Der Photosynthese Kern
Forscher enthüllen Geometrie der pflanzlichen Nährstoff-Fabrik
Bei dem Versuch, die Photosynthese nachahmen, sind britische Forscher einen entscheidenden Schritt weiter gekommen. Das Wissenschaftsmagazin New Scientist (Ausg. vom 1. Mai, S. 28) berichtet, dass es einem Team unter Leitung von Jim Barber und So Iwata vom Imperial College in London gelungen ist, die genaue räumliche Anordnung einiger Metall-Ionen in einem entscheidenden Teil des Photosynthese-Prozesses zu entschlüsseln.
ANZEIGE
Die Photosynthese – eine der genialsten Erfindungen der Natur – ist die bislang erfolgreichste Methode, die Sonnenenergie in chemische Energie umzuwandeln. Pflanzen, Algen und Cyanobakterien nutzen das Sonnenlicht, um Kohlendioxid umweltfreundlich und billig in energiereiche Kohlehydrate umzuwandeln. Trotz langjähriger Bemühungen ist es Biochemikern bislang noch nicht gelungen, den Pflanzen ihr Geheimnis zu entreißen und die Photosynthese künstlich im Labor nachzuahmen.
Ein entscheidender Schritt bei der Photosynthese ist die Spaltung von Wasser. Im so genannten katalytischen Kern der Chloroplasten sorgen einige Metallionen dafür, dass die Wassermoleküle Elektronen abgeben. Diese Elektronen werden benötigt, um das Pigment Chlorophyll wieder in seinen ursprünglichen Zustand zu versetzen, nachdem es von einem Photon getroffen wurde. Nach dem Kontakt mit einem Photon gibt das Chlorophyll nämlich ein Elektron ab, das letztlich zur Reduktion von Kohlendioxid verwendet wird. Der katalytische Kern spuckt nach vier Durchgängen ein Sauerstoff-Molekül und vier Wasserstoff-Ionen aus und lädt sich dann wieder mit zwei neuen Wassermolekülen auf.
Biochemiker haben mittlerweile durch Röntgen-Kristallographie herausgefunden, dass der katalytische Kern aus vier Mangan-Ionen, einem Kalzium-Ion, vier Sauerstoff-Ionen und zwei Wassermolekülen besteht. Die genaue Anordnung war allerdings noch unklar. Barber und Iwata untersuchten jetzt den katalytischen Kern eines Cyanobakteriums mit einer anderen Röntgentechnik und fanden heraus, dass der katalytische Kern ein verzerrter Würfel ist, in dem drei Mangan-Ionen und ein Kalzium-Ion durch Sauerstoff-Atome verbunden sind. Das vierte Mangan-Ion, an das ein Wasser-Molekül angelagert ist, befindet sich außerhalb.
Falls es den Forschern gelingt, den katalytischen Kern in einem künstlichen System zum Arbeiten zu bringen, könnten sie damit eine billige Energiequelle erschließen. Bei der künstlichen Photosynthese soll kein Zucker hergestellt werden, sondern Wasserstoff.
Ute Kehse
