Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wasserstoffübertragung: Eins nach dem Anderen

15.02.2018

Schrittweiser Hydrid-Transfer bei der Biosynthese von Chlorophyll

Wasserstoffübertragungen sind wichtige Reaktionen in der Chemie, z.B. in Brennstoffzellen, sowie der Biologie, z.B. bei der Atmungskette und der Photosynthese. Oft besteht eine Teilreaktion aus dem Transfer eines Hydridions (H−). Aber läuft dieser Hydrid-Transfer in einem Schritt oder besteht auch er aus mehreren Einzelschritten? Wissenschaftler liefern in der Zeitschrift Angewandte Chemie jetzt den ersten Beleg für einen schrittweisen Hydrid-Transfer in einem biologischen System.


Schrittweiser Hydrid-Transfer bei der Biosynthese von Chlorophyll

(c) Wiley-VCH

Eine wichtige Stufe bei der Biosynthese von Chlorophyll ist die lichtabhängige Hydrogenierung von Protochlorophyllid zu Chlorophyllid. Dabei wird eine Doppelbindung des komplexen Ringsystems zwischen den Kohlenstoffatomen 17 und 18 zu einer Einfachbindung reduziert, indem beide je ein zusätzliches Wasserstoffatom binden.

Der Schritt wird vom Enzym Protochlorophyllid-Oxireduktase katalysiert und benötigt Bestrahlung mit Licht. Genau genommen werden aber nicht zwei Wasserstoffatome an die Doppelbindung addiert, sondern zunächst ein Hydridion (H–) an C17 und dann ein Proton (H+) an C18. Die erste Teilreaktion, der Hydrid-Transfer, benötigt Nicotinamid-Adenin-Dinukleotid-Phosphat (NADPH) als Co-Faktor. NADPH dient als Quelle für zwei Elektronen und ein Proton (H+) – dem Äquivalent eines Hydrid-Anions H–.

Hydrid-Transfer-Reaktionen spielen eine Schlüsselrolle in vielen biologischen Systemen. Dennoch ist ihre Mechanismus noch umstritten. Laufen die drei elementaren Schritte – Transfer eines Elektrons, eines Protons und eines weiteren Elektrons von NADPH auf das Substrat – konzertiert oder schrittweise?

Aufgrund der sehr kurzen Lebensdauer der Intermediate war ein direkter Nachweis eines schrittweisen Mechanismus bisher kaum möglich. Licht-abhängige Reaktionen, wie die Hydrogenierung bei der Chlorophyll-Biosynthese, die durch einen kurzen Laser-Puls ausgelöst werden können, waren die Lösung für dieses Problem. Mithilfe zeitaufgelöster Absorptions- und Emissions-Spektroskopie gelang den Forschern um Roger J. Kutta und Nigel S. Scrutton von der Universität Manchester (UK) eine Charakterisierung des Mechanismus dieses Hydrid-Transfers.

Neben angeregten Zuständen von Protochlorophyllid konnten sie drei diskrete Intermediate auflösen, die zu einem teilweise schrittweisen Mechanismus passen: Ein anfänglicher Elektronentransfer von NADPH auf das durch Licht angeregte Protochlorophyllid (im Singulett-Zustand) wird von einem gekoppelten Transfer eines Protons und eines Elektrons gefolgt. Der finale Schritt ist, wie erwartet, der Transfer des zweiten Protons.

Interessanterweise unterscheiden sich die Intermediate, die die Forscher für den Wild-Typ und eine mutierte Form (C226S) des Enzyms fanden: Während das initiale Hydrid beim Wildtyp an C17 bindet, wird es bei der Mutante auf C18 übertragen. Am Ende entsteht aber das identische Chlorophyllid-Stereoisomer.

Die gewonnenen Erkenntnisse vertiefen das Verständnis, wie Lichtenergie für chemische Reaktionen mit Wasserstoffübertragung genutzt werden kann, etwa in Hinblick auf das Design lichtaktivierter Katalysatoren.

Angewandte Chemie: Presseinfo 05/2018

Autor: Nigel Scrutton, Manchester Institute of Biotechnology (United Kingdom), https://www.research.manchester.ac.uk/portal/Nigel.Scrutton.html

Link zum Originalbeitrag: https://doi.org/10.1002/ange.201712729

Angewandte Chemie, Postfach 101161, 69451 Weinheim, Germany.

Weitere Informationen:

http://presse.angewandte.de

Dr. Karin J. Schmitz | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Magische kolloidale Cluster
11.12.2018 | Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg

nachricht Kupferverbindung als Recheneinheit in Quantencomputern
11.12.2018 | Friedrich-Schiller-Universität Jena

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: Neuartige Lasertechnik für chemische Sensoren in Mikrochip-Größe

Von „Frequenzkämmen“ spricht man bei speziellem Laserlicht, das sich optimal für chemische Sensoren eignet. Eine revolutionäre Technik der TU Wien erzeugt dieses Licht nun viel einfacher und robuster als bisher.

Ein gewöhnlicher Laser hat genau eine Farbe. Alle Photonen, die er abstrahlt, haben genau dieselbe Wellenlänge. Es gibt allerdings auch Laser, deren Licht...

Im Focus: Topological material switched off and on for the first time

Key advance for future topological transistors

Over the last decade, there has been much excitement about the discovery, recognised by the Nobel Prize in Physics only two years ago, that there are two types...

Im Focus: Neue Methode verpasst Mikroskop einen Auflösungsschub

Verspiegelte Objektträger ermöglichen jetzt deutlich schärfere Bilder / 20fach bessere Auflösung als ein gewöhnliches Lichtmikroskop - Zwei Forschungsteams der Universität Würzburg haben dem Hochleistungs-Lichtmikroskop einen Auflösungsschub verpasst. Dazu bedampften sie den Glasträger, auf dem das beobachtete Objekt liegt, mit maßgeschneiderten biokompatiblen Nanoschichten, die einen „Spiegeleffekt“ bewirken. Mit dieser einfachen Methode konnten sie die Bildauflösung signifikant erhöhen und einzelne Molekülkomplexe auflösen, die sich mit einem normalen Lichtmikroskop nicht abbilden lassen. Die Studie wurde in der NATURE Zeitschrift „Light: Science and Applications“ veröffentlicht.

Die Schärfe von Lichtmikroskopen ist aus physikalischen Gründen begrenzt: Strukturen, die näher beieinander liegen als 0,2 tausendstel Millimeter, verschwimmen...

Im Focus: Supercomputer ohne Abwärme

Konstanzer Physiker eröffnen die Möglichkeit, Supraleiter zur Informationsübertragung einzusetzen

Konventionell betrachtet sind Magnetismus und der widerstandsfreie Fluss elektrischen Stroms („Supraleitung“) konkurrierende Phänomene, die nicht zusammen in...

Im Focus: Drei Nervenzellen reichen, um eine Fliege zu steuern

Uns wirft so schnell nichts um. Eine Fruchtfliege kann dagegen schon ein kleiner Windstoß vom Kurs abbringen. Drei große Nervenzellen in jeder Hälfte des Fliegenhirns reichen jedoch aus, um die Fliege mit Hilfe visueller Signale wieder auf Kurs zu bringen.

Bewegen wir uns vorwärts, zieht die Umwelt in die entgegengesetzte Richtung an unseren Augen vorbei. Drehen wir uns, verschiebt sich das Bild der Umwelt im...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Januar und Februar 2019

11.12.2018 | Veranstaltungen

Eine Norm für die Reinheitsbestimmung aller Medizinprodukte

10.12.2018 | Veranstaltungen

Fachforum über intelligente Datenanalyse

10.12.2018 | Veranstaltungen

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

Neuartige Lasertechnik für chemische Sensoren in Mikrochip-Größe

11.12.2018 | Physik Astronomie

Besser Bohren – Neues Nanokomposit stabilisiert Bohrflüssigkeiten

11.12.2018 | Geowissenschaften

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Januar und Februar 2019

11.12.2018 | Veranstaltungsnachrichten

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