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 Wirt oder Gast? Proteomik gibt neue Aufschlüsse über Reaktion von Rifforganismen auf Umweltstress
23.02.2018 | Leibniz-Zentrum für Marine Tropenforschung (ZMT)

nachricht Wie Zellen unterschiedlich auf Stress reagieren
23.02.2018 | Max-Planck-Institut für molekulare Genetik

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: Vorstoß ins Innere der Atome

Mit Hilfe einer neuen Lasertechnologie haben es Physiker vom Labor für Attosekundenphysik der LMU und des MPQ geschafft, Attosekunden-Lichtblitze mit hoher Intensität und Photonenenergie zu produzieren. Damit konnten sie erstmals die Interaktion mehrere Photonen in einem Attosekundenpuls mit Elektronen aus einer inneren atomaren Schale beobachten konnten.

Wer die ultraschnelle Bewegung von Elektronen in inneren atomaren Schalen beobachten möchte, der benötigt ultrakurze und intensive Lichtblitze bei genügend...

Im Focus: Attoseconds break into atomic interior

A newly developed laser technology has enabled physicists in the Laboratory for Attosecond Physics (jointly run by LMU Munich and the Max Planck Institute of Quantum Optics) to generate attosecond bursts of high-energy photons of unprecedented intensity. This has made it possible to observe the interaction of multiple photons in a single such pulse with electrons in the inner orbital shell of an atom.

In order to observe the ultrafast electron motion in the inner shells of atoms with short light pulses, the pulses must not only be ultrashort, but very...

Im Focus: Good vibrations feel the force

Eine Gruppe von Forschern um Andrea Cavalleri am Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie (MPSD) in Hamburg hat eine Methode demonstriert, die es erlaubt die interatomaren Kräfte eines Festkörpers detailliert auszumessen. Ihr Artikel Probing the Interatomic Potential of Solids by Strong-Field Nonlinear Phononics, nun online in Nature veröffentlich, erläutert, wie Terahertz-Laserpulse die Atome eines Festkörpers zu extrem hohen Auslenkungen treiben können.

Die zeitaufgelöste Messung der sehr unkonventionellen atomaren Bewegungen, die einer Anregung mit extrem starken Lichtpulsen folgen, ermöglichte es der...

Im Focus: Good vibrations feel the force

A group of researchers led by Andrea Cavalleri at the Max Planck Institute for Structure and Dynamics of Matter (MPSD) in Hamburg has demonstrated a new method enabling precise measurements of the interatomic forces that hold crystalline solids together. The paper Probing the Interatomic Potential of Solids by Strong-Field Nonlinear Phononics, published online in Nature, explains how a terahertz-frequency laser pulse can drive very large deformations of the crystal.

By measuring the highly unusual atomic trajectories under extreme electromagnetic transients, the MPSD group could reconstruct how rigid the atomic bonds are...

Im Focus: Verlässliche Quantencomputer entwickeln

Internationalem Forschungsteam gelingt wichtiger Schritt auf dem Weg zur Lösung von Zertifizierungsproblemen

Quantencomputer sollen künftig algorithmische Probleme lösen, die selbst die größten klassischen Superrechner überfordern. Doch wie lässt sich prüfen, dass der...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Von festen Körpern und Philosophen

23.02.2018 | Veranstaltungen

Spannungsfeld Elektromobilität

23.02.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - April 2018

21.02.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Vorstoß ins Innere der Atome

23.02.2018 | Physik Astronomie

Wirt oder Gast? Proteomik gibt neue Aufschlüsse über Reaktion von Rifforganismen auf Umweltstress

23.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Wie Zellen unterschiedlich auf Stress reagieren

23.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics