Neue Studie bringt Licht in die Photosynthese
Eine Forschergruppe aus den Niederlanden, dem Vereinigten Königreich sowie den USA hat herausgefunden, wie die einzelnen Bestandteile der Photosynthese innerhalb einer Zellmembran zusammenpassen. Dabei stellte sich heraus, dass dieser Prozess sehr viel komplexer ist als bisher angenommen. Bei der Photosynthese handelt es sich um die Reaktion, die es Pflanzen und Bakterien ermöglicht, Sonnenlicht aufzunehmen und in chemische Energie umzuwandeln, indem Kohlendioxid und Wasser in Kohlehydrate und Sauerstoff umgewandelt werden. "Die Photosynthese stellt die wichtigste chemische Reaktion auf der Erde dar, und es ist faszinierend, zum ersten Mal erkennen zu können, wie die Natur das Problem der Aufnahme und Nutzung von Sonnenenergie löst", erklärte Projektteilnehmer Professor Neil Hunter von der britischen Universität Sheffield. Obgleich Wissenschaftler schon einige Zeit die einzelnen an der Photosynthese beteiligten Bestandteile sowie ihre Struktur kennen, konnte nun erstmalig herausgefunden werden, wie sich diese zusammenfügen und als System funktionieren. Professor Hunter erklärte, dass das Projektteam ein Rasterkraftmikroskop eingesetzt hat, das die Form einzelner Moleküle "ertastet" und anschließend in ein Bild umwandelt. Auf diese Weise wird das System innerhalb einer einzelnen Zellmembran bildhaft dargestellt. "Wir haben entdeckt, wie die Natur Licht für die Photosynthese sammelt", so Hunter. "Wir wussten bereits, dass während der Photosynthese Licht über eine aus zwei Lichtsammelkomplexen [LH] - LH1 und LH2 - bestehende Antenne gesammelt und anschließend an ein Reaktionszentrum weitergeleitet wird, wo es in chemische Energie umgewandelt wird. Für uns waren dies jedoch nur Puzzleteile, die noch zu einem Bild zusammengesetzt werden mussten", erklärte Professor Hunter. Im Rahmen des Forschungsprojekts wurde gezeigt, wie Gruppen von LH2-Komplexen Licht aufnehmen und dann untereinander weiterleiten, bis das Licht auf einen LH2-Komplex trifft, der einen der größeren LH1-Komplexe berührt. Die Energie zirkuliert anschließend um den LH1-Komplex oder wandert zu einem weiteren LH1, bis sie zum Reaktionszentrum gelangt. "Wir konnten herausfinden, dass die LH2-Komplexe eine antennenähnliche Form besitzen. Bei wenig Licht kooperieren sie, indem sie sich zusammenschließen, um das begrenzt zur Verfügung stehende Licht bestmöglich zu nutzen", erklärte Professor Hunter. Die LH1-Komplexe sind jeweils mit einem eigenen Reaktionszentrum verbunden. Das Team glaubt, dass ein LH1-Komplex, der Licht aufnimmt, während sein Reaktionszentrum "beschäftigt" ist, die Energie so lange an benachbarte LH1-Komplexe weiterleitet, bis ein nicht besetztes Reaktionszentrum gefunden ist. "Wir hoffen, dass wir diese spezielle Theorie weiter untersuchen können. Der Zweck beider Systeme wäre jedoch die Maximierung der Effizienz der Photosynthese. Der Prozess der Sammlung von Lichtenergie besitzt eine Effizienz von über 95 Prozent, was schier unglaublich ist", erklärte Professor Hunter. Professor Hunter ist der Ansicht, dass diese neuen Erkenntnisse nicht nur das Verständnis der Photosynthese verbessern, sondern auch Folgen für die Molekularwissenschaft haben werden: "Durch die Betrachtung der Welt auf der Ebene einzelner Moleküle haben Wissenschaftler die Gelegenheit, neue Kenntnisse über eine unglaubliche Zahl biologischer Systeme und Prozesse zu gewinnen."
Länder
Niederlande, Vereinigtes Königreich, Vereinigte Staaten