Die Photosynthese ist die Basis allen Lebens auf der Erde. Einen sehr viel besseren Einblick in die Strukturen, die diese Umwandlung des Sonnenlichts in chemische Energie bewirken, haben jetzt Forscher gewonnen und in der Zeitschrift Nature publiziert.
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 (1 Angström = zehn hoch minus zehn Meter) von Professor Wolfram Saenger am Institut für Chemie und Biochemie der Freien Universität Berlin gemeinsam mit Kollegen vom Max-Volmer-Laboratorium der TU Berlin in der renommierten Fachzeitschrift „Nature“ publiziert.
Neue Einblicke in Molekülkomplex
Die neuen Daten eröffnen wesentlich detailliertere Einblicke in den großen Protein-Cofaktor- Komplex. In großer Klarheit zeigen sich nun die dreidimensionalen Strukturen von je zwanzig Protein-Untereinheiten, 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.
