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 Bakterieller Untermieter macht Blattnahrung für Käfer verdaulich
17.11.2017 | Max-Planck-Institut für chemische Ökologie

nachricht Neues Werkzeug für gezielten Proteinabbau
17.11.2017 | Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie

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: Ultrakalte chemische Prozesse: Physikern gelingt beispiellose Vermessung auf Quantenniveau

Wissenschaftler um den Ulmer Physikprofessor Johannes Hecker Denschlag haben chemische Prozesse mit einer beispiellosen Auflösung auf Quantenniveau vermessen. Bei ihrer wissenschaftlichen Arbeit kombinierten die Forscher Theorie und Experiment und können so erstmals die Produktzustandsverteilung über alle Quantenzustände hinweg - unmittelbar nach der Molekülbildung - nachvollziehen. Die Forscher haben ihre Erkenntnisse in der renommierten Fachzeitschrift "Science" publiziert. Durch die Ergebnisse wird ein tieferes Verständnis zunehmend komplexer chemischer Reaktionen möglich, das zukünftig genutzt werden kann, um Reaktionsprozesse auf Quantenniveau zu steuern.

Einer deutsch-amerikanischen Forschergruppe ist es gelungen, chemische Prozesse mit einer nie dagewesenen Auflösung auf Quantenniveau zu vermessen. Dadurch...

Im Focus: Leoniden 2017: Sternschnuppen im Anflug?

Gemeinsame Pressemitteilung der Vereinigung der Sternfreunde und des Hauses der Astronomie in Heidelberg

Die Sternschnuppen der Leoniden sind in diesem Jahr gut zu beobachten, da kein Mondlicht stört. Experten sagen für die Nächte vom 16. auf den 17. und vom 17....

Im Focus: «Kosmische Schlange» lässt die Struktur von fernen Galaxien erkennen

Die Entstehung von Sternen in fernen Galaxien ist noch weitgehend unerforscht. Astronomen der Universität Genf konnten nun erstmals ein sechs Milliarden Lichtjahre entferntes Sternensystem genauer beobachten – und damit frühere Simulationen der Universität Zürich stützen. Ein spezieller Effekt ermöglicht mehrfach reflektierte Bilder, die sich wie eine Schlange durch den Kosmos ziehen.

Heute wissen Astronomen ziemlich genau, wie sich Sterne in der jüngsten kosmischen Vergangenheit gebildet haben. Aber gelten diese Gesetzmässigkeiten auch für...

Im Focus: A “cosmic snake” reveals the structure of remote galaxies

The formation of stars in distant galaxies is still largely unexplored. For the first time, astron-omers at the University of Geneva have now been able to closely observe a star system six billion light-years away. In doing so, they are confirming earlier simulations made by the University of Zurich. One special effect is made possible by the multiple reflections of images that run through the cosmos like a snake.

Today, astronomers have a pretty accurate idea of how stars were formed in the recent cosmic past. But do these laws also apply to older galaxies? For around a...

Im Focus: Pflanzenvielfalt von Wäldern aus der Luft abbilden

Produktivität und Stabilität von Waldökosystemen hängen stark von der funktionalen Vielfalt der Pflanzengemeinschaften ab. UZH-Forschenden gelang es, die Pflanzenvielfalt von Wäldern durch Fernerkundung mit Flugzeugen in verschiedenen Massstäben zu messen und zu kartieren – von einzelnen Bäumen bis hin zu ganzen Artengemeinschaften. Die neue Methode ebnet den Weg, um zukünftig die globale Pflanzendiversität aus der Luft und aus dem All zu überwachen.

Ökologische Studien zeigen, dass die Pflanzenvielfalt zentral ist für das Funktionieren von Ökosys-temen. Wälder mit einer höheren funktionalen Vielfalt –...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Technologievorsprung durch Textiltechnik

17.11.2017 | Veranstaltungen

Roboter für ein gesundes Altern: „European Robotics Week 2017“ an der Frankfurt UAS

17.11.2017 | Veranstaltungen

Börse für Zukunftstechnologien – Leichtbautag Stade bringt Unternehmen branchenübergreifend zusammen

17.11.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Technologievorsprung durch Textiltechnik

17.11.2017 | Veranstaltungsnachrichten

IHP präsentiert sich auf der productronica 2017

17.11.2017 | Messenachrichten

Roboter schafft den Salto rückwärts

17.11.2017 | Innovative Produkte