Mithilfe von Sonnenlicht können Pflanzen, Algen und bestimmte Bakterien Kohlenhydrate aufbauen. Eingefangen wird das Licht durch molekulare „Sonnenkollektoren“, die Photosysteme I und II. Forscher haben nun ein Protein entdeckt, das für den Zusammenbau des Photosystems II der Pflanzen wichtig ist, aber auch in Photosynthese betreibenden Cyanobakterien vorkommt – wenn auch in unterschiedlicher Funktion.
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„Besonders interessant ist, dass das Protein PAM68 im fertigen Photosystem II gar nicht selbst auftaucht“, sagt der Biologe Professor Dario Leister von der Universität München. Langfristig könnte der Fund dazu beitragen, die Photosynthese von Kulturpflanzen zu optimieren und Photosysteme künstlich zu erzeugen, etwa für neuartige Solarzellen, berichtet die Fachzeitschrift „Plant Cell“ online.
Photosynthese Grundlage allen Lebens
Die Photosynthese ist die Grundlage allen Lebens auf der Erde, weil sie Sauerstoff und energiereiche Verbindungen produziert, die andere Organismen wie der Mensch benötigen. Die Energie für diesen Prozess stammt aus dem Sonnenlicht, das Pflanzen, Algen und Photosynthese betreibende Cyanobakterien mit Hilfe von Photosystemen – eine Art molekulare Sonnenkollektoren – absorbieren.
„Alle diese Organismen verfügen über zwei verschiedene Photosysteme, die jeweils Licht einer bestimmten Wellenlänge besonders effektiv einsammeln können“, sagt Leister.
Lichtabsorbierende Chlorophylle und verschiedene Proteine
In den Photosystemen sind neben den lichtabsorbierenden Chlorophyllen verschiedene Proteine enthalten. „Der Aufbau dieser Multiproteinkomplexe erfolgt in mehreren Schritten und benötigt bestimmte Hilfsproteine“, so Leister. In der neuen Studie untersuchte das Team um den Biologen, welche dieser so genannten Assemblierungsfaktoren bei der Modellpflanze Ackerschmalwand – Arabidopsis thaliana – und dem Modell-Cyanobakterium Synechocystis von Bedeutung sind.
Dabei konnten die Forscher ein neues Protein identifizieren, das mit mehreren wichtigen Proteinen des Photosystems II in Wechselwirkung tritt und wesentlich am Zusammenbau dieses Multiproteinkomplexes beteiligt ist. „Das Protein PAM68 kommt sowohl in der Pflanze als auch bei den Cyanobakterien vor“, berichtet Leister. „Erstaunlicherweise erfüllt es dabei aber unterschiedliche Funktionen.“
Neues Eiweiß wird nicht in Multiproteinkomplex eingebaut
So ist der neu gefundene Assemblierungsfaktor zwar in allen Fällen für den Zusammenbau früher Baustufen des Photosystems II notwendig. Fehlt das Protein aber, reichern sich in der Ackerschmalwand sehr frühe Zwischenprodukte des Assemblierungsprozesses an, während diese Vorstufen in den Cyanobakterien mit erhöhter Geschwindigkeit verarbeitet werden.
Obwohl das Protein für den Aufbau des Photosystems II nötig ist, wird es selbst aber nicht in den Multiproteinkomplex eingebaut. „Hier ist einmal das Ganze weniger als die Summe seiner Teile“, so Leister.
Sonnenenergie effizienter nutzen
Darüberhinaus zeigt die Stduie Gemeinsamkeiten, aber auch Unterschiede bei der Photosynthese von Pflanzen und Cyanobakterien auf. „Langfristig könnte das bessere Verständnis der Photosysteme I und II Sonnenenergie effizienter nutzen lassen“, sagt Leister.
Denkbar ist dem Forscher zufolge unter anderem die Entwicklung künstlicher Photosysteme, etwa in Form neuartiger Solarzellen. Die Ergebnisse können aber auch zur Züchtung von Kulturpflanzen beitragen, die dank robusterer Photosysteme besser mit Lichtstress umgehen können und daher höhere Erträge erzielen. In den nächsten Studien wollen Leister und sein Team nun nach weiteren Assemblierungsfaktoren suchen und diese Proteine im Detail charakterisieren.
(idw – Universität München, 07.10.2010 – DLO)
