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 Maßgeschneiderte Nanopartikel gegen Krebs gesucht
29.06.2017 | Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

nachricht Elektrisch leitende Hülle für Bakterien
29.06.2017 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

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: Der schärfste Laserstrahl der Welt

Physikalisch-Technische Bundesanstalt entwickelt einen Laser mit nur 10 mHz Linienbreite

So nah an den idealen Laser kam bisher noch keiner: In der Theorie hat ein Laser zwar genau eine einzige Farbe (Frequenz bzw. Wellenlänge). In Wirklichkeit...

Im Focus: Wellen schlagen

Computerwissenschaftler verwenden die Theorie von Wellenpaketen, um realistische und detaillierte Simulationen von Wasserwellen in Echtzeit zu erstellen. Ihre Ergebnisse werden auf der diesjährigen SIGGRAPH Konferenz vorgestellt.

Denkt man an einen See, einen Fluss oder an das Meer, so sieht man vor sich, wie sich das Wasser kräuselt, wie Wellen gegen die Felsen schlagen, wie Bugwellen...

Im Focus: Making Waves

Computer scientists use wave packet theory to develop realistic, detailed water wave simulations in real time. Their results will be presented at this year’s SIGGRAPH conference.

Think about the last time you were at a lake, river, or the ocean. Remember the ripples of the water, the waves crashing against the rocks, the wake following...

Im Focus: Schnelles und umweltschonendes Laserstrukturieren von Werkzeugen zur Folienherstellung

Kosteneffizienz und hohe Produktivität ohne dabei die Umwelt zu belasten: Im EU-Projekt »PoLaRoll« entwickelt das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT aus Aachen gemeinsam mit dem Oberhausener Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheit- und Energietechnik UMSICHT und sechs Industriepartnern ein Modul zur direkten Laser-Mikrostrukturierung in einem Rolle-zu-Rolle-Verfahren. Ziel ist es, mit Hilfe dieses Systems eine siebartige Metallfolie als Demonstrator zu fertigen, die zum Sonnenschutz von Glasfassaden verwendet wird: Durch ihre besondere Geometrie wird die Sonneneinstrahlung reduziert, woraus sich ein verminderter Energieaufwand für Kühlung und Belüftung ergibt.

Das Fraunhofer IPT ist im Projekt »PoLaRoll« für die Prozessentwicklung der Laserstrukturierung sowie für die Mess- und Systemtechnik zuständig. Von den...

Im Focus: Das Auto lernt vorauszudenken

Ein neues Christian Doppler Labor an der TU Wien beschäftigt sich mit der Regelung und Überwachung von Antriebssystemen – mit Unterstützung des Wissenschaftsministeriums und von AVL List.

Wer ein Auto fährt, trifft ständig Entscheidungen: Man gibt Gas, bremst und dreht am Lenkrad. Doch zusätzlich muss auch das Fahrzeug selbst ununterbrochen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Marine Pilze – hervorragende Quellen für neue marine Wirkstoffe?

28.06.2017 | Veranstaltungen

Willkommen an Bord!

28.06.2017 | Veranstaltungen

Internationale Fachkonferenz IEEE ICDCM - Lokale Gleichstromnetze bereichern die Energieversorgung

27.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Der schärfste Laserstrahl der Welt

29.06.2017 | Physik Astronomie

Maßgeschneiderte Nanopartikel gegen Krebs gesucht

29.06.2017 | Biowissenschaften Chemie

Wolken über der Wetterküche: Die Azoren im Fokus eines internationalen Forschungsteams

29.06.2017 | Geowissenschaften