Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

NATURE: RUB-Forscher berichten über Einblicke in die Evolution

16.08.2001



Ein Beispiel für die erstaunliche Flexibilität von photosynthetischen Proteinkomplexen haben Forscher der Arbeitsgruppe von Dr. Jochen Kruip (Lehrstuhl für Biochemie der Pflanzen, Prof. Dr. Matthias Rögner) in Zusammenarbeit mit Forschern der Universitäten Bielefeld und Groningen (NL) gefunden. Sie konnten erstmals die molekulare Funktion des Proteinkomplexes IsiA nachweisen, den Blaugrüne Algen bei Eisenmangel bilden: Mit seiner Hilfe passen sich die Organismen den veränderten Lebensbedingungen an, indem sie ihre Antennen vergrößern, so dass sie mehr Sonnenlicht zur Photosynthese einfangen können. NATURE berichtet in der Ausgabe vom 16. August 2001 über den spektakulären Fund.


Ob einfach oder hochentwickelt: Photosyntheseprinzip ist immer ähnlich
Bei der Photosynthese wandeln Organismen Lichtenergie in chemische Energie um. Sie verwenden dabei die Energie des Sonnenlichtes zur Synthese von Kohlenhydraten aus dem Kohlendioxid (CO2) der Luft. Dieser Prozess läuft - unabhängig von der Entwicklungsstufe des Organismus - immer nach einem ähnlichen Prinzip ab. Zur Untersuchung der Photosynthese eignen sich besonders einfache Organismen wie Cyanobakterien (Blaugrüne Alge). Cyanobakterien sind eine sehr alte Organismengruppe, die auch heute noch einen großen Anteil der jährlich produzierten Biomasse ausmacht. Im Laufe der Erdentwicklung haben sie den Sauerstoff produziert, der uns unser Leben ermöglicht.

Antennen fangen das Licht ein
Um Energie aus Sonnenlicht zu gewinnen, absorbiert die Alge das Licht mit bestimmten Antennenpigmenten. Von den Pigmenten wird das Licht dann zu den Reaktionszentren von zwei Proteinkomplexen, den Photosystemen I und II (PS I und PS II) geleitet. Cyanobakterien haben neben Chlorophyllmolekülen, die an die Photosysteme gebunden sind, auch so genannte Phycobilisomen, die als äußere Antennenkomplexe für die Bereitstellung von Lichtenergie verantwortlich sind.

Neuer Proteinkomplex bei Eisenstress
Das Wachstum der Cyanobakterien ist in ihren natürlichen Lebensräumen - Süß- und Meerwasser - häufig durch eine geringe Eisenkonzentration begrenzt. Bei Eisenmangel werden jedoch Phycobilisomen, die normalen Antennenproteine, abgebaut. Als Reaktion bilden die Algen neue Proteine, die es ihnen erlauben, weiter zu wachsen. Mengenmäßig am stärksten entsteht das IsiA-Protein, dessen molekulare Funktion die Biologen nun erstmals aufklären konnten. Sie verglichen die Zusammensetzung des weitverzweigten inneren Membransystems der Zelle, der Thykaloidmembran, in der sich die Photosystem-Komplexe befinden, unter normalen Wachstumsbedingungen und unter Eisenstress. Unter Eisenstress fanden sie in der Zelle weniger PS I, das normalerweise dominiert. Dafür tauchte jedoch ein neuer Membranprotein-Komplex auf, den die Bochumer Forscher bis zur Homogenität aufreinigten. Biochemische Untersuchungen zeigten, dass der neue Komplex zum einen alle PS I-Untereinheiten enthält, zum anderen aber noch zusätzliche Bestandteile aufweist.

60 Prozent größere Antennen
Mit Hilfe von Dr. Markus Piotrowski (Lehrstuhl für Pflanzenphysiologie, Prof. Dr. Elmar Weiler) konnten die Wissenschaftler das unbekannte Protein als IsiA Protein identifizieren. Die molekulare Masse des Gesamtkomplexes war mit 1700 kDa (Kilodalton) weit größer als die von PS I (900 kDa). Elektronenmikroskopische Untersuchungen an der Universität Groningen (NL, Dr. Egbert Boekema) brachten schließlich die Lösung: Der Komplex bestand aus trimerem PS I, das von einem Ring aus 18 IsiA-Molekülen umgeben ist. Diese Moleküle haben zusätzliche Chlorophylle gebunden. Die PS I-Antenne vergrößerte sich dadurch um 60 Prozent - die Alge kann so mehr Licht einfangen und den Eisenmangel kompensieren.

Einsichten in die Evolution
Mit der Beschreibung dieses neuen Proteinkomplexes haben die Forscher ein Beispiel für die hohe Flexibilität von photosynthetischen Proteinkomplexen gefunden. Ihre Erkenntnisse können außerdem helfen, durch genauere Daten über den CO2-Verbrauch in den Ozeanen bessere Klimamodelle zu berechnen. Auf lange Sicht könnten sie auch in die Planung schonender, biologischer Energiegewinnungsanlagen eingehen.

Titelaufnahme
Boekema, E.J., Hifney, A., Yakushevska, A.E., Piotrowski, M., Keegstra, W., Berry, S., Michel, K.-P., Pistorius, E.K. & Kruip, J.: A giant chlorophyll-protein complex induced by iron-deficiency in cyanobacteria. Nature, Nr. 412, S. 745-748,16.08.2001

Weitere Informationen
Dr. Jochen Kruip, Dr. Stefan Berry,
Fakultät für Biologie der Ruhr-Universität Bochum, 44780 Bochum,
Tel. 0234/32-25814,
Fax: 0234/32-14322,
E-Mail: jochen.kruip@ruhr-uni-bochum.de

Dr. Josef König | idw

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Katalysatoren - Fluktuationen machen den Weg frei
15.02.2019 | Ludwig-Maximilians-Universität München

nachricht Leipziger Forscher entwickeln neue Methode zur Entschlüsselung chemischer Reaktionen
15.02.2019 | 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: Grüne Spintronik: Mit Spannung Superferromagnetismus erzeugen

Ein HZB-Team hat zusammen mit internationalen Partnern an der Lichtquelle BESSY II ein neues Phänomen in Eisen-Nanokörnern auf einem ferroelektrischen Substrat beobachtet: Die magnetischen Momente der Eisenkörner richten sich superferromagnetisch aus, sobald eine elektrische Spannung anliegt. Der Effekt funktioniert bei Raumtemperatur und könnte zu neuen Materialien für IT-Bauelemente und Datenspeicher führen, die weniger Energie verbrauchen.

In heutigen Datenspeichern müssen magnetische Domänen mit Hilfe eines externen Magnetfeld umgeschaltet werden, welches durch elektrischen Strom erzeugt wird....

Im Focus: Regensburger Physiker beobachten, wie es sich Elektronen gemütlich machen

Und können dadurch mit ihrer neu entwickelten Mikroskopiemethode Orbitale einzelner Moleküle in verschiedenen Ladungszuständen abbilden. Die internationale Forschergruppe der Universität Regensburg berichtet über ihre Ergebnisse unter dem Titel “Mapping orbital changes upon electron transfer with tunnelling microscopy on insulators” in der weltweit angesehenen Fachzeitschrift ,,Nature‘‘.

Sie sind die Grundbausteine der uns umgebenden Materie - Atome und Moleküle. Die Eigenschaften der Materie sind oftmals jedoch nicht durch diese Bausteine...

Im Focus: Regensburg physicists watch electron transfer in a single molecule

For the first time, an international team of scientists based in Regensburg, Germany, has recorded the orbitals of single molecules in different charge states in a novel type of microscopy. The research findings are published under the title “Mapping orbital changes upon electron transfer with tunneling microscopy on insulators” in the prestigious journal “Nature”.

The building blocks of matter surrounding us are atoms and molecules. The properties of that matter, however, are often not set by these building blocks...

Im Focus: Universität Konstanz gewinnt neue Erkenntnisse über die Entwicklung des Immunsystems

Wissenschaftler der Universität Konstanz identifizieren Wettstreit zwischen menschlichem Immunsystem und bakteriellen Krankheitserregern

Zellbiologen der Universität Konstanz publizieren in der Fachzeitschrift „Current Biology“ neue Erkenntnisse über die rasante evolutionäre Anpassung des...

Im Focus: University of Konstanz gains new insights into the recent development of the human immune system

Scientists at the University of Konstanz identify fierce competition between the human immune system and bacterial pathogens

Cell biologists from the University of Konstanz shed light on a recent evolutionary process in the human immune system and publish their findings in the...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Internationale Konferenz zum Thema Desinformation in Online-Medien

15.02.2019 | Veranstaltungen

FfE-Energietage 2019 - Die Energiewelt heute und morgen vom 1. bis 4. April 2019 in München

15.02.2019 | Veranstaltungen

Deutscher Fachkongress für kommunales Energiemanagement: Fokus Energie – Architektur – BauKultur

13.02.2019 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Katalysatoren - Fluktuationen machen den Weg frei

15.02.2019 | Biowissenschaften Chemie

Berührungsgeschützt, kompakt, einfach: Rittal erweitert Board-Technologie

15.02.2019 | Energie und Elektrotechnik

Wie kann digitales Lernen gelingen? Lern-Prototypen werden auf der didacta vorgestellt

15.02.2019 | Bildung Wissenschaft

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics