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 UVB-Strahlung beeinflusst Verhalten von Stichlingen
13.12.2017 | Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

nachricht Mikroorganismen auf zwei Kontinenten studieren
13.12.2017 | Friedrich-Schiller-Universität Jena

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: Lange Speicherung photonischer Quantenbits für globale Teleportation

Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik erreichen mit neuer Speichertechnik für photonische Quantenbits Kohärenzzeiten, welche die weltweite...

Im Focus: Long-lived storage of a photonic qubit for worldwide teleportation

MPQ scientists achieve long storage times for photonic quantum bits which break the lower bound for direct teleportation in a global quantum network.

Concerning the development of quantum memories for the realization of global quantum networks, scientists of the Quantum Dynamics Division led by Professor...

Im Focus: Electromagnetic water cloak eliminates drag and wake

Detailed calculations show water cloaks are feasible with today's technology

Researchers have developed a water cloaking concept based on electromagnetic forces that could eliminate an object's wake, greatly reducing its drag while...

Im Focus: Neue Einblicke in die Materie: Hochdruckforschung in Kombination mit NMR-Spektroskopie

Forschern der Universität Bayreuth und des Karlsruhe Institute of Technology (KIT) ist es erstmals gelungen, die magnetische Kernresonanzspektroskopie (NMR) in Experimenten anzuwenden, bei denen Materialproben unter sehr hohen Drücken – ähnlich denen im unteren Erdmantel – analysiert werden. Das in der Zeitschrift Science Advances vorgestellte Verfahren verspricht neue Erkenntnisse über Elementarteilchen, die sich unter hohen Drücken oft anders verhalten als unter Normalbedingungen. Es wird voraussichtlich technologische Innovationen fördern, aber auch neue Einblicke in das Erdinnere und die Erdgeschichte, insbesondere die Bedingungen für die Entstehung von Leben, ermöglichen.

Diamanten setzen Materie unter Hochdruck

Im Focus: Scientists channel graphene to understand filtration and ion transport into cells

Tiny pores at a cell's entryway act as miniature bouncers, letting in some electrically charged atoms--ions--but blocking others. Operating as exquisitely sensitive filters, these "ion channels" play a critical role in biological functions such as muscle contraction and the firing of brain cells.

To rapidly transport the right ions through the cell membrane, the tiny channels rely on a complex interplay between the ions and surrounding molecules,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Materialinnovationen 2018 – Werkstoff- und Materialforschungskonferenz des BMBF

13.12.2017 | Veranstaltungen

Innovativer Wasserbau im 21. Jahrhundert

13.12.2017 | Veranstaltungen

Innovative Strategien zur Bekämpfung von parasitären Würmern

08.12.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rest-Spannung trotz Megabeben

13.12.2017 | Geowissenschaften

Computermodell weist den Weg zu effektiven Kombinationstherapien bei Darmkrebs

13.12.2017 | Medizin Gesundheit

Winzige Weltenbummler: In Arktis und Antarktis leben die gleichen Bakterien

13.12.2017 | Geowissenschaften