idw – Informationsdienst Wissenschaft

Nachrichten, Termine, Experten

Grafik: idw-Logo
Medienpartner:
Wissenschaftsjahr


Teilen: 
26.09.2014 10:21

Grünes Licht für clevere Algen: RUB-Forscher untersuchen außergewöhnliche Lichtsammelproteine

Meike Drießen Dezernat Hochschulkommunikation
Ruhr-Universität Bochum

    Paper of the week: Algen kombinieren bewährte und neue Synthesewege

    Pflanzliches Plankton ist nicht nur Fundament der Nahrungskette in den Ozeanen, sondern bindet über Photosynthese auch Kohlenstoff und produziert Sauerstoff. Dafür nutzt das sogenannte Phytoplankton Sonnenergie. Einen beachtlichen Teil des Phytoplanktons machen Cryptophyten, komplexe einzellige Algen, aus. Sie haben ihre Lichterntemechanismen im Lauf der Evolution stark an ihre Umgebung angepasst und können daher zum Beispiel auch grünes Licht nutzen.

    Forscher um Prof. Dr. Nicole Frankenberg-Dinkel decken erstmals Gemeinsamkeiten und Unterschiede beim Zusammenbau der Lichterntekomplexe der Cryptophyte Guillardia theta im Vergleich zu Cyanobakterien und Rotalgen auf. Die Veröffentlichung der Ergebnisse in der Zeitschrift „Journal of Biological Chemistry“ gehört zu den zwei Prozent der Publikationen, welche zum „Paper of the week“ gewählt wurden.

    Cryptophyten: Matrjoschka-Puppe der Gewässer

    Im Gegensatz zu klassischen eukaryotischen Zellen – also allen Zellen mit Zellkern – ähneln Cryptophytenzellen einer russischen Puppe in Form einer Alge in einer Alge. Ihre Entstehung beruht auf der Aufnahme und Integration einer Rotalge in eine eukaryotische Wirtszelle. Dadurch haben Cryptophyten die Fähigkeit zur Photosynthese erworben. Wie ihre Vorfahren, die Rotalgen, nutzen Cryptophyten dabei nicht nur den grünen Farbstoff Chlorophyll zur Lichternte, sondern können durch bläulich oder rötlich gefärbte Proteine – sogenannte Phycobiliproteine – auch das durch Chlorophyll reflektierte grüne Licht als Energiequelle nutzen. Nach der Integration der Rotalge wurde das Rotalgengenom im Laufe der Zeit teilweise reduziert und mit dem Wirtszellengenom vermischt. Dabei fanden eine Reihe von Veränderungen auf genetischer, biochemischer und physiologischer Ebene statt, die eine Anpassung an neue ökologische Nischen ermöglichten. So erhielten die Algen zum Beispiel das Grundprinzip der Photosynthese aufrecht, modifizierten es aber deutlich. Dies betrifft unter anderem die Art und Weise der Lichternte und hierbei vor allem die Phycobiliproteine, die sich stark von ihren Vorfahren aus Cyanobakterien und Rotalgen unterscheiden.

    Geschützter Pigmenttransport im Fass

    In vielerlei Hinsicht ist noch nicht verstanden, wie die Lichternte von Guillardia theta funktioniert. Wissenschaftler der RUB gewannen nun erste Einblicke in die komplexe Biosynthese cryptophytischer Phycobiliproteine. „Dabei kombiniert Guillardia theta offensichtlich bewährte und neuartige Synthesewege und Enzyme“, sagt Prof. Dr. Nicole Frankenberg-Dinkel. So ähnelt die Synthese des roten, für die Lichtaufnahme verantwortlichen Pigments Phycoerythrobilin der in Cyanobakterien. Dahingegen sind an der Anknüpfung der Pigmente an das Phycobiliproteingerüst sowohl bekannte als auch neuartige Enzyme beteiligt. Eines dieser Anknüpfungsenzyme, das GtCPES, konnten die Wissenschaftler um Prof. Frankenberg-Dinkel im Detail biochemisch und strukturell charakterisieren. In Zusammenarbeit mit Dr. Raphael Gasper-Schönenbrücher aus der Arbeitsgruppe Proteinkristallographie um Prof. Dr. Eckhard Hofmann konnten sie die atomare Struktur von GtCPES aufklären. GtCPES besitzt die Form eines nur am Boden geschlossenen Fasses, in dessen Öffnung ein bestimmtes Pigment, das Phycoerythrobilin, hineinpasst. Mithilfe des Fasses wird das empfindliche Pigment vor äußeren Einflüssen geschützt zum Zielort, dem Phycobiliproteingerüst, transportiert. Die strukturellen Eigenschaften der Fassoberseite gewährleisten dabei den Transfer des Pigments in der richtigen Orientierung an eine definierte Stelle des Proteingerüsts.

    Titelaufnahme

    Overkamp, K. E., Gasper, R., Kock, K., Herrmann, C., Hofmann, E. und Frankenberg-Dinkel, N. (2014) „ Insights into the biosynthesis and assembly of cryptophycean phycobiliproteins” J Biol Chem. 289, 26691-26707, doi: 10.1074/jbc.M114.591131

    Weitere Informationen

    Prof. Dr. Nicole Frankenberg-Dinkel, AG Physiologie der Mikroorganismen, Fakultät für Biologie und Biotechnologie der Ruhr-Universität; aktuelle Adresse: Abteilung Mikrobiologie, Fachbereich Biologie der TU Kaiserslautern, 67663 Kaiserslautern, Tel.: 0631/205 2353

    Prof. Dr. Eckhard Hofmann, AG Proteinkristallographie, Fakultät für Biologie und Biotechnologie der Ruhr-Universität, 44780 Bochum, Tel. 0234/32-24463
    Dr. Kristina Overkamp, AG Physiologie der Mikroorganismen, Fakultät für Biologie und Biotechnologie der Ruhr-Universität, 44780 Bochum, Tel. 0234/32-22656, kristina.overkamp@gmx.de

    Bildzeilen

    Schematische Darstellung einer Cryptophytenzelle
    Die Abbildung zeigt schematisch die verschachtelt aufgebaute Cryptophytenzelle, in deren inneren Bereich, dem Plastidenstroma, sich das Anknüpfungsenzym GtCPES mit der Fass-ähnlichen Struktur befindet. Das Plastidenstroma ist der Arbeitsort von GtCPES, wo es für den Transport und die Anknüpfung des magentafarbenen Pigments Phycoerythrobilin an das Phycobiliproteingerüst zuständig ist.

    Kristallstruktur von GtCPES
    Die Abbildung zeigt die mittels Röntgenstrukturanalyse gelöste atomare Struktur des Proteins GtCPES in monomerer (links) und dimerer (rechts) Form. GtCPES bildet eine Fass-ähnliche Struktur aus, wobei die Unterseite des Fasses geschlossen, die Oberseite geöffnet ist. Im Innenraum des Fasses können Moleküle wie das Pigment Phycoerythrobilin gebunden und transportiert werden.


    Weitere Informationen:

    http://www.jbc.org/content/289/39.cover-expansion - Link zum Cover der aktuellen Ausgabe
    http://www.jbc.org/content/289/39/26691.full - Volltext des Papers


    Merkmale dieser Pressemitteilung:
    Journalisten
    Biologie
    überregional
    Forschungsergebnisse, Wissenschaftliche Publikationen
    Deutsch


    Schematische Darstellung einer Cryptophytenzelle


    Zum Download

    x

    Kristallstruktur von GtCPES


    Zum Download

    x

    Hilfe

    Die Suche / Erweiterte Suche im idw-Archiv
    Verknüpfungen

    Sie können Suchbegriffe mit und, oder und / oder nicht verknüpfen, z. B. Philo nicht logie.

    Klammern

    Verknüpfungen können Sie mit Klammern voneinander trennen, z. B. (Philo nicht logie) oder (Psycho und logie).

    Wortgruppen

    Zusammenhängende Worte werden als Wortgruppe gesucht, wenn Sie sie in Anführungsstriche setzen, z. B. „Bundesrepublik Deutschland“.

    Auswahlkriterien

    Die Erweiterte Suche können Sie auch nutzen, ohne Suchbegriffe einzugeben. Sie orientiert sich dann an den Kriterien, die Sie ausgewählt haben (z. B. nach dem Land oder dem Sachgebiet).

    Haben Sie in einer Kategorie kein Kriterium ausgewählt, wird die gesamte Kategorie durchsucht (z.B. alle Sachgebiete oder alle Länder).