendrik Dietz von der Technischen Universität München (TUM) haben eine neue Methode entwickelt, mit deren Hilfe sie definierte Hybrid-Strukturen aus DNA und Proteinen aufbauen können. Die Methode eröffnet Möglichkeiten für die zellbiologische Grundlagenforschung und für die Anwendung in Medizin und Biotechnologie.

Desoxyribonukleinsäure – besser bekannt unter der englischen Abkürzung DNA – ist die Trägerin unserer Erbinformation. Für Prof. Hendrik Dietz und Florian...

Im Focus: Fliegende Intensivstationen: Ultraschallgeräte in Rettungshubschraubern können Leben retten

Etwa 21 Millionen Menschen treffen jährlich in deutschen Notaufnahmen ein. Im Kampf zwischen Leben und Tod zählt für diese Patienten jede Minute. Wenn sie schon kurz nach dem Unfall zielgerichtet behandelt werden können, verbessern sich ihre Überlebenschancen erheblich. Damit Notfallmediziner in solchen Fällen schnell die richtige Diagnose stellen können, kommen in den Rettungshubschraubern der DRF Luftrettung und zunehmend auch in Notarzteinsatzfahrzeugen mobile Ultraschallgeräte zum Einsatz. Experten der Deutschen Gesellschaft für Ultraschall in der Medizin e.V. (DEGUM) schulen die Notärzte und Rettungsassistenten.

Mit mobilen Ultraschallgeräten können Notärzte beispielsweise innere Blutungen direkt am Unfallort identifizieren und sie bei Bedarf auch für Untersuchungen im...

Im Focus: Gigantische Magnetfelder im Universum

Astronomen aus Bonn und Tautenburg in Thüringen beobachteten mit dem 100-m-Radioteleskop Effelsberg Galaxienhaufen, das sind Ansammlungen von Sternsystemen, heißem Gas und geladenen Teilchen. An den Rändern dieser Galaxienhaufen fanden sie außergewöhnlich geordnete Magnetfelder, die sich über viele Millionen Lichtjahre erstrecken. Sie stellen die größten bekannten Magnetfelder im Universum dar.

Die Ergebnisse werden am 22. März in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.

Galaxienhaufen sind die größten gravitativ gebundenen Strukturen im Universum, mit einer Ausdehnung von etwa zehn Millionen Lichtjahren. Im Vergleich dazu ist...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Wie Menschen wachsen

27.03.2017 | Veranstaltungen

Zweites Symposium 4SMARTS zeigt Potenziale aktiver, intelligenter und adaptiver Systeme

27.03.2017 | Veranstaltungen

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Fließender Übergang zwischen Design und Simulation

27.03.2017 | HANNOVER MESSE

Industrial Data Space macht neue Geschäftsmodelle möglich

27.03.2017 | HANNOVER MESSE

Neue Sicherheitstechnik ermöglicht Teamarbeit

27.03.2017 | HANNOVER MESSE