Biologen der Ruhr-Uni Bochum haben herausgefunden: Die ersten Picosekunden der Photosynthese laufen anders ab als bisher angenommen. Photosynthese läuft anders als gedacht ab<% image name="Photosynthese1" %><p>
<small> Die Photosynthese findet in den inneren Membranen eines Cyanobakteriums (l. oben) analog zum Prozess in allen grünen Pflanzen statt. Aus diesen Membranen (Mitte) wird das Photosystem 2, welches im Licht Wasser spalten kann, isoliert und charakterisiert (r. unten: 3D-Struktur des Proteins). </small>
<a href=http://www.bpf.ruhr-uni-bochum.de>RUB</a>-Forscher um Mathias Rögner haben die Prozesse der Photosynthese zeitlich augeflöst: Mit Messungen, die neben hochsensitiven Apparaturen große Mengen extrem reinen Proteins erfordern, in diesem Fall des Photosystems 2 (PS2). Dieses PS2 führt den zentralen Prozess der Photosynthese durch - die lichtinduzierte Wasserspaltung. Die Forscher isolierten das Protein aus Cyanobakterien, den einfachsten "Modellpflanzen" (Abb.1).
<b>Lehrbuchwissen korrigiert.</b> Dabei haben die Forscher zwei zentrale Erkenntnisse gewonnen, die den bisherigen Wissensstand fundamental korrigieren: Der erste Reaktionsschritt im Zentrum von PS2 wird von einem einzelnen Chlorophyll (ChlD1 in Abb. 2) durchgeführt, das nach bisheriger Überzeugung nicht dafür eingeplant war. Mit der aktuellen Arbeit konnte erstmals der experimentelle Beweis dafür unter physiologischen Raumtemperaturbedingungen erbracht werden (Abb.2). Dabei scheint es sich um ein Prinzip zu handeln, das die Natur auch im Photosystem 1 und bei allen höheren Pflanzen anwendet.
<b>Hohe Oxidationskraft verstehen.</b> Die Spaltung von Wasser in Sauerstoff und Protonen - die zentrale Funktion für die Speicherung von Solarenergie in der Photosynthese - erfordert die höchste Oxidationskraft, die biologischen Systemen bekannt ist. Die neuen Erkenntnisse liefern nun die molekulare Erklärung für die bisher nicht gut verstandene extrem hohe Oxidationskraft von PS2.
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<small> Im Inneren von Photosystem 2: Nach Auftreffen eines Lichtquants konnten 3 Elektronentransferschritte im unteren Picosekundenbereich unterschieden werden. Noch schneller vollzieht sich die Übertragung der Anregungsenergie von den Chlorophyllantennen im peripheren Bereich (CP43 und CP47) zum Reaktionszentrum ("Trap"). </small>
<b>Weiterleitung ist schneller als Gradientenaufbau.</b> Die zweite Erkenntnis betrifft den Prozess der Weiterleitung der Lichtanregung: Sie verläuft wesentlich rascher als die erste "chemische" Reaktion, den Aufbau eines elektrischen Gradienten über der Membran. Jedes PS2 besitzt eine große Antenne aus vielen Chlorophyllen, welche die Lichtenergie sehr effektiv einfangen und praktisch verlustfrei zu den relativ wenigen Reaktionszentren-Chlorophyllen ("Trap") weiterleiten. Für die effektive Ausnutzung der Lichtenergie ist die Beantwortung der Frage wichtig, welcher der beiden Prozesse - Weiterleitung der Lichtanregung oder Aufbau des elektrischen Gradienten - der limitierende ist. Die durchgeführten Untersuchungen zeigen eindeutig, dass die Energieübertragung von den Antennen zum Zentrum der schnellere und damit nicht der limitierende Schritt ist.
