Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     Siemens  n-tv 
Datenbankrecherche:

Fachgebiet (optional):

 

Das Geheimnis des häufigsten Proteins der Erde

15.12.2001

Anzeige


Eine Forschergruppe um Dr. Jürgen Schlitter und Prof. Dr. Günter F. Wildner (beide Fakultät für Biologie) hat mit der "Time-Window-Hypothese" eine Lösung vorgeschlagen, die zeigt, wie raffiniert Evolution vorgeht.

Täglich nehmen wir Rubisco auf. Kann das gesund sein? Ja, und für Vegetarier ist es sogar die Hauptproteinquelle. Nur dieses Protein aus Organismen, die Photosynthese betreiben, kann das ausgeatmete CO2 (Kohlendioxid) wieder in die Nahrungskette einschleusen. RUB-Forscher haben jetzt eine Hypothese entwickelt, wie sich Rubisco im Laufe der Evolution verändert hat. Bisherige Experimente, in denen der Reaktionsort untersucht wurde, blieben ergebnislos. Eine Forschergruppe um Dr. Jürgen Schlitter und Prof. Dr. Günter F. Wildner (beide Fakultät für Biologie) hat jetzt mit der "Time-Window-Hypothese" eine Lösung vorgeschlagen, die zeigt, wie raffiniert Evolution vorgeht: Nicht der Reaktionsort selbst hat sich verändert, sondern ein Mechanismus, der die Reaktionszeit bestimmt.

Rubisco sorgt für Stärke und Energie

Rubisco überträgt aufgenommenes CO2 auf ein Zuckermolekül (Ribulose-1,5-bisphosphat = RuBP). Dabei hilft Energie aus der Photosynthese. Am Ende mehrerer Reaktionswege steht die Produktion von Stärke, aus der Pflanzenfresser ihre Energie beziehen. Weil Rubisco (Ribulose-1,5-bisphosphat-Carboxylase) diese wichtige Aufgabe erfüllt, können Pflanzenblätter bis zu 50% daraus bestehen. Damit ist es das häufigste Protein der Erde.

O2 steht vor verschlossenen Türen

Als Rubisco sich vor dreieinhalb Milliarden entwickelte, bestand die Atmosphäre zu einem großen Teil aus CO2; reinen Sauerstoff (O2) gab es nicht. Daher spielte es keine Rolle, dass Rubisco relativ unspezifisch arbeitet und theoretisch auch O2 oder SO2 (Schwefeldioxid) an RuBP bindet. Dies wurde problematisch, als sich die Photosynthese entwickelte. Sauerstoff gelangte in die Luft, in der Rubisco-Reaktion war es jedoch unerwünscht. Das Enzym wurde in Zellstrukturen eingeschlossen, in die fast nur CO2 eindringen konnte. Der Konkurrent O2 stand vor verschlossenen Türen. Dieser Mechanismus reichte jedoch nicht mehr aus, als Landpflanzen aufkamen und sich ausgedehnte Farnwälder und Blütenpflanzen entwickelten: Der CO2-Anteil der Luft sank weiter, Rubisco musste sich anpassen. Da die Reaktion mit O2 sich offenbar nicht unterdrücken ließ, wurde die Spezifität für CO2 erhöht.

Was die Forscher vermuten

Forschergruppen versuchten nun, Evolution nachzuspielen: Sie veränderten wenig spezifisches Bakterien-Rubisco im Reaktionsort, um Rubisco zu verbessern. Als dies erfolglos blieb, hatten die Bochumer Forscher die entscheidende Idee: Ein "Deckel", Teil des Proteins, verschließt während der Reaktion den Reaktionsort. Die Forscher wussten außerdem, dass Rubisco mit CO2 wesentlich schneller reagiert als mit O2. Daher begannen sie, sich für die Dynamik der Deckelbewegung zu interessieren. Ihnen fiel auf, dass O2 nur eine Chance zur Reaktion hat, wenn der Deckel das Enzym lange genug verschließt. Bei kurzer Verschlusszeit reicht das Zeitfenster nur für die Reaktion mit CO2. Daraus entstand die Time-Window-Hypothese: Die Spezifität für CO2 ist umso größer, je kürzer der Deckel das Enzym verschließt. Bei der Ursachenforschung für die unterschiedlich langen Verschlusszeiten fanden sie eine simple Lösung: Bei spezifischen Rubisco-Typen wird der Deckel an nur einer Stelle mit dem Protein verknüpft, so dass der Deckel schnell wieder aufspringt und nur CO2 genug Zeit zur Reaktion hat. Bei unspezifischen Rubisco-Typen gibt es zwei solcher Verschlussstellen, so dass auch O2 genug Zeit bleibt.

... und was sie beweisen können

Um die Arbeitshypothese zu bestätigen, wollen die Bochumer Forscher am Deckel eine fluoreszierende Molekülgruppe befestigen. Die Intensität des abgestrahlten Lichts hängt davon ab, ob der Deckel geschlossen oder geöffnet wird. So können die Wissenschaftler mit mikro-videographischen Techniken Rubisco direkt bei der Arbeit beobachten. In einem parallelen Ansatz simuliert ein Computer die Vorgänge bei der Reaktion und kann so wertvolle Hinweise für die Laborarbeit geben.

RUBIN 2/2001 erschienen

Den vollständigen Beitrag lesen Sie in RUBIN 2/2001, wo Sie auch folgende Themen finden: Magnetes Geheimnis; Vom Fremdkörper zum biologisch aktiven Implantat; "Kurz eingenickt" - die Folgen für Mensch und Gesellschaft; "Eigenlob stinkt, Herr Schröder"; Kunstsprache optimiert: Weil der Zweck die Sprache formt; In der Rubrik "Forschung für den Transfer": Keep it simple: Kosmak und iLiros, in der Rubrik "Studieren und forschen": Gold und Silber scheibchenweise. RUBIN ist in der Pressestelle der RUB für 5 DM erhältlich.

Weitere Informationen

PD Dr. Jürgen Schlitter, Fakultät für Biologie der Ruhr-Universität Bochum, Lehrstuhl für Biophysik, Tel. 0234/32-25753, Fax: 0234/32-14626, E-Mail: juergen@bph.ruhr-uni-bochum.de

Prof. Dr. Günter Wildner, Fakultät für Biologie der Ruhr-Universität Bochum, Lehrstuhl für Biochemie der Pflanzen, Tel. 0234/32-24496, Fax: 32-14322, E-Mail: guenter.wildner@ruhr-uni-bochum.de

Dr. Josef König | Quelle: Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen: www.ruhr-uni-bochum.de/rubin

Weitere Berichte zu: Protein

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Anti-Angst-Hormon Oxytocin wird gezielt an seine Wirkorte im Gehirn transportiert
08.02.2012 | Max-Planck-Institut für medizinische Forschung

nachricht Obstacles No Barrier to Higher Speeds for Worms
08.02.2012 | New York University

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: Anti-Angst-Hormon Oxytocin wird gezielt an seine Wirkorte im Gehirn transportiert


Wissenschaftler beobachten, wie Oxytocin zentrale Schaltstellen im Gehirn erreicht und das Verhalten beeinflusst

Kuschelhormon, Treuehormon, Angstlöser – häufig gebrauchte Schlagwörter für das Neuropeptid Oxytocin, das sich in den letzten Jahren als ein Stoff erwiesen hat, der unser Verhalten in zentralen Regionen des Gehirns positiv beeinflussen kann. Was jedoch bisher völlig unklar war: Wie gelangt dieser Botenstoff aus dem Hypothalamus in die Hirnbereiche, die ...

Im Focus: Datenspeicher mit Lachs-DNA und Nano-Silber


Ein neuartiger Biopolymer-Film aus Lachs-DNA mit Silber-Nanopartikeln speichert Informationen kostengünstig und umweltverträglich.

Entstanden ist das organische System in fächer- und länderübergreifender Zusammenarbeit von Wissenschaftlern des DFG-Centers for Functional Nanostructures (CFN) am KIT und des Institute of Photonics Technologies an der National Tsing Hua University in Taiwan. Der DNA-Datenspeicher eignet sich unter anderem für biotechnische Anwendungen, etwa als Bauteil in Biosensoren.

Das System ...

Im Focus: VLT liefert detailreichstes Infrarotbild des Carinanebels


Bildveröffentlichung der Europäischen Südsternwarte (Garching) - Mit dem Very Large Telescope (VLT) der ESO haben das bislang detailreichste Infrarotbild der Sternkinderstube des Carinanebels aufgenommen. Es zeigt vor dem spektakulären Hintergrund einer himmlischen Landschaft auf Gas, Staub und jungen Sterne zahlreiche nie gesehene Details und zählt zu den atemberaubendsten VLT-Bildern überhaupt.

Im Herzen der südlichen Milchstraße, im Sternbild Carina (Der Schiffskiel, [1]), befindet sich in einer Entfernung von etwa 7500 Lichtjahren die Sternkinderstube des Carinanebels. Diese ausgedehnte Wolke aus leuchtendem Gas und Staub ist von der Erde aus gesehen eine der nächstgelegenen Geburtsstätten massereicher Sterne.

Der Nebel beinhaltet einige der hellsten und ...

Im Focus: Automatisch Lücken im Funkspektrum erkennen


Auf der embedded world identifizieren Wissenschaftler der Fraunhofer ESK Lücken im Funkspektrum, um diese für zusätzliche Übertragungen zu nutzen.

Der in Halle 5, Stand 5-228, vorgestellte Prototyp zeigt das Funkspektrum in einem 3D-Spektrogramm, markiert die prognostizierten Lücken und prüft deren Eintreffen. Diese Methode, Cognitive Radio, verbessert die Übertragungsqualität in einem bereits vollen Funkspektrum ohne aufwändiges, statisches Koexistenzmanagement. Ziel ist eine höhere Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit von Funk für die Automatisierung.
...

Im Focus: Bronze-Matrjoschka: hocheffiziente Katalysatoren und Nanoröhrchen mit ungewöhnlicher Symmetrie


Eine Puppe in der Puppe und noch eine drumherum – so erklärt Thomas Fässler seine Moleküle: Er packt ein Atom in einem Käfig in noch ein weiteres Atomgerüst.

Mit ihrer großen Oberfläche könnten solche Strukturen als hocheffiziente Katalysatoren dienen. Wie bei dem russischen Holzspielzeug sitzt ganz innen drin ein einzelnes kleines Zinnatom, eingepackt in eine Hülle aus zwölf Kupferatomen, und diese ist nochmals umgeben von weiteren 20 Zinnatomen.

In der Arbeitsgruppe von Professor Fässler am Institut für Anorganische ...

Alle Focus-News des innovations-reports >>>

Anzeige

B2B Suche
Produkt / Dienstleistung
Firma / Organisation

Anzeige

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

Zwerggalaxie hat großen Hunger

08.02.2012 | Physik Astronomie

Anti-Angst-Hormon Oxytocin wird gezielt an seine Wirkorte im Gehirn transportiert

08.02.2012 | Biowissenschaften Chemie

Obstacles No Barrier to Higher Speeds for Worms

08.02.2012 | Biowissenschaften Chemie

VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Veranstaltungen

»Jede Sekunde zählt« Erster Internationaler Kongress zu Rettungsdienstsystemen in Neu Delhi

08.02.2012 | Veranstaltungsnachrichten

Bauwerke gebrauchstauglich halten

08.02.2012 | Veranstaltungsnachrichten

Wissenschaft im Dialog-Veranstaltungen im Wissenschaftsjahr 2012

08.02.2012 | Veranstaltungsnachrichten

FindAndHelp