Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Sonnenschutz für Blaualgen: Wie sich Cyanobakterien vor zu viel Licht schützen

18.10.2010
RUB-Forscher beobachten Anpassung an Umweltbedingungen auf Proteinebene

Es mag widersprüchlich klingen, dass sich ein photosynthetischer Organismus vor Licht schützen muss, aber zu viel des Guten bleibt nicht ohne schädliche Folgen. Cyanobakterien (Blaualgen) haben verschiedene Strategien, mit denen sie sich vor zu viel Licht schützen.

Die molekularen Grundlagen eines dieser Schutzmechanismen haben Bochumer Biologen mit modernsten massenspektrometrischen Verfahren untersucht. Sie konnten beobachten, dass das Bakterium bei zu viel Licht eine „Stress“-Kopie eines wichtigen Proteins herstellt, das an der Photosynthese beteiligt ist.

Es erlaubt ihm, mehr Licht in harmlose Wärmestrahlung umzuwandeln. Lässt der Lichtstress nach, wird wieder das normale Protein hergestellt. Die Forscher berichten im Journal of Biological Chemistry.

Extrem anpassungsfähig

Cyanobakterien – ehemals Blaualgen genannt – sind so anpassungsfähig, dass sie von der Arktis über die Wüste bis hin zu heißen Quellen vorkommen. Marine Cyanobakterien sind ein wichtiger Klimafaktor, da sie erheblich zur globalen CO2-Fixierung beitragen. Als photosynthetische Bakterien können sie Licht in Energie umwandeln. Grundlage dafür ist die photosynthetische Elektronentransportkette.

Aktive Komponenten sind große Membranproteinkomplexe, die das Licht einfangen und für den Transport von Elektronen nutzen. Einer dieser Komplexe – das Photosystem 2 – katalysiert eine in der Natur einzigartige Reaktion: die Photolyse von Wasser. Als Nebenprodukt der Photolyse wird Sauerstoff freigesetzt, der die Grundlage für alles tierische Leben auf der Erde darstellt. „Somit waren es die Cyanobakterien, die vor ca. 3,5 Milliarden Jahren für eine sauerstoffhaltige Atmosphäre sorgten und damit letztendlich auch den Lebensraum des Menschen schufen“, unterstreicht Dr. Marc Nowaczyk.

Warum zu viel Licht schädlich ist

Auch wenn Cyanobakterien – wie alle photosynthetischen Organismen – Licht als Energiequelle für ihren Stoffwechsel nutzen, ist zu viel Licht schädlich. Insbesondere schwankende Lichtintensitäten führen zu einem Ungleichgewicht innerhalb der Elektronentransportkette und gegenüber nachgeschalteten Reaktionen. Das kann bewirken, dass Elektronen nicht schnell genug abgeführt werden können, was Rückreaktionen begünstigt. Besonders das Photosystem 2 ist als erster Komplex in der Kette von diesem Prozess betroffen: Es werden vermehrt Sauerstoffradikale gebildet, die extrem schädlich für die Zelle sind.

Trick der Cyanobakterien zur Vorbeugung

Das Photosystem 2 besitzt einen äußert effizienten und einzigartigen Reparaturmechanismus, der Gegenstand aktueller Forschung ist. „Hauptschädigungsort im Komplex ist das zentrale D1-Protein, das selektiv abgebaut und kontinuierlich durch eine neue Kopie ersetzt wird“, erklärt Dr. Nowaczyk. „Dieser Reparaturzyklus sorgt dafür, dass der photosynthetische Elektronentransport trotz Lichtstress aufrecht erhalten werden kann.“ Cyanobakterien haben darüber hinaus eine Strategie entwickelt, die schon vor einer Schädigung des Proteins ansetzt: Sie besitzen eine Genfamilie, die verschiedene D1-Proteine kodiert. Bereits in früheren Studien konnte durch Genexpressionsanalysen gezeigt werden, dass eine dieser Kopien nur unter Lichtstress gebildet wird. „Durch modernste massenspektrometrische Verfahren konnten wir diesen Effekt nun erstmals auch direkt auf Proteinebene nachvollziehen und durch Studien an D1-Mutanten Einblicke in die molekularen Grundlagen des Schutzmechanismus gewinnen“, so Dr. Nowaczyk.

Die alternative „Stress“-Kopie des D1-Proteins bewirkt, dass der Komplex insgesamt einen größeren Anteil des empfangenen Lichts in harmlose Wärmestrahlung umwandeln kann. Somit wird auf Kosten der Effizienz einer Schädigung vorgebeugt. Ändern sich die Lichtbedingungen erneut, wird wieder die „normale“ D1-Kopie gebildet und der Komplex nutzt das eingestrahlte Licht wieder äußerst effizient für die Photosynthese. „Gerade diese molekulare Variabilität ist die Grundlage für die erfolgreiche Besiedelung verschiedenster Lebensräume mit unterschiedlichsten Lebensbedingungen“, folgern die Forscher.

Titelaufnahme

Julia Sander, Marc Nowaczyk, Joachim Buchta, Holger Dau, Imre Vass, Zsuzsanna Deak, Marta Dorogi, Masako Iwai, and Matthias Rögner: Functional Characterization and Quantification of the Alternative PsbA Copies in Thermosynechococcus elongates and Their Role in Photoprotection. In: The Journal of Biological Chemistry, Vol. 285, Issue 39, 29851-29856, DOI 10.1074/jbc.M110.127142

Weitere Informationen

Dr. Marc Nowaczyk, Lehrstuhl für Biochemie der Pflanzen (Prof. Dr. Matthias Rögner), Ruhr-Universität, 44780 Bochum, Tel. 0234/32-24549, E-Mail: Marc.M.Nowaczyk@rub.de

Redaktion: Meike Drießen

Dr. Josef König | idw
Weitere Informationen:
http://www.ruhr-uni-bochum.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Designerviren stacheln Immunabwehr gegen Krebszellen an
26.05.2017 | Universität Basel

nachricht Wachstumsmechanismus der Pilze entschlüsselt
26.05.2017 | Karlsruher Institut für Technologie

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: Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

Staphylococcus aureus ist aufgrund häufiger Resistenzen gegenüber vielen Antibiotika ein gefürchteter Erreger (MRSA) insbesondere bei Krankenhaus-Infektionen. Forscher des Paul-Ehrlich-Instituts haben immunologische Prozesse identifiziert, die eine erfolgreiche körpereigene, gegen den Erreger gerichtete Abwehr verhindern. Die Forscher konnten zeigen, dass sich durch Übertragung von Protein oder Boten-RNA (mRNA, messenger RNA) des Erregers auf Immunzellen die Immunantwort in Richtung einer aktiven Erregerabwehr verschieben lässt. Dies könnte für die Entwicklung eines wirksamen Impfstoffs bedeutsam sein. Darüber berichtet PLOS Pathogens in seiner Online-Ausgabe vom 25.05.2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) ist ein Bakterium, das bei weit über der Hälfte der Erwachsenen Haut und Schleimhäute besiedelt und dabei normalerweise keine...

Im Focus: Can the immune system be boosted against Staphylococcus aureus by delivery of messenger RNA?

Staphylococcus aureus is a feared pathogen (MRSA, multi-resistant S. aureus) due to frequent resistances against many antibiotics, especially in hospital infections. Researchers at the Paul-Ehrlich-Institut have identified immunological processes that prevent a successful immune response directed against the pathogenic agent. The delivery of bacterial proteins with RNA adjuvant or messenger RNA (mRNA) into immune cells allows the re-direction of the immune response towards an active defense against S. aureus. This could be of significant importance for the development of an effective vaccine. PLOS Pathogens has published these research results online on 25 May 2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) is a bacterium that colonizes by far more than half of the skin and the mucosa of adults, usually without causing infections....

Im Focus: Orientierungslauf im Mikrokosmos

Physiker der Universität Würzburg können auf Knopfdruck einzelne Lichtteilchen erzeugen, die einander ähneln wie ein Ei dem anderen. Zwei neue Studien zeigen nun, welches Potenzial diese Methode hat.

Der Quantencomputer beflügelt seit Jahrzehnten die Phantasie der Wissenschaftler: Er beruht auf grundlegend anderen Phänomenen als ein herkömmlicher Rechner....

Im Focus: A quantum walk of photons

Physicists from the University of Würzburg are capable of generating identical looking single light particles at the push of a button. Two new studies now demonstrate the potential this method holds.

The quantum computer has fuelled the imagination of scientists for decades: It is based on fundamentally different phenomena than a conventional computer....

Im Focus: Tumult im trägen Elektronen-Dasein

Ein internationales Team von Physikern hat erstmals das Streuverhalten von Elektronen in einem nichtleitenden Material direkt beobachtet. Ihre Erkenntnisse könnten der Strahlungsmedizin zu Gute kommen.

Elektronen in nichtleitenden Materialien könnte man Trägheit nachsagen. In der Regel bleiben sie an ihren Plätzen, tief im Inneren eines solchen Atomverbunds....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Meeresschutz im Fokus: Das IASS auf der UN-Ozean-Konferenz in New York vom 5.-9. Juni

24.05.2017 | Veranstaltungen

Diabetes Kongress in Hamburg beginnt heute: Rund 6000 Teilnehmer werden erwartet

24.05.2017 | Veranstaltungen

Wissensbuffet: „All you can eat – and learn”

24.05.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

DFG fördert 15 neue Sonderforschungsbereiche (SFB)

26.05.2017 | Förderungen Preise

Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

26.05.2017 | Biowissenschaften Chemie

Unglaublich formbar: Lesen lernen krempelt Gehirn selbst bei Erwachsenen tiefgreifend um

26.05.2017 | Gesellschaftswissenschaften