Die Schlaglichter der Forschung: Mit dem Lösen kam die Lösung - wissenschaft.de
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Die Schlaglichter der Forschung: Mit dem Lösen kam die Lösung

Pflanzen leben von der Sonne. Was wir mühsam mit Solarzellen versuchen, können sie schon lange: Sonnenlicht direkt in Energie umsetzen. Wie sie das genau machen, war bis vor 13 Jahren ein Rätsel.

Der bei der Photosynthese ablaufende Prozeß ist zweigeteilt: In der ersten Stufe, der Lichtreaktion, wird das Sonnenlicht eingefangen, seine Energie in elektrische und chemische Energie umgewandelt und zum Teil in bestimmten Phosphatverbindungen gespeichert. In Stufe zwei, der sogenannten Dunkelreaktion, folgt die Nutzung dieser gespeicherten Energie zum Aufbau organischer Substanz.

Der Schlüsselprozeß ist die Umwandlung von Licht in chemische Energie. Sie geschieht in den „photosynthetischen Reaktionszentren“: großen, aus Eiweiß- und Farbstoffmolekülen aufgebauten Strukturen, die in Zellmembranen liegen. Die Struktur eines solchen Reaktionszentrums aufzuklären, war Anfang der achtziger Jahre das Anliegen des Biochemikers Dr. Hartmut Michel, des Chemikers und Strukturforschers Robert Huber und des Physikers Johann Deisenhofer am Max-Planck- Institut für Biochemie in Martinsried. Als Untersuchungsobjekt wählten sie Purpurbakterien, die einen vergleichsweise einfachen photosynthetischen Apparat besitzen.

Das Ergebnis der mehrjährigen mühsamen Arbeit lag 1986 vor: die erstmals gelungene Aufklärung der Feinstruktur eines photosynthetischen Reaktionszentrums. Es besteht aus vier großen Protein-Untereinheiten, die eine Art Hülle bilden, in der zwölf verschiedene Farbstoffmoleküle – die für die Umwandlung der Lichtenergie zuständigen Funktionseinheiten – räumlich angeordnet sind.

Zwei von ihnen setzen unter Lichteinwirkung Elektronen frei. Sie werden über andere Moleküle durch die Membran transportiert und bauen zwischen deren Innen- und Außenraum ein elektrisches Potential auf, dessen Energie schließlich in Phosphatverbindungen chemisch fixiert wird. Robert Huber, Johann Deisenhofer und Hartmut Michel erhielten für die Strukturaufklärung des photosynthetischen Reaktionszentrums 1988 den Nobelpreis für Chemie.

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Michael Globig / Johann Deisenhofer / Robert Huber / Hartmut Michel

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