Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Struktur des Photosystems II bei 3 Angström aufgelöst.

15.12.2005


Wissenschaftler publizieren verfeinerte Strukturdaten des Protein-Cofaktor-Komplexes Photosystem II in "Nature" am 15.12.2005


Das jetzige Leben auf der Erde wurde nur möglich, weil vor 3,5 Milliarden Jahren Cyanobakterien mit der Photosynthese begannen, einem der wichtigsten biologischen Energie-Umwandlungsprozesse, der später von grünen Algen und höheren Pflanzen übernommen wurde. Bei der Photosynthese fängt das grüne Pigment Chlorophyll Sonnenlicht ein, dessen Energie benutzt wird, um Wasser oxidativ in lebensnotwendigen Sauerstoff zu spalten (Lichtreaktion). Die dabei freigesetzten Wasserstoff-Ionen und Elektronen wandeln in einem weiteren Schritt Kohlendioxid aus der Luft in Kohlenhydrate um (Dunkelreaktion), die Grundlage aller Nahrung sind.

Diese beiden gekoppelten Prozesse werden in der Thykaloidmembran der Zellen von zwei großen Protein-Cofaktor-Komplexen bewerkstelligt. Die Struktur des für die Sauerstoffentwicklung zuständigen Photosystems II (PS II) wurde jetzt mit einer Auflösung von drei Angström* von Prof. Dr. Wolfram Saenger am Institut für Chemie und Biochemie der Freien Universität Berlin gemeinsam mit Kollegen vom Max-Volmer-Laboratorium der TU Berlin am Donnerstag, dem 15. Dezember 2005, in der renommierten Fachzeitschrift "Nature" publiziert.


Wolfram Saenger ist Spezialist für die Röntgen-Kristallstrukturanalyse großer Biomoleküle an der Freien Universität Berlin. Seit etwa zwanzig Jahren erforscht er die Photosynthese in Zusammenarbeit mit Kollegen der Technischen Universität Berlin (früher Prof. Horst Tobias Witt, jetzt Dr. Athina Zouni). Gegenüber der erstmals 2001 von der Freien Universität Berlin und der TU veröffentlichten Struktur des PS II - damals mit einer Auflösung von 3,8 Angström - eröffnen die neuen Daten wesentlich detailliertere Einblicke in den großen Protein-Cofaktor-Komplex, der aus dem Cyanobakterium Thermosynechococcus elongatus isoliert wird und als Dimer vorliegt.

In großer Klarheit zeigen sich nun die dreidimensionalen Strukturen von je zwanzig Protein-Untereinheiten (pro Monomer), 35 Chlorophyll-a Molekülen, elf Carotinen, je zwei Pheophytinen, Plastochinonen und Haemgruppen, 14 Lipiden, je einem Bicarbonat- und Eisen(II)-Ion, drei Detergenzmolekülen und des einzigartigen, aus vier Mangan-Ionen und einem Calcium-Ion bestehenden Clusters, an dem das Wasser letztlich oxidiert wird.

Die Zuordnung der Carotine gewährt neue Einblicke in den Elektronen- und Energietransfer im Reaktionszentrum und in den Licht sammelnden Antennen-Untereinheiten. Die 14 integral-gebundenen Lipide waren bis dato nicht erkennbar. Ihre hohe Zahl und ihre Positionen sprechen dafür, dass sie eine wichtige Funktion für Flexibilität und Architektur des PS II ausüben.

Aus Position, Geometrie und Koordination der Metall-Ionen im Mangan-Calcium-Cluster erhoffen sich Physiker und Chemiker entscheidende Informationen zum Verständnis des Mechanismus der Wasseroxidation. Um Wasser zu Sauerstoff zu oxidieren, bedarf es des höchsten elektrischen Potentials, das je in einem Organismus gefunden wurde: 1,2 Volt. Je mehr Details sichtbar werden, desto klarer wird: Hinter der allgemein bekannten, scheinbar simplen chemischen Gleichung der Photosynthese verbergen sich Dutzende Einzelreaktionen, viele winzige chemische Klimmzüge, mit denen Bakterien, grüne Algen und Pflanzen diesen gewaltigen Prozess bewerkstelligen.

Athina Zouni und Jan Kern vom Max-Volmer-Laboratorium der TU Berlin präparierten, reinigten und kristallisierten den Protein-Cofaktor-Komplex des Photosystems II. Die Struktur wurde anhand von Röntgen-Beugungsdaten von Bernhard Loll, Jacek Biesiadka und Wolfram Saenger von der Freien Universität Berlin errechnet.

Die grundlegenden strukturellen Arbeiten an den Photosystemen I und II wurden zuvor im Rahmen des Sonderforschungsbereichs "Gerichtete Membranprozesse" (Sfb 312) und werden jetzt im Sonderforschungsbereich "Protein-Kofaktor-Wechselwirkungen in biologischen Prozessen" (Sfb 498) der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert. Sie dienen dem besseren Verständnis der Photosynthese und damit generell der Umwandlung von Lichtenergie in chemische oder mechanische Energie. Die detaillierte Kenntnis dieser Vorgänge ist eine notwendige Voraussetzung, um Umwelt- und Ressourcen-schonende Energieformen für die Zukunft entwickeln zu können. Dies den Algen, Bakterien und Pflanzen einmal ähnlich raffiniert nachzumachen, wird eine große Herausforderung für die Wissenschaft sein.

* 1 Angström = zehn hoch minus zehn Meter

Von Catarina Pietschmann

Nähere Informationen erteilen Ihnen gern:
- Prof. Dr. Wolfram Saenger, Institut für Chemie und Biochemie / Kristallographie der Freien Universität Berlin, Tel.: 030 / 838-53412, E-Mail: saenger@chemie.fu-berlin.de
- Dr. Athina Zouni, Max-Volmer-Laboratorium für Biophysikalische Chemie der Technischen Universität Berlin, Tel.: 030 / 314-25580 oder 314-25650, E-Mail: Zouni@phosis1.chem.tu-berlin.de

Ilka Seer | idw
Weitere Informationen:
http://www.fu-berlin.de

Weitere Berichte zu: Photosynthese Photosystem Protein-Cofaktor-Komplex

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Aus-Schalter für Nebenwirkungen
22.06.2018 | Max-Planck-Institut für Biochemie

nachricht Ein Fall von „Kiss and Tell“: Chromosomales Kissing wird fassbarer
22.06.2018 | Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft

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: Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

Noch mehr Reichweite oder noch mehr Nutzlast - das wünschen sich Fluggesellschaften für ihre Flugzeuge. Wegen ihrer hohen spezifischen Steifigkeiten und Festigkeiten kommen daher zunehmend leichte Faser-Kunststoff-Verbunde zum Einsatz. Bei Rümpfen oder Tragflächen sind permanent Innovationen in diese Richtung zu beobachten. Um dieses Innovationsfeld auch für Flugzeugräder zu erschließen, hat das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF jetzt ein neues EU-Forschungsvorhaben gestartet. Ziel ist die Entwicklung eines ersten CFK-Bugrads für einen Airbus A320. Dabei wollen die Forscher ein Leichtbaupotential von bis zu 40 Prozent aufzeigen.

Faser-Kunststoff-Verbunde sind in der Luftfahrt bei zahlreichen Bauteilen bereits das Material der Wahl. So liegt beim Airbus A380 der Anteil an...

Im Focus: IT-Sicherheit beim autonomen Fahren

FH St. Pölten entwickelt neue Methode für sicheren Informationsaustausch zwischen Fahrzeugen mittels Funkdaten

Neue technische Errungenschaften wie das Internet der Dinge oder die direkte drahtlose Kommunikation zwischen Objekten erhöhen den Bedarf an effizienter...

Im Focus: Innovative Handprothesensteuerung besteht Alltagstest

Selbstlernende Steuerung für Handprothesen entwickelt. Neues Verfahren lässt Patienten natürlichere Bewegungen gleichzeitig in zwei Achsen durchführen. Forscher der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) veröffentlichen Studie im Wissenschaftsmagazin „Science Robotics“ vom 20. Juni 2018.

Motorisierte Handprothesen sind mittlerweile Stand der Technik bei der Versorgung von Amputationen an der oberen Extremität. Bislang erlauben sie allerdings...

Im Focus: Temperaturgesteuerte Faser-Lichtquelle mit flüssigem Kern

Die moderne medizinische Bildgebung und neue spektroskopische Verfahren benötigen faserbasierte Lichtquellen, die breitbandiges Laserlicht im nahen und mittleren Infrarotbereich erzeugen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien Jena (Leibniz-IPHT) zeigen in einer aktuellen Veröffentlichung im renommierten Fachblatt Optica, dass sie die optischen Eigenschaften flüssigkeitsgefüllter Fasern und damit die Bandbreite des Laserlichts gezielt über die Umgebungstemperatur steuern können.

Das Besondere an den untersuchten Fasern ist ihr Kern. Er ist mit Kohlenstoffdisulfid gefüllt - einer flüssigen chemischen Verbindung mit hoher optischer...

Im Focus: Temperature-controlled fiber-optic light source with liquid core

In a recent publication in the renowned journal Optica, scientists of Leibniz-Institute of Photonic Technology (Leibniz IPHT) in Jena showed that they can accurately control the optical properties of liquid-core fiber lasers and therefore their spectral band width by temperature and pressure tuning.

Already last year, the researchers provided experimental proof of a new dynamic of hybrid solitons– temporally and spectrally stationary light waves resulting...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Leben im Plastikzeitalter: Wie ist ein nachhaltiger Umgang mit Plastik möglich?

21.06.2018 | Veranstaltungen

Kongress BIO-raffiniert X – Neue Wege in der Nutzung biogener Rohstoffe?

21.06.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen im August 2018

20.06.2018 | Veranstaltungen

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

Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

22.06.2018 | Materialwissenschaften

Lernen und gleichzeitig Gutes tun? Baufritz macht‘s möglich!

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

GFOS und skip Institut entwickeln gemeinsam Prototyp für Augmented Reality App für die Produktion

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

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