Forscher klären Struktur des Mangankomplexes im Photosystem II Blick ins Innere des Photosynthese-Kraftwerks gelungen - scinexx | Das Wissensmagazin
Anzeige
Anzeige

Forscher klären Struktur des Mangankomplexes im Photosystem II

Blick ins Innere des Photosynthese-Kraftwerks gelungen

Das eher unscheinbare Gebilde aus einigen Mangan- und Sauerstoffatomen sowie einem Kalziumatom hat es in sich. Es ist der Katalysator für eine der wichtigsten Reaktionen der Photosynthese: die Sauerstoff und chemische Energie liefernde Spaltung von Wassermolekülen mithilfe des Sonnenlichts. Die Funktion des Mangankomplexes ist schon seit Längerem bekannt, die Details der einzelnen Abläufe waren es bisher noch nicht. Jetzt sind Wissenschaftler dabei einen Schritt weiter gekommen. Denn einem internationalen Wissenschaftlerteam ist es gelungen, die räumliche Anordnung und den genauen Abstand der Atome abzubilden.

{1l}

Ort des Geschehens ist das Photosystem II, das Kraftwerk der Photosynthese. Zu finden ist es im Inneren aller Lebewesen, die Lichtenergie zum Aufbau organischer Substanzen nutzen: in Cyanobakterien, in Grünalgen und in Pflanzen, millionenfach in so genannten Thylakoidmembranen aufgereiht. In seinem "Antennenbereich" sitzt Licht aufnehmendes Chlorophyll und in seinem Reaktionszentrum der Mangan-Katalysator. Damit wird es zum wirkungsvollsten biologischen Energieumwandlungssystem – Energieausbeute fast 100 Prozent. Zum Vergleich: Moderne Photozellen erreichen nicht einmal 20 Prozent.

Kein Wunder, dass Forscher weltweit intensiv daran arbeiten, die Struktur und Funktion des Mangankomplexes aufzuklären. Schon jetzt liegen 18 Strukturmodelle von verschiedenen Arbeitsgruppen vor. Bislang scheiterten die Wissenschaftler jedoch an der Methode. Das isolierte Photosystem II wurde in einer Flüssigkeit oder als Paste mit Röntgenstrahlen belichtet. Weil dabei die Moleküle sich bewegen oder nicht geordnet vorliegen, konnten zwar Atomabstände gemessen werden, die räumliche Gestalt blieb aber bislang nicht eindeutig bestimmbar.

Tief gekühlt und bestrahlt

Nun gingen Professor Wolfram Saenger von Institut für Kristallographie der Freien Universität Berlin und seine Mitarbeiter, gemeinsam mit Kollegen um Athina Zouni vom Max-Volmer-Institut für biophysikalische Chemie der Technischen Universität Berlin (TU) und amerikanischen Wissenschaftlern neue Wege. Am Max-Volmer-Institut wurden Kristalle des Photosystems II aus Cyanobakterien hergestellt, die am Stanford Synchrotron Radiation Laboratory in Kalifornien auf minus 260 Grad Celsius gekühlt und polarisiertem Röntgenlicht ausgesetzt wurden.

Anzeige

Die streng geordnete Lage der Atome in den Kristallen, tiefe Temperatur und die Bestrahlungsmethode sorgten dafür, dass wesentlich genauere Messungen möglich waren, so die Forscher im Wissenschaftsmagazin "Science". Jetzt können die Abstände zwischen zwei Manganatomen und, viel wichtiger, deren räumliche Orientierung exakt bestimmt werden.

Saenger und seine Kollegen am Institut für Kristallographie haben die Stanford-Ergebnisse ausgewertet und dann Schritt für Schritt mit den vorhandenen Strukturmodellen verglichen, um die beste Übereinstimmung herauszuholen. Saenger ist sich sicher, mit dem gefundenen neuen Modell ganz nah am natürlichen Vorbild zu sein. In einem nächsten Schritt will er nun mit größeren Kristallen und Neutronenstrahlen die ganze Wahrheit über den Mangankomplex und das Photosystem II herausfinden.

(idw – Freie Universität Berlin, 15.02.2007 – DLO)

Anzeige

In den Schlagzeilen

Diaschauen zum Thema

keine Diaschauen verknüpft

Dossiers zum Thema

Phytohormone - Überlebenswichtige Botenstoffe im Pflanzenreich

Tabak - Vom Geschenk der Götter zum Umweltkiller

News des Tages

Schwarzes Loch mit Jet

Milchstraße: Hat unser Schwarzes Loch einen Jet?

Grundwasser: Schwund trifft unsere Ururenkel

Forscher manipulieren Vererbung bei Mäusen

Bücher zum Thema

Welt der Elemente - von Hans-Jürgen Quadbeck- Seeger

Die Welt hinter den Dingen - von Ludwig Schultz und Hermann- Friedrich Wagner

Messel - Ein Pompeji der Paläontologie von Wighart von Koenigswald und Gerhard Storch

Top-Clicks der Woche

Anzeige
Anzeige