Komplexe Abl?ufe bei der Photosynthese mithilfe neuartiger elektronenmikroskopischer Verfahren entschlüsselt
Einem Team von Wissenschaftler*innen der Humboldt-Universit?t zu Berlin (HU), der schwedischen Universit?ten Ume? und Uppsala sowie der Universit?t Potsdam ist es gelungen, atomare Strukturen, die dem Prozess der Photosynthese zugrunde liegen, mithilfe der Kryo-Elektronenmikroskopie in einer noch nie dagewesenen Aufl?sung auf Nanometer-Ebene darzustellen. Speziell hat das Team für die Studie, die in der renommierten Fachzeitschrift Science erschienen ist, die unter dem Namen Photosystem II bekannte Proteinstruktur untersucht, in der der erste Schritt der Photosynthese abl?uft: Licht wird absorbiert und als Energiequelle verwendet, um die Aufspaltung von Wassermolekülen in Sauerstoff, Protonen und Elektronen voranzutreiben.
Entscheidender Schritt für das Verst?ndnis der Photosynthese
Die hochaufl?sende Darstellung erm?glicht neue Einsichten in die Wechselwirkungen von Wasserstoffen innerhalb des Photosystems II, die entscheidend sind für die durch Lichtenergie angetriebene Reaktion. Damit hat das Team unter der Leitung von Dr. Rana Hussein und Prof. Dr. Athina Zouni vom Institut für Biologie der HU, Prof. Dr. Wolfgang Schr?der von der Universit?t Ume? und Prof. Dr. Johannes Messinger von der Universit?t Uppsala das Verst?ndnis der komplexen Prozesse der Photosynthese einen bedeutenden Schritt vorangebracht.
?Durch den Einsatz der Kryo-Elektronenmikroskopie k?nnen wir nun die Positionen der Wasserstoffe im Photosystem II beobachten“, sagt Prof. Dr. Athina Zouni. ?Dieser detaillierte Einblick ist entscheidend für das Verst?ndnis des Prozesses, mit dem sauerstoffproduzierende Organismen Lichtenergie in chemische Energie umwandeln - ein Prozess, der für das Leben auf der Erde grundlegend ist.“
Prof. Dr. Holger Dobbek erl?utert die wichtigsten Ergebnisse der Studie: ?Wir zeigen mit der Kryo-Elektronenmikroskopie das Photosystem II mit besserer Aufl?sung. Damit konnten wir Wasserstoffe in mehreren Aminos?ureresten in den Reaktionszentren nachweisen, was neue 金贝棋牌 über die Weitergabe von Elektronen und Protonen im Photosystem II liefert. Unsere Forschung offenbart die Abfolge der Ereignisse, die zur zweiten Protonierung eines mobilen Plastochinon B führen. Damit wird unser Verst?ndnis der Elektronentransportkette in der Photosynthese tiefgreifend erneuert.“
Forschungsansatz weist weit über das Forschungsgebiet der Photosynthese hinaus
Dr. Rana Hussein erkl?rt: ?Der innovative Ansatz, der in dieser Studie zur Bestimmung der Positionen von Protonen und Wasserstoffe verwendet wurde, ist für das Verst?ndnis des Photosystems II von essenzieller Bedeutung und hat ein breites Anwendungsspektrum. Er kann zur Untersuchung verschiedener Proteine eingesetzt werden, um deren Mechanismen im Hinblick auf Wasserstoffe aufzudecken. Dies erm?glicht Durchbrüche in verschiedenen Bereichen der biologischen und chemischen Forschung. Die in dieser Studie angewendete Kryo-EM-Methode weist damit weit über das Forschungsgebiet der Photosynthese hinaus.“
Bei der Kryo-Elektronenmikroskopie werden Proteinkomplexe innerhalb von Sekundenbruchteilen auf sehr niedrige Temperaturen von bis zu -260 °C heruntergekühlt. Diese Schockgefrierung verhindert die Bildung von Eiskristallen, so dass Moleküle in ihrer natürlichen Form erhalten bleiben. Die Sichtbarmachung der Wasserstoffe k?nnte in Zukunft zum Verst?ndnis weiterer grundlegender biochemischer Reaktionen beitragen. Dazu z?hlen beispielsweise Enzymmechanismen, Protein-Ligand-Wechselwirkungen oder die Dynamik von Membranproteinen.
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Dr. Rana Hussein
Institut für Biologie der Humboldt-Universit?t zu Berlin?