Tag: NADPH

 

Es gibt nur wenige biologische Konzepte, die als so gesichert gelten, dass sie seit Jahrzehnten nahezu unverändert in jedem Lehrbuch stehen. Eines davon lautet: Für die sauerstoffbildende Photosynthese werden zwingend zwei Photosysteme benötigt.

Forscher der Ludwig-Maximilians-Universität München zeigen jedoch, dass dieses grundlegende Prinzip offenbar nicht universell gilt. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Natur deutlich flexibler ist, als wir bislang angenommen haben“, sagte Studienleiter Dario Leister, Professor für Molekularbiologie.

Die Photosynthese versorgt die Erdatmosphäre mit Sauerstoff und bildet die Grundlage nahezu aller Nahrungsketten. Pflanzen, Algen und Cyanobakterien wandeln Sonnenlicht in chemische Energie um.

Nach dem bisherigen Verständnis gelingt dies nur durch das Zusammenspiel zweier großer Proteinkomplexe: Photosystem II und Photosystem I. Das Photosystem II ist für den ersten Schritt der Lichtreaktion verantwortlich, während Photosystem I unter anderem das Koenzym „NADPH“ bildet. Dieses Prinzip gehört seit mehr als 50 Jahren zum Grundwissen der Biologie. Durch Zufall entdeckten die Gruppe von Prof. Leister jedoch einen alternativen Photosyntheseweg.

„Eigentlich wollten wir etwas völlig anderes erreichen“, sagt Leister. So war ihr ursprüngliches Ziel, ein pflanzliches Photosystem I in das Cyanobakterium „Synechocystis“ einzubauen. „Dass daraus Organismen entstehen würden, die ohne Photosystem I wachsen, Kohlendioxid fixieren und Sauerstoff produzieren können, war vollkommen unerwartet“, erklärt Leister weiter.

Letztlich zeigte sich, dass die neuen Cyanobakterienstämme trotz des fehlenden Elements eine vollständige sauerstoffbildende Photosynthese betrieben. Damit widerlegen sie die bislang geltende Annahme, dass Photosystem I für die Bildung von NADPH unverzichtbar ist.

Das Team konnte außerdem einen Mechanismus identifizieren, mit dem die Bakterien das fehlende Photosystem kompensieren. Schlüssel dazu war eine grundlegende Umorganisation, die die Herstellung von NADPH in umgekehrter Richtung ermöglichte. Biologen schrieben diese Funktion bislang ausschließlich Photosystem I zu.

Laut den Forschern verändere diese Entdeckung das Verständnis der Photosynthese grundlegend und zeige, dass selbst einer der am besten untersuchten Prozesse der Biologie noch grundlegende Überraschungen bereithalte. Langfristig könnten die Ergebnisse zudem neue Ansätze für die Entwicklung effizienterer photosynthetischer Systeme und biotechnologischer Anwendungen ermöglichen.

„Unsere Arbeit erinnert daran, dass selbst scheinbar unumstößliche Lehrbuchkonzepte durch neue experimentelle Befunde infrage gestellt werden können. Genau das macht Grundlagenforschung so spannend“, sagt Leister.