Struktur und Funktion von Fotosyntheseprotein im Detail aufgeklärt

Neues aus der Forschung

Meldung vom 21.12.2018

Ein internationales Forscherteam hat die Struktur und Funktionsweise des fotosynthetischen Komplex I aufgeklärt. Der Membranproteinkomplex spielt eine wichtige Rolle in der dynamischen Anpassung von Elektronentransportprozessen bei der Fotosynthese. Die Kooperationspartner des Max-Planck-Instituts für Biochemie, der Osaka University und der Ruhr-Universität Bochum berichten über die Arbeiten zusammen mit Kolleginnen und Kollegen weiterer Einrichtungen in der Zeitschrift „Science“, online veröffentlicht am 20. Dezember 2018.


181226-1429_medium.jpg
 
Jacqueline Thiemann und Marc Nowaczyk interessieren sich für Proteinkomplexe in Cyanobakterien, die sie an der Ruhr-Universität in großen Tanks halten.
Jan. M. Schuller et al.
Structural adaptations of photosynthetic complex I enable ferredoxin-dependent electron transfer
Science, 2018
DOI: 10.1126/science.aau3613


„Die Ergebnisse schließen eine der letzten großen Wissenslücken im Verständnis der fotosynthetischen Elektronentransportwege“, sagt der Privatdozent Dr. Marc Nowaczyk, der die Bochumer Projektgruppe „Cyanobacterial Membrane Protein Complexes“ leitet.

Biologische Stromkreise

Komplex I ist in fast allen lebenden Organismen zu finden. In Pflanzenzellen kommt er in zwei Varianten vor: einmal im Mitochondrium, dem Kraftwerk der Zelle, und einmal im Chloroplasten als Bestandteil der fotosynthetischen Maschinerie. In beiden Fällen ist er Teil einer Elektronentransportkette, die als biologische Variante eines elektrischen Stromkreises betrachtet werden kann. Diese biologischen Stromkreise treiben die molekularen Maschinen der Zelle an, die letztendlich dafür verantwortlich sind, Energie umzuwandeln und zu speichern. Die Struktur und Funktion des mitochondrialen Komplex I als Komponente der Zellatmung (Respiration) ist bereits gut untersucht, während der fotosynthetische Komplex I bislang wenig erforscht war.

Fotosynthese kurzgeschlossen

Mittels Kryoelektronenmikroskopie klärten die Forscherinnen und Forscher erstmals die molekulare Struktur einer fotosynthetischen Komplex-I-Variante auf. Sie zeigten, dass diese wesentliche Unterschiede zur respiratorischen Variante aufweist. Insbesondere der für den Elektronentransport verantwortliche Teil besitzt einen anderen Aufbau, da die Struktur für den zyklischen Elektronentransport in der Fotosynthese optimiert ist.

Durch diesen molekularen Kurzschluss werden Elektronen zurück in die fotosynthetische Elektronentransportkette eingespeist, anstatt gespeichert zu werden. „Wie das genau erfolgt und welche anderen Faktoren daran beteiligt sind, war bisher nicht zweifelsfrei geklärt“, erläutert Marc Nowaczyk. Das Forschungsteam bildete den Vorgang im Reagenzglas nach und zeigte, dass das Protein Ferredoxin dabei eine zentrale Rolle spielt. Mit spektroskopischen Methoden wiesen die Wissenschaftler außerdem nach, dass der Elektronentransfer von Ferredoxin auf Komplex I höchst effizient abläuft.



Molekulare Angel

Im nächsten Schritt analysierte die Gruppe, welche Strukturelemente auf molekularer Ebene für diese effiziente Interaktion verantwortlich sind. Dabei konnten sie zeigen, dass Komplex I einen besonders flexiblen Teil in seiner Struktur besitzt, der Ferredoxin wie eine Angel einfängt. Dadurch gelangt Ferredoxin in die optimale Bindeposition für die Elektronenübergabe.

„Somit konnten wir die Struktur mit der Funktion des fotosynthetischen Komplex I zusammenbringen und einen detaillierten Einblick in die molekularen Grundlagen der Elektronentransportvorgänge erhalten“, resümiert Marc Nowaczyk. „In Zukunft wollen wir auf dieser Basis künstliche Elektronentransportketten erschaffen, die neue Anwendungen im Bereich der Synthetischen Biologie ermöglichen sollen.“


Diese Newsmeldung wurde erstellt mit Materialien von idw-online


News der letzten 7 Tage

www.biologie-seite.de 16 Meldungen

Meldung vom 21.05.2019

Neue Studie zeigt: Tropische Korallen spiegeln die Ozeanversauerung wider

Das Kalkskelett tropischer Korallen weist bereits Veränderungen in der chemischen Zusammensetzung auf, die au ...

Meldung vom 21.05.2019

Namenlose Fliegen

Unsere heimischen Fliegen und Mücken zählen mit knapp 10.000 bekannten Arten zu einer der vielfältigsten In ...

Meldung vom 20.05.2019

Bonobo Mütter verhelfen ihren Söhnen zu mehr Nachwuchs

Bei vielen sozialen Tierarten teilen sich Individuen die Aufgaben der Kindererziehung, doch neue Forschungserg ...

Meldung vom 20.05.2019

Auf die Größe kommt es an

Ökologe der Universität Jena und des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) ent ...

Meldung vom 20.05.2019

3D-Technologie ermöglicht Blick in die Vergangenheit

Studie identifiziert Fischarten anhand vier Millionen Jahre alter Karpfenzähne ‒ Modell zur Evolution der B ...

Meldung vom 20.05.2019

Auswirkungen von Klimaveränderungen auf die genetische Vielfalt einer Art

Über das Genom des Alpenmurmeltiers.

Meldung vom 17.05.2019

Ernst Haeckel: Vordenker hochmoderner Disziplinen

Wissenschaftshistoriker der Universität Jena erklären Ernst Haeckels Ökologie-Definition.

Meldung vom 17.05.2019

Echoortung von Fledermäusen - Exzellente Navigation mit wenig Information

LMU-Forscher widerlegen bisherige Annahmen über die Echoortung: Fledermäuse haben deutlich weniger räumlich ...

Meldung vom 17.05.2019

Neues Petersilien-Virus von Braunschweiger Forschern entdeckt space

Neues Petersilien-Virus kommt im Raum Braunschweig und anderen Teilen Deutschlands vor.

Meldung vom 16.05.2019

Bettgenosse gesucht: Wer war der erste Wirt der Bettwanzen

Ein internationales Team von Wissenschaftlern unter der kooperativen Leitung des TUD Biologen Prof. Klaus Rein ...

Meldung vom 15.05.2019

Schimpansen graben mit Werkzeugen nach Futter

Forschungsteam filmt im Zoo erstmals, wie die Menschenaffen vorgehen, um an vergrabene Leckereien zu kommen.

Meldung vom 15.05.2019

Übersatte Bakterien machen den Menschen krank

SFB 1182-Forschungsteam schlägt in einer neuen Hypothese vor, dass Entzündungskrankheiten durch ein Nahrungs ...

Meldung vom 15.05.2019

Große Fragen zur Rolle mikroskopischen Lebens für unsere Zukunft

Wie Mikroorganismen die dynamische Entwicklung unserer Erde beeinflussen.

Meldung vom 15.05.2019

Wälder tragen weniger zum Klimaschutz bei als vermutet

Eine Studie mit Beteiligung der Eidg. Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft WSL könnte ein Dämp ...

Meldung vom 15.05.2019

Ausgezirpt - Drastischer Biomasseverlust bei Zikaden in Deutschland

In der April- Ausgabe der vom Bundesamt für Naturschutz herausgegebenen Zeitschrift „Natur und Landschaft ...

Meldung vom 14.05.2019

Relaisstation im Gehirn steuert unsere Bewegungen

Die Relaisstation des Gehirns, die Substantia nigra, beherbergt verschiedene Arten von Nervenzellen und ist f ...


03.05.2019
Eine Frage der Zeit
24.04.2019
Kraftwerk ohne DNA

06.03.2019
Bindung mit Folgen
16.01.2019
Plötzlich gealtert

19.12.2018
Baum der Schrecken
07.11.2018
Plastik im Fisch
28.09.2018
Gestresste Pflanzen

13.08.2018
Wie Vögel lernen

15.06.2018
Primaten in Gefahr
24.05.2018
Störche im Aufwind
26.12.2018
Kenne Deinen Fisch!
26.12.2018
Leben ohne Altern
26.12.2018
Lebensraum Käse
26.12.2018
Domino im Urwald
26.12.2018
Trend-Hobby Imker
26.12.2018
Wie Bienen riechen

Newsletter

Neues aus der Forschung