Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wie Pflanzen unsichtbares Licht wahrnehmen

03.04.2012
Mit spezialisierten Photorezeptoren können Pflanzen Licht nutzen, das für uns unsichtbar ist. Strukturanalysen des kürzlich entdeckten UVR8-Rezeptors zeigen, wie ultraviolette Lichtsignale zum Umbau des Lichtrezeptors führen. Auf diese Weise gibt die Pflanze das Signal zur Einleitung eines wichtigen Schutzprogramms.

Über die Wahrnehmung von Licht steuern Pflanzen Wachstum, Keimung, Blütenbildung und die Kontrolle über ihren Tages- und Nachtrhythmus. Damit Pflanzen Licht auch tatsächlich „sehen“ können, besitzen sie auf unterschiedliche Lichtspektren spezialisierte Lichtrezeptoren.

Die bekanntesten Photorezeptoren sind die sogenannten Phytochrome, die das Verhältnis zwischen hell- und dunkelrotem Licht messen. Sie steuern wichtige Entwicklungsvorgänge von Pflanzen, wie beispielsweise die Samenkeimung und das Ergrünen von Pflanzenteilen.

Pflanzen können jedoch auch für uns unsichtbares Licht wahrnehmen. Studien in den 70er Jahren zeigten bereits, dass Pflanzen bei Bestrahlung mit ultraviolettem (UV) Licht Sonnencreme-ähnliche Schutzfaktoren produzieren. Sie sind Teil des sogenannten UV-B Signalweges, mit dem sich die Pflanze vor der schädlichen Wirkung von UV-Strahlung schützt. Zu diesen negativen Effekten gehören beispielsweise DNA-Schäden und eine geringere Photosyntheseleistung. Lange waren die Lichtrezeptoren, die den UV-B Signalweg auslösen nicht bekannt. Erst vor Kurzem wurde der UV-Rezeptor UVR8 als Teil dieser Signalleitung entdeckt. Allerdings blieb unklar wie genau der Rezeptor das UV-Licht aufnimmt und das Signal an die Zelle weiterleiten.

Mit der Strukturanalysen des UVR8-Rezeptors von Arabidopsis thaliana brachten Wissenschaftler jetzt Licht in das Dunkel um die Frage, wie UVR8 als UV-Sensor funktioniert. In Pflanzenzellen liegen UVR8-Rezeptoren in zwei strukturellen Zuständen vor: Einer Licht- und einer Dunkelform. Bei Dunkelheit geht das ringförmige UVR8-Molekül mit einem zweiten UVR8-Molekül eine Verbindung ein. Die beiden Doughnut-artigen Moleküle werden durch Salzbrücken und aromatische Aminosäuren wie ein Sandwich zusammengehalten. Wird die Pflanze mit UV-Licht bestrahlt, zerfällt das Doughnut-Sandwich wieder in zwei Einzelmoleküle. Diese sind daraufhin frei, um mit anderen Proteinpartnern eine Bindung einzugehen. Im Falle von UVR8 bindet der Faktor COP1, der für die Einleitung des genetischen Schutzprogramms zuständig ist.

Das Hin- und Herschalten zwischen dem einfachen und dem Doppelmolekül wird beim UVR8-Rezeptor durch ein besonderes strukturelles Merkmal möglich, das UVR8 von allen anderen bisher bekannten Photorezeptoren unterscheidet: Statt der für Photorezeptoren typischen Chromophor-Struktur, besitzt es auf seiner Kontaktfläche eine Aminosäuren-Pyramide, die aus Tryptophan-Resten besteht. Durch einen UV-Lichtreiz, werden die Elektronen dieser Aminosäuren angeregt und auf benachbarte Aminosäuren übertragen. Auf diese Weise werden Ladungen neutralisiert, die die beiden Moleküle zusammenhalten und die UVR8-Moleküle trennen sich. Die Tryptophan-Pyramide ist demnach der entscheidende UV-Lichtsensor, der das Licht einfängt und die absorbierte Lichtenergie weiterleitet.

UVR8 ist auch in ursprünglichen Pflanzen, wie beispielsweise Moosen und Algen zu finden. Die Wissenschaftler vermuten daher, dass der Rezeptor Pflanzen schon in der frühen Erdgeschichte geholfen hat zu überleben, als die Erde noch größeren Strahlenmengen ultravioletten Lichts ausgesetzt war.

Der durch Lichtsignale ausgelöste Strukturumbau des Rezeptors könnte auch Biotechnologen zu neuen Werkzeugen inspirieren. Proteine, deren Architektur gezielt durch Lichteinstrahlung gesteuert wird, sind mittlerweile wertvolle Instrumente der zellbiologischen Forschung. Mit photoschaltbaren Molekülen lassen sich Prozesse in lebenden Zellen verfolgen und bestimmten Organen zuordnen. Wie die Experimente der Forscher zeigen lässt sich durch Mutationen der Tryptophan-Pyramide, sogar das Absorptionspektrum von UVR8 verschieben.

Quellen:
J. M. Christie (2012): Plant UVR8 Photoreceptor Senses UV-B by Tryptophan-Mediated Disruption of Cross-Dimer Salt Bridges. In: Science. Online Publikation, März 2012, DOI: 10.1105/tpc.112.240311

K. H. Gardner and F. Correa (2012): How Plants See the Invisible. In: Science. Online Publikation, März 2012, DOI: 10.1126/science.12202

| Pflanzenforschung.de
Weitere Informationen:
http://www.pflanzenforschung.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Sollbruchstellen im Rückgrat - Bioabbaubare Polymere durch chemische Gasphasenabscheidung
02.12.2016 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

nachricht "Fingerabdruck" diffuser Protonen entschlüsselt
02.12.2016 | Universität Leipzig

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: Greifswalder Forscher dringen mit superauflösendem Mikroskop in zellulären Mikrokosmos ein

Das Institut für Anatomie und Zellbiologie weiht am Montag, 05.12.2016, mit einem wissenschaftlichen Symposium das erste Superresolution-Mikroskop in Greifswald ein. Das Forschungsmikroskop wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Land Mecklenburg-Vorpommern finanziert. Nun können die Greifswalder Wissenschaftler Strukturen bis zu einer Größe von einigen Millionstel Millimetern mittels Laserlicht sichtbar machen.

Weit über hundert Jahre lang galt die von Ernst Abbe 1873 publizierte Theorie zur Auflösungsgrenze von Lichtmikroskopen als ein in Stein gemeißeltes Gesetz....

Im Focus: Durchbruch in der Diabetesforschung: Pankreaszellen produzieren Insulin durch Malariamedikament

Artemisinine, eine zugelassene Wirkstoffgruppe gegen Malaria, wandelt Glukagon-produzierende Alpha-Zellen der Bauchspeicheldrüse (Pankreas) in insulinproduzierende Zellen um – genau die Zellen, die bei Typ-1-Diabetes geschädigt sind. Das haben Forscher des CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften im Rahmen einer internationalen Zusammenarbeit mit modernsten Einzelzell-Analysen herausgefunden. Ihre bahnbrechenden Ergebnisse werden in Cell publiziert und liefern eine vielversprechende Grundlage für neue Therapien gegen Typ-1 Diabetes.

Seit einigen Jahren hatten sich Forscher an diesem Kunstgriff versucht, der eine simple und elegante Heilung des Typ-1 Diabetes versprach: Die vom eigenen...

Im Focus: Makromoleküle: Mit Licht zu Präzisionspolymeren

Chemikern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es gelungen, den Aufbau von Präzisionspolymeren durch lichtgetriebene chemische Reaktionen gezielt zu steuern. Das Verfahren ermöglicht die genaue, geplante Platzierung der Kettengliedern, den Monomeren, entlang von Polymerketten einheitlicher Länge. Die präzise aufgebauten Makromoleküle bilden festgelegte Eigenschaften aus und eignen sich möglicherweise als Informationsspeicher oder synthetische Biomoleküle. Über die neuartige Synthesereaktion berichten die Wissenschaftler nun in der Open Access Publikation Nature Communications. (DOI: 10.1038/NCOMMS13672)

Chemische Reaktionen lassen sich durch Einwirken von Licht bei Zimmertemperatur auslösen. Die Forscher am KIT nutzen diesen Effekt, um unter Licht die...

Im Focus: Neuer Sensor: Was im Inneren von Schneelawinen vor sich geht

Ein neuer Radarsensor erlaubt Einblicke in die inneren Vorgänge von Schneelawinen. Entwickelt haben ihn Ingenieure der Ruhr-Universität Bochum (RUB) um Dr. Christoph Baer und Timo Jaeschke gemeinsam mit Kollegen aus Innsbruck und Davos. Das Messsystem ist bereits an einem Testhang im Wallis installiert, wo das Schweizer Institut für Schnee- und Lawinenforschung im Winter 2016/17 Messungen damit durchführen möchte.

Die erhobenen Daten sollen in Simulationen einfließen, die das komplexe Geschehen im Inneren von Lawinen detailliert nachbilden. „Was genau passiert, wenn sich...

Im Focus: Neuer Rekord an BESSY II: 10 Millionen Ionen erstmals bis auf 7,4 Kelvin gekühlt

Magnetische Grundzustände von Nickel2-Ionen spektroskopisch ermittelt

Ein internationales Team aus Deutschland, Schweden und Japan hat einen neuen Temperaturrekord für sogenannte Quadrupol-Ionenfallen erreicht, in denen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Von „Coopetition“ bis „Digitale Union“ – Die Fertigungsindustrien im digitalen Wandel

02.12.2016 | Veranstaltungen

Experten diskutieren Perspektiven schrumpfender Regionen

01.12.2016 | Veranstaltungen

Die Perspektiven der Genom-Editierung in der Landwirtschaft

01.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Parkinson-Krankheit und Dystonien: DFG-Forschergruppe eingerichtet

02.12.2016 | Förderungen Preise

Smart Data Transformation – Surfing the Big Wave

02.12.2016 | Studien Analysen

Nach der Befruchtung übernimmt die Eizelle die Führungsrolle

02.12.2016 | Biowissenschaften Chemie