Regulator-Enzyme der Photosynthese entdeckt

Jena/Köln/Düsseldorf (pte/20.10.2005/13:55) – Deutsche Wissenschaftler
sind den Geheimnissen der Photosynthese einen Schritt näher gekommen:
Sie haben zwei wichtige Enzyme, so genannte Kinasen identifiziert, die
essenziell dafür sind, dass Pflanzen das Licht effektiv ausnutzen. Die
Ergebnisse sind in der aktuellen Ausgabe des Wissenschaftsmagazins
Nature http://www.nature.com veröffentlicht worden. An der
Forschungsarbeit waren Experten des Kölner Max-Planck-Instituts für
Züchtungsforschung, der Ludwig-Maximilians-Universität München sowie
der Universität Düsseldorf und der Friedrich-Schiller-Universität Jena
http://www.uni-jena.de beteiligt.

Für die Pflanzen ist das Sonnenlicht von großer Bedeutung, denn aus
diesem beziehen sie die Energie für die Reaktion, bei der sie aus dem
Kohlendioxid der Luft und Wasser eigene langkettige Zuckerverbindungen
wie etwa Stärke oder Zellulose aufbauen. Seit längerem ist bekannt,
dass die an der Photosynthese beteiligten Lichtsammelproteine der
Pflanzen auch dabei helfen, auf veränderte Lichtverhältnisse zu
reagieren. Nun haben die Forscher jene Kinasen identifiziert, die
sowohl für kurz- als auch für langzeitige Anpassungsreaktionen
essenziell sind.

"Die Photosynthese findet in einer hoch spezialisierten und von der
übrigen Zelle räumlich getrennten Minifabrik, den grünen Chloroplasten
statt", so der Pflanzenphysiologe Thomas Pfannschmidt von der
Universität Jena, der an der Forschung beteiligt war. "Die Energie des
Sonnenlichts wird dabei in zwei aufeinanderfolgenden Schritten mit
Hilfe der Photosysteme I und II in chemisch nutzbare Energie
umgewandelt." Dazu ist eine gleichmäßige Lichtanregung beider Systeme
notwendig. Die Wissenschaftler haben entdeckt, dass die beiden Kinasen
namens STN7 und STN8 dabei eine entscheidende Rolle spielen. Bei
schnellen Lichtveränderungen regulieren sie die Verteilung der
eingefangenen Lichtenergie zwischen den beiden Photosystemen, indem sie
die Lichtsammelproteine zwischen ihnen verschieben. Bei länger
anhaltenden Veränderungen der Lichtverhältnisse wird dagegen der
gesamte Maschinenpark der Photosynthese umgebaut. "Bei beiden
Anpassungsreaktionen geht es letztlich darum, das eingefangene
Sonnenlicht möglichst effizient zu nutzen", führt Pfannschmidt aus.

Experimente mit Pflanzenmutanten, denen die Kinase STN7 fehlt, haben
ergeben, dass diese die Langzeitanpassungsreaktion nicht mehr
durchführen können. Die Forscher nehmen an, dass das Signal zum Aufbau
zusätzlicher Photosysteme in der Schaltzentrale nicht ankommt. Die
Wissenschaftler wollen nun herausfinden, wie die Nachricht von den
veränderten Lichtverhältnissen bis zur DNA gelangt, wo die genetische
Information, und damit die Baupläne für die beiden Photosysteme lagern.
"Wir werden nun versuchen herauszufinden, wie die Signalweiterleitung
funktioniert. Mit den beiden Kinasen haben wir einen ersten
Angriffspunkt, um nach weiteren Reaktionspartnern zu suchen", berichtet
der Wissenschaftler.