Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Ohne Eisen-Schwefel-Cluster geht nichts

21.10.2015

Forscher der Universität Bonn haben ein Protein identifiziert, das einen zentralen Schritt in den Zellkraftwerken der Pflanzen vermittelt. Die Studie wirft Licht auf einen uralten Mechanismus, der Grundlage allen Lebens auf der Erde ist. Neben Agrarwissenschaftlern der Universität Bonn waren auch Forscher aus Marburg, Düsseldorf und Nancy (Frankreich) beteiligt. Die Arbeit ist nun in der renommierten Zeitschrift PNAS erschienen.

Bei einem Brand bilden die Nachbarn eine Kette und reichen den Wassereimer von Hand zu Hand bis zum Brandherd. Ähnliche Ketten gibt es in den Zellen auch. Statt Wasser werden in ihnen Elektronen weitergereicht.


Oben: Geöffnete Schote einer Glutaredoxin S15- Arabidopsis-Mutante. Die weißen Samen sterben ab. Unten: Zwei Samenanlagen mit sich entwickelndem Embryo (links: Wildtyp; rechts: Mutante).

© Darstellung: AG Meyer/Uni Bonn


Arabidopsis-Keimlinge: Wildtyp Kontrolle (links); Mutanten mit partiell defekter Genkopie (rechts). Der Defekt im Eisen-Schwefel-Cluster-Transfer bedingt ein stark verzögertes Wachstum.

© Darstellung: AG Meyer/Uni Bonn

Die einzelnen Kettenglieder bestehen aus Proteinen. Um Elektronen an das nächste Glied übergeben zu können, benötigen sie einen mineralischen Komplex aus Eisen und Schwefel, der dem Katzengold Pyrit ähnelt. Dieser Komplex kann kurzzeitig mit Elektronen „befüllt“ werden; diesen Vorgang bezeichnet man als Reduktion. Er kann diese Elektronen aber auch wieder abgeben; Chemiker nennen das Oxidation.

Derartige Redoxketten wurden schon sehr früh im Laufe der Evolution erfunden. Es gibt sie in allen Lebewesen, egal ob in Pflanzen, Tieren oder Bakterien. Sie finden sich vor allem dort, wo Energie umgesetzt wird. Wenn wir etwa zur Energiegewinnung Zucker zu Wasser und Kohlendioxid „verbrennen“ (= oxidieren), werden dabei Elektronen übertragen. Bei der Fotosynthese läuft dieser Vorgang in Gegenrichtung ab.

Weitgehend ungeklärt war bislang, wie die Proteine mit dem Eisen-Schwefel-Komplex versehen werden, den sie zur Weitergabe der Elektronen benötigen. Das Forscherteam aus Bonn, Marburg, Düsseldorf und Nancy hat nun ein Protein identifiziert, das vermutlich diesen Transferschritt vermittelt. Fündig wurden sie in bestimmten Zellbestandteilen der Ackerschmalwand Arabidopsis thaliana, den so genannten Mitochondrien. Mitochondrien gelten als „Kraftwerke“ der Zelle: In ihnen finden verschiedene metabolische Prozesse zur Oxidation von Nährstoffen und damit letztlich zur Energiegewinnung statt, unter anderem der so genannte Zitratzyklus.

Tödliche Mutation

Damit diese Abläufe im Kraftwerk funktionieren, braucht die Pflanze augenscheinlich ein Protein namens Glutaredoxin S15. „Wir konnten zeigen, dass die Ackerschmalwand ohne Glutaredoxin S15 nicht lebensfähig ist“, erklärt Prof. Dr. Andreas J. Meyer vom Institut für Nutzpflanzenwissenschaften und Ressourcenschutz der Uni Bonn. „Um zu untersuchen, warum die Pflanze stirbt, haben wir das defekte Glutaredoxin S15 durch eine Kopie mit verminderter Aktivität ersetzt. Dabei entstanden Pflanzen, in denen wesentliche Komponenten des Zitratzyklus nicht funktionierten.“

Möglicherweise bringt Glutaredoxin S15 die Eisen-Schwefel-Cluster zu den Zielproteinen, die sie als Katalysator benötigen. Ein solcher Zusammenhang wurde schon lange vermutet; ein Beweis dafür stand aber noch aus. „Unsere Ergebnisse untermauern die Bedeutung des Glutaredoxin S15 bei diesem Prozess“, erklärt Anna Moseler, Doktorandin in der Arbeitsgruppe von Prof. Meyer.

Eisen-Schwefel-Cluster haben eine grundlegende Bedeutung für die gesamte Bioenergetik. Die an der Modellpflanze Ackerschmalwand gewonnenen Erkenntnisse sind daher auch für Nutzpflanzen enorm wichtig. Darüber hinaus tragen die Ergebnisse zu einem besseren Verständnis des Mineralstoffhaushalts in Pflanzen bei. Glutaredoxine sind zudem anfällig für stressbedingte oxidative Veränderungen. Daher könnten die Erkenntnisse langfristig auch dabei helfen, Pflanzen mit verbesserter Stresstoleranz zu züchten. „Das wäre ein wichtiger Schritt auf dem Weg zu Nutzpflanzen-Sorten, die in der Lage sind, sich bei widrigen Bedingungen selbst zu helfen, und so zur Sicherung der Nahrungsmittelversorgung beitragen“, betont Meyer.

Publikation: Anna Moseler, Isabel Aller, Stephan Wagner, Thomas Nietzel, Jonathan Przybyla-Toscano, Ulrich Mühlenhoff, Roland Lill, Carsten Berndt, Nicolas Rouhier, Markus Schwarzländer, and Andreas J. Meyer: The mitochondrial monothiol glutaredoxin S15 is essential for iron-sulfur protein maturation in Arabidopsis thaliana; PNAS Early Edition; DOI: 10.1073/pnas.1510835112

Kontakt für die Medien:

Prof. Dr. Andreas Meyer
Institut für Nutzpflanzenwissenschaften und Ressourcenschutz
Universität Bonn
Tel. 0228/73-60331 oder -60353
E-Mail: andreas.meyer@uni-bonn.de

Johannes Seiler | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.uni-bonn.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Systeme stabil halten
21.06.2019 | Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich)

nachricht Krebsbekämpfung: Struktur von wichtigem Transport-Protein entschlüsselt
21.06.2019 | Universität Bern

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: Fraunhofer IDMT zeigt akustische Qualitätskontrolle auf der Fachmesse für Messtechnik »Sensor + Test 2019«

Das Ilmenauer Fraunhofer-Institut für Digitale Medientechnologie IDMT präsentiert vom 25. bis 27. Juni 2019 am Gemeinschaftsstand der Fraunhofer-Gesellschaft (Stand 5-248) seine neue Lösung zur berührungslosen, akustischen Qualitätskontrolle von Werkstücken und Bauteilen. Da die Prüfung zerstörungsfrei funktioniert, kann teurer Prüfschrott vermieden werden. Das Prüfverfahren wird derzeit gemeinsam mit verschiedenen Industriepartnern im praktischen Einsatz erfolgreich getestet und hat das Technology Readiness Level (TRL) 6 erreicht.

Maschinenausfälle, Fertigungsfehler und teuren Prüfschrott reduzieren

Im Focus: Fraunhofer IDMT demonstrates its method for acoustic quality inspection at »Sensor+Test 2019« in Nürnberg

From June 25th to 27th 2019, the Fraunhofer Institute for Digital Media Technology IDMT in Ilmenau (Germany) will be presenting a new solution for acoustic quality inspection allowing contact-free, non-destructive testing of manufactured parts and components. The method which has reached Technology Readiness Level 6 already, is currently being successfully tested in practical use together with a number of industrial partners.

Reducing machine downtime, manufacturing defects, and excessive scrap

Im Focus: Erfolgreiche Praxiserprobung: Bidirektionale Sensorik optimiert das Laserauftragschweißen

Die Qualität generativ gefertigter Bauteile steht und fällt nicht nur mit dem Fertigungsverfahren, sondern auch mit der Inline-Prozessregelung. Die Prozessregelung sorgt für einen sicheren Beschichtungsprozess, denn Abweichungen von der Soll-Geometrie werden sofort erkannt. Wie gut das mit einer bidirektionalen Sensorik bereits beim Laserauftragschweißen im Zusammenspiel mit einer kommerziellen Optik gelingt, demonstriert das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT auf der LASER World of PHOTONICS 2019 auf dem Messestand A2.431.

Das Fraunhofer ILT entwickelt optische Sensorik seit rund 10 Jahren gezielt für die Fertigungsmesstechnik. Dabei hat sich insbesondere die Sensorik mit der...

Im Focus: Successfully Tested in Praxis: Bidirectional Sensor Technology Optimizes Laser Material Deposition

The quality of additively manufactured components depends not only on the manufacturing process, but also on the inline process control. The process control ensures a reliable coating process because it detects deviations from the target geometry immediately. At LASER World of PHOTONICS 2019, the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT will be demonstrating how well bi-directional sensor technology can already be used for Laser Material Deposition (LMD) in combination with commercial optics at booth A2.431.

Fraunhofer ILT has been developing optical sensor technology specifically for production measurement technology for around 10 years. In particular, its »bd-1«...

Im Focus: Additive Fertigung zur Herstellung von Triebwerkskomponenten für die Luftfahrt

Globalisierung und Klimawandel sind zwei der großen Herausforderungen für die Luftfahrt. Der »European Flightpath 2050 – Europe’s Vision for Aviation« der Europäischen Kommission für Forschung und Innovation sieht für Europa eine Vorreiterrolle bei der Vereinbarkeit einer angemessenen Mobilität der Fluggäste, Sicherheit und Umweltschutz vor. Dazu müssen sich Design, Fertigung und Systemintegration weiterentwickeln. Einen vielversprechenden Ansatz bietet eine wissenschaftliche Kooperation in Aachen.

Das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT und der Lehrstuhl für Digital Additive Production DAP der RWTH Aachen entwickeln zurzeit eine...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Plastik: Mehr Kreislauf gegen die Krise gefordert

21.06.2019 | Veranstaltungen

Rittal und Innovo Cloud sind auf Supercomputing-Konferenz in Frankfurt vertreten

18.06.2019 | Veranstaltungen

Teilautonome Roboter für die Dekontamination - den Stand der Forschung bei Live-Vorführungen am 25.6. erleben

18.06.2019 | Veranstaltungen

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

Laserlicht spürt Tumore auf: Jenaer Forscher präsentieren neuartiges Gerät zur operationsbegleitenden Krebsdiagnose

21.06.2019 | Medizintechnik

Künstliche Intelligenz lernt Nervenzellen am Aussehen zu erkennen

21.06.2019 | Informationstechnologie

Neue Erkenntnisse zur Fortbewegung von Spins

21.06.2019 | Physik Astronomie

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