Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wie Mangan zum Photosyntheseapparat gelangt - Existenz zellulärer Biogenese-Zentren erstmals bewiesen

08.02.2012
Ohne Mangan geht bei der Photosynthese nichts - das Metall ist ein unverzichtbarer Bestandteil des Photosystems, da es die Erzeugung von chemischer Energie und die Synthese von Luftsauerstoff katalysiert. Bisher war unklar, wie das Mangan an seinen Einsatzort in der Zelle gelangt.

Wissenschaftler um Professor Jörg Nickelsen vom Biozentrum der LMU identifizierten nun ein Protein, das als Shuttle fungiert und Mangan auf das Photosystem überträgt. Damit konnten die Wissenschaftler das Wissen über die komplexen Vorgänge bei der Photosynthese um eine weitere Facette erweitern - langfristig könnten ihre Ergebnisse dazu beitragen, künstliche Photosysteme zu entwickeln, mit denen umweltfreundlichere Treibstoffe wie etwa Wasserstoff hergestellt werden könnten.

Zudem gelang es den Forschern, erstmals die Existenz sogenannter Biogenesezentren nachzuweisen: In diesen speziellen Zellregionen werden frühe Vorstufen des Photosystems zusammengebaut und erst danach an ihren eigentlichen Bestimmungsort transportiert. Auch die Mangan-Übertragung auf das Photosystem findet hier statt. (Plant Cell, 7.2.2012)

Pflanzen, Algen und einige Bakterien betreiben Photosynthese, um mithilfe von Sonnenlicht Energie und Kohlenhydrate zu gewinnen. Ohne die Photosynthese wäre das Leben auf der Erde - so wie wir es kennen - unmöglich, da dieser Prozess auch den von fast allen Organismen benötigten Luftsauerstoff produziert. Das für die Photosynthese benötigte Sonnenlicht wird von sogenannten Photosystemen aufgenommen, die in einem speziellen Membransystem - den Thylakoidmembranen - sitzen und neben lichtabsorbierenden Chlorophyllen auch eine Reihe verschiedener Proteine beinhalten. Einer dieser Multiproteinkomplexe - das Photosystem II - enthält zudem das Metall Mangan. Mangan ist ein für alle Lebewesen essentielles Element, das eine der bemerkenswertesten Reaktionen in der Natur katalysiert: Die Spaltung von Wasser, die unter anderem zur Freisetzung atmosphärischen Sauerstoffs führt. Der Zusammenbau des Photosystems erfolgt, indem wie am Fließband schrittweise die einzelnen Komponenten zusammengefügt werden. Dazu werden eine Reihe von Hilfsfaktoren benötigt. Wie und wo das Mangan in das Photosystem II eingebaut wird, war bisher unbekannt. In ihrer neuen Studie nutzten die Wissenschaftler das Cyanobakterium Synechocystis als Modell und konnten nachweisen, dass das Hilfsprotein PratA dabei eine wesentliche Rolle spielt, indem es Mangan bindet und wie ein Shuttle zum Photosystem II transportiert.

Interessanterweise findet die Übertragung des Mangans allerdings nicht direkt in der Thylakoidmembran statt, sondern in speziellen Zellregionen, die die zellinterne Thylakoidmembran mit der die Zelle umgebenden Plasmamembran verbinden. „Die Existenz dieser sogenannten Biogenesezentren wurde in den letzten Jahren bereits vermutet und konnte nun von uns erstmals belegt werden“, sagt Nickelsen. In den Biogenesezentren werden frühe Vorstufen des Photosystems II zusammengebaut und anschließend an ihren eigentlichen Wirkort in der Thylakoidmembran transportiert. „Erste Untersuchungen an der Ackerschmalwand Arabidopsis thaliana deuten darauf hin, dass der Mechanismus des Mangan-Transports möglicherweise evolutionär konserviert ist und nicht nur in Cyanobakterien, sondern auch in höheren Pflanzen nach einem ähnlichen Schema abläuft“, erklärt Nickelsen.

Der effiziente Einbau von Mangan in das Photosystem II ist entscheidend für dessen essentielle Funktion bei der Spaltung von Wasser in Sauerstoff, Protonen und chemisch gebundene Elektronen. Protonen und Elektronen lassen sich theoretisch zu Wasserstoff vereinigen. Ein besseres Verständnis dieses Prozesses könnte daher langfristig genutzt werden, um mithilfe künstlicher Photosysteme in chemischen Reaktoren „saubere" Treibstoffe wie etwa Wasserstoff zu erzeugen. Aufgrund der steigenden Nachfrage nach erneuerbaren Energien stellt die effiziente Erzeugung solcher alternativer umweltfreundlicher Biokraftstoffe eine wichtige Herausforderung für die Zukunft dar. (göd)

Publikation:
„Initial Steps in Photoystem II de novo Assembly and Preloading with Manganese Take Place in Biogenesis Centers in Synechocytis”;
A. Stengel, I.L. Gügel, D. Hilger, B. Rengstl, H. Jung, J. Nickelsen;
The Plant Cell, online 7.2.2012

Kontakt:
Prof. Dr. Jörg Nickelsen
Biozentrum der LMU
Tel.: 089 / 2180 – 74773
Fax: 089 / 2180 – 9974773
E-Mail: joerg.nickelsen@lrz.uni-muenchen.de

Luise Dirscherl | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-muenchen.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Neuer Mechanismus der Gen-Inaktivierung könnte vor Altern und Krebs schützen
23.02.2017 | Leibniz-Institut für Alternsforschung - Fritz-Lipmann-Institut e.V. (FLI)

nachricht Alge im Eismeer - Genom einer antarktischen Meeresalge entschlüsselt
23.02.2017 | Universität Konstanz

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: Kühler Zwerg und die sieben Planeten

Erdgroße Planeten mit gemäßigtem Klima in System mit ungewöhnlich vielen Planeten entdeckt

In einer Entfernung von nur 40 Lichtjahren haben Astronomen ein System aus sieben erdgroßen Planeten entdeckt. Alle Planeten wurden unter Verwendung von boden-...

Im Focus: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Im Focus: HIGH-TOOL unterstützt Verkehrsplanung in Europa

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt sich bewerten, wie verkehrspolitische Maßnahmen langfristig auf Wirtschaft, Gesellschaft und Umwelt wirken. HIGH-TOOL ist ein frei zugängliches Modell mit Modulen für Demografie, Wirtschaft und Ressourcen, Fahrzeugbestand, Nachfrage im Personen- und Güterverkehr sowie Umwelt und Sicherheit. An dem nun erfolgreich abgeschlossenen EU-Projekt unter der Koordination des KIT waren acht Partner aus fünf Ländern beteiligt.

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt...

Im Focus: Zinn in der Photodiode: nächster Schritt zur optischen On-Chip-Datenübertragung

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium allein – die stoffliche Basis der Chip-Produktion – sind als Lichtquelle kaum geeignet. Jülicher Physiker haben nun gemeinsam mit internationalen Partnern eine Diode vorgestellt, die neben Silizium und Germanium zusätzlich Zinn enthält, um die optischen Eigenschaften zu verbessern. Das Besondere daran: Da alle Elemente der vierten Hauptgruppe angehören, sind sie mit der bestehenden Silizium-Technologie voll kompatibel.

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium...

Im Focus: Innovative Antikörper für die Tumortherapie

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig von diesen teuren Medikamenten profitieren, wird intensiv an deren Verbesserung gearbeitet. Forschern um Prof. Thomas Valerius an der Christian Albrechts Universität Kiel gelang es nun, innovative Antikörper mit verbesserter Wirkung zu entwickeln.

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Big Data Centrum Ostbayern-Südböhmen startet Veranstaltungsreihe

23.02.2017 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - April 2017

23.02.2017 | Veranstaltungen

Wie werden wir gesund alt? - Alternsforscher tagen auf interdisziplinärem Symposium in Magdeburg

23.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Heinz Maier-Leibnitz-Preise 2017: DFG und BMBF zeichnen vier Forscherinnen und sechs Forscher aus

23.02.2017 | Förderungen Preise

Big Data Centrum Ostbayern-Südböhmen startet Veranstaltungsreihe

23.02.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Planeten außerhalb unseres Sonnensystems: Bayreuther Forscher dringen tief ins Weltall vor

23.02.2017 | Physik Astronomie