Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Nature: Wie das Treibhausgas N2O abgebaut wird

15.08.2011
Lachgas (N2O) ist ein schädliches Klimagas. Es wirkt als Treibhausgas 300-mal stärker als Kohlendioxid und zerstört die Ozonschicht.

In der industriellen Landwirtschaft entsteht es auf überdüngten Feldern, wenn Mikroorganismen Nitrat-Dünger zersetzen. Der Abbau von Lachgas läuft oft unvollständig ab und hängt stark von den Umweltbedingungen ab. Forscher aus Freiburg, Konstanz und Karlsruhe KIT haben nun die Struktur und den Mechanismus des Lachgas-abbauenden Enzyms aufgeklärt und in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht (AOP; DOI:10.1038/nature10332).


Das Enzym N20-Reduktase besitzt vier reaktive Zentren, die für den Abbau von Lachgas in elementaren Stickstoff wichtig sind. Quelle: BIOSS/ Uni Freiburg

In der aktuellen Studie konnte gezeigt werden, dass das Enzym N20-Reduktase aktive Zentren besitzt, welche aus vier Kupferatomen und zwei Schwefelatomen gebildet wird. „Die überraschende Erkenntnis war, dass die Mikrobiologen weltweit bislang von der falschen Struktur ausgegangen waren“, erklärt Professor Oliver Einsle, Gruppenleiter am Institut für Organische Chemie und Biochemie der Universität Freiburg. Bislang war man von nur einem Schwefelatom ausgegangen und konnte den Mechanismus des Lachgasabbaus nicht vollkommen aufklären. Die neuen Daten erlauben es, den Reaktionsablauf des Enzyms besser zu modellieren. Kommenden Untersuchungen sollen weitere Details liefern und helfen zu verstehen, welchen Einfluss die Umweltbedingungen auf den Prozess haben.

„Entscheidend war es, dass wir bei allen Untersuchungsschritten unter Ausschluss von Luftsauerstoff arbeiten konnten“, betont Walter G. Zumft, Professor im Ruhestand am Karlsruher Institut für Technologie. Bei Kontakt mit Sauerstoff reagieren Teile des Enzyms und es verändert seine Struktur. Zusammen mit Dr. Anja Pomowski von der Universität Freiburg wurden unter einer sauerstofffreien Schutzatmosphäre die Bakterien kultiviert, die Enzyme in großem Maßstab isoliert sowie kristallisiert und anschließend eine Strukturanalyse mit Röntgenstrahlen vorgenommen. Das vierköpfige Autorenteam wurde von Professor Peter Kroneck von der Universität Konstanz ergänzt.

„Die aktuelle Studie liefert uns einen interessanten komplementären Blick auf den Stickstoffkreislauf“, sagt Dr. Ralf Kiese vom Institut für Meteorologie und Klimaforschung des KIT. Die Lachgas- und Stickstoffproduktion auf Äckern, Weiden und in Wäldern hängt von vielen, oft gegenläufigen Effekten ab. So hat eine KIT-Studie im vergangenen Jahr gezeigt, dass unter bestimmten Bedingungen mehr Viehwirtschaft zu weniger Lachgas führen kann (doi:10.1038/nature08931). Genauere Erkenntnisse über die mikrobiellen Vorgänge und ihre Abhängigkeit von den Umweltbedingungen könnten helfen, den Beitrag des Lachgases fürs Klima besser zu modellieren. Langfristig wäre es sogar denkbar, das Wissen zu nutzen, um zu vermeiden, dass Lachgas in die Atmosphäre entweicht; etwa durch Zusatzstoffe in Düngern, die die Funktionsfähigkeit der N20-Reduktase erhalten, oder durch optimierte Prozesse in Klärwerken.

KIT- Presseinformation zu weiteren Studien rund um Lachgas

„Treibhausgase aus Waldböden“
http://www.kit.edu/besuchen/pi_2011_6446.php
„Vieh verringert Lachgas-Emissionen“: http://www.kit.edu/besuchen/pi_2010_883.php

Homepage der Arbeitsgruppe von Prof. Einsle an der Universität in Freiburg: http://portal.uni-freiburg.de/xray

Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist eine Körperschaft des öffentlichen Rechts nach den Gesetzen des Landes Baden-Württemberg. Es nimmt sowohl die Mission einer Universität als auch die Mission eines nationalen Forschungszentrums in der Helmholtz-Gemeinschaft wahr. Das KIT verfolgt seine Aufgaben im Wissensdreieck Forschung – Lehre – Innovation.

Monika Landgraf | idw
Weitere Informationen:
http://www.kit.edu

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Mikro-U-Boote für den Magen
24.01.2017 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

nachricht Echoortung - Lernen, den Raum zu hören
24.01.2017 | Ludwig-Maximilians-Universität München

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: Scientists spin artificial silk from whey protein

X-ray study throws light on key process for production

A Swedish-German team of researchers has cleared up a key process for the artificial production of silk. With the help of the intense X-rays from DESY's...

Im Focus: Forscher spinnen künstliche Seide aus Kuhmolke

Ein schwedisch-deutsches Forscherteam hat bei DESY einen zentralen Prozess für die künstliche Produktion von Seide entschlüsselt. Mit Hilfe von intensivem Röntgenlicht konnten die Wissenschaftler beobachten, wie sich kleine Proteinstückchen – sogenannte Fibrillen – zu einem Faden verhaken. Dabei zeigte sich, dass die längsten Proteinfibrillen überraschenderweise als Ausgangsmaterial schlechter geeignet sind als Proteinfibrillen minderer Qualität. Das Team um Dr. Christofer Lendel und Dr. Fredrik Lundell von der Königlich-Technischen Hochschule (KTH) Stockholm stellt seine Ergebnisse in den „Proceedings“ der US-Akademie der Wissenschaften vor.

Seide ist ein begehrtes Material mit vielen erstaunlichen Eigenschaften: Sie ist ultraleicht, belastbarer als manches Metall und kann extrem elastisch sein....

Im Focus: Erstmalig quantenoptischer Sensor im Weltraum getestet – mit einem Lasersystem aus Berlin

An Bord einer Höhenforschungsrakete wurde erstmals im Weltraum eine Wolke ultrakalter Atome erzeugt. Damit gelang der MAIUS-Mission der Nachweis, dass quantenoptische Sensoren auch in rauen Umgebungen wie dem Weltraum eingesetzt werden können – eine Voraussetzung, um fundamentale Fragen der Wissenschaft beantworten zu können und ein Innovationstreiber für alltägliche Anwendungen.

Gemäß dem Einstein’schen Äquivalenzprinzip werden alle Körper, unabhängig von ihren sonstigen Eigenschaften, gleich stark durch die Gravitationskraft...

Im Focus: Quantum optical sensor for the first time tested in space – with a laser system from Berlin

For the first time ever, a cloud of ultra-cold atoms has been successfully created in space on board of a sounding rocket. The MAIUS mission demonstrates that quantum optical sensors can be operated even in harsh environments like space – a prerequi-site for finding answers to the most challenging questions of fundamental physics and an important innovation driver for everyday applications.

According to Albert Einstein's Equivalence Principle, all bodies are accelerated at the same rate by the Earth's gravity, regardless of their properties. This...

Im Focus: Mikrobe des Jahres 2017: Halobacterium salinarum - einzellige Urform des Sehens

Am 24. Januar 1917 stach Heinrich Klebahn mit einer Nadel in den verfärbten Belag eines gesalzenen Seefischs, übertrug ihn auf festen Nährboden – und entdeckte einige Wochen später rote Kolonien eines "Salzbakteriums". Heute heißt es Halobacterium salinarum und ist genau 100 Jahre später Mikrobe des Jahres 2017, gekürt von der Vereinigung für Allgemeine und Angewandte Mikrobiologie (VAAM). Halobacterium salinarum zählt zu den Archaeen, dem Reich von Mikroben, die zwar Bakterien ähneln, aber tatsächlich enger verwandt mit Pflanzen und Tieren sind.

Rot und salzig
Archaeen sind häufig an außergewöhnliche Lebensräume angepasst, beispielsweise heiße Quellen, extrem saure Gewässer oder – wie H. salinarum – an...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Neuer Algorithmus in der Künstlichen Intelligenz

24.01.2017 | Veranstaltungen

Gehirn und Immunsystem beim Schlaganfall – Neueste Erkenntnisse zur Interaktion zweier Supersysteme

24.01.2017 | Veranstaltungen

Hybride Eisschutzsysteme – Lösungen für eine sichere und nachhaltige Luftfahrt

23.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Im Interview mit Harald Holzer, Geschäftsführer der vitaliberty GmbH

24.01.2017 | Unternehmensmeldung

MAIUS-1 – erste Experimente mit ultrakalten Atomen im All

24.01.2017 | Physik Astronomie

European XFEL: Forscher können erste Vorschläge für Experimente einreichen

24.01.2017 | Physik Astronomie