Das Helferprotein Rubisco Aktivase in Rotalgen (blau) zieht an einem Ende von Rubisco (bunt) und setzt so den Zucker frei.
Die Photosynthese zählt zu den wichtigsten biologischen Prozessen, doch sie könnte bei landlebenden Pflanzen noch effizienter sein. Rotalgen nutzen nämlich einen leicht veränderten Mechanismus und sind daher um einiges produktiver. Forscher vom Max-Planck-Institut für Biochemie (MPIB) haben jetzt ein bisher unbekanntes Helferprotein der Photosynthese in Rotalgen entdeckt und seine Struktur entschlüsselt. "Der Vergleich seines Mechanismus mit dem in grünen Pflanzen könnte helfen, effizientere Pflanzen zu entwickeln," meint Manajit Hayer-Hartl, Gruppenleiterin am MPIB. Die Arbeit wurde in Nature und Nature Structural & Molecular Biology veröffentlicht.
Pflanzen, Algen und Plankton wandeln Kohlenstoffdioxid (CO2) und Wasser in Sauerstoff und Zucker um. Ohne diesen Prozess wäre das heutige Leben undenkbar. Somit ist das Schlüsselprotein der Photosynthese, das Forscher kurz Rubisco nennen, eines der wichtigsten Proteine überhaupt. Es bindet CO2 und leitet die Umwandlung in Zucker und Sauerstoff ein.
"Obwohl es so wichtig ist, steckt Rubisco voller Fehler", sagt Hayer-Hartl. Ein Problem ist, dass Rubisco falsche Zuckermoleküle bindet, die dann seine Aktivität hemmen. Damit Rubisco seine Arbeit wieder aufnehmen kann, müssen die Zuckermoleküle von einem speziellen Helferprotein (Rubisco Aktivase) entfernt werden. Die Max-Planck-Wissenschafter haben jetzt entdeckt, dass sich im Laufe der Evolution zwei verschiedene Rubisco Aktivasen in Pflanzen und Rotalgen entwickelt haben. Sie unterscheiden sich in ihrem dreidimensionalen Aufbau und in ihren Arbeitsmechanismen.
Effizientere Pflanzen
Die neu entdeckte Rubisco Aktivase in Rotalgen repariert blockierte Rubisco-Proteine, in dem sie an einem Ende des Proteins zieht - wie jemand, der an einem Schnürsenkel zieht. Dadurch öffnet das Helferprotein das aktive Zentrum von Rubisco und setzt so den Zucker frei. Die entsprechende Rubisco Aktivase in Grünpflanzen funktioniert dagegen eher wie ein Eieröffner: Sie quetscht das inaktive Rubisco-Protein und zwingt es so, die Zuckermoleküle frei zu lassen. "Das Verständnis der Struktur und Funktion der beiden Helferproteine könnte helfen Pflanzen und Mikroorganismen herzustellen, die effektiver arbeiten und somit mehr CO2 in Biomasse umwandeln", hofft Manajit Hayer-Hartl. (red)