Die Photosynthese ist ein grundlegender biologischer Prozess, der unsere Welt und die sie umgebende Atmosphäre maßgeblich geprägt hat. Der Prozess ist so inspirierend, dass neben den Pflanzen, die Kohlendioxid aufnehmen und Sauerstoff freisetzen, sogar Wissenschaftler an der Entwicklung arbeiten künstliche Photosynthesesysteme das kann Treibstoff für uns erzeugen.
Aber jetzt haben Forscher festgestellt dass eine ungewöhnliche Bakterienart, die vor acht Jahren in der Wüste Gobi entdeckt wurde, eine uralte Form der Photosynthese durchführt. Das Bakterium heißt Gemmatimonas phototrophica und enthält ein molekulares, lichtfressendes Gerät, das beispiellos ist.
„Die Architektur des Komplexes ist sehr elegant. Ein echtes Meisterwerk der Natur“, sagt Dr. Michal Koblizek vom Institut für Mikrobiologie der Tschechischen Akademie der Wissenschaften. „Er hat nicht nur eine gute strukturelle Stabilität, sondern auch eine hervorragende Lichtausbeute."
Laut einem am 16. Februar veröffentlichten Papierein Wissenschaftliche Fortschritte, das Bakterium hat seine Fähigkeit zur Photosynthese durch den horizontalen Transfer von Photosynthese-bezogenen Genen von einem älteren phototrophen Proteobakterium entwickelt.
Die Struktur des Photosynthesekomplexes
Der Molekülkomplex, der die Photosynthese des Bakteriums ermöglicht, hat zwei Ringschichten um das Reaktionszentrum herum. Der äußere Ring dient dazu, das Sonnenlicht einzufangen und es von seinen 800- und 816-nm-Absorptionsbanden auf die 868-nm-Absorption des inneren Rings zu übertragen. Danndie eingefangenen Protonen werden zum Reaktionszentrum transportiert, das die absorbierte Lichtenergie in eine elektrische Ladung umwandelt.
Der photosynthetisierende Komplex ähnelt einem Trichter. Zunächst wird die Energie von den Pigmenten um die Struktur herum absorbiert und vom Energiegradienten zum Zentrum des Komplexes übertragen, wo sie in Stoffwechselenergie umgewandelt wird. Der gesamte Vorgang dauert nur wenige Pikosekunden.
„Diese strukturelle und funktionelle Studie hat aufregende Implikationen, weil sie zeigt, dass G. phototrophica unabhängig seine eigene kompakte, robuste und hochwirksame Architektur zum Sammeln und Einfangen von Sonnenenergie entwickelt hat“, sagt Dr. Pu Qian, Strukturbiologe der University of Sheffieldund der Erstautor der Studie.
Studienzusammenfassung:
Phototrophe Gemmatimonadeten entwickelten die Fähigkeit, Sonnenenergie zu nutzen, nachdem sie mit der Photosynthese zusammenhängende Gene aus einem alten phototrophen Proteobakterium horizontal übertragen hatten. Die elektronenkryomikroskopische Struktur des Photosystems von Gemmatimonas phototrophica bei 2,4 Å zeigt einen einzigartigen Doppelringkomplex. Zwei einzigartigeMembran-extrinsische Polypeptide, RC-S und RC-U, halten das zentrale Typ-2-Reaktionszentrum RC innerhalb eines inneren 16-Untereinheiten-Lichtsammelrings 1 LH1, der von einem äußeren 24-Untereinheiten-Antennenring umgeben ist LHh, die Lichtsammelkapazität hinzufügt. Die Femtosekunden-Kinetik zeigt den Energiefluss innerhalb des RC-dLH-Komplexes, vom äußeren LHh-Ring zu LH1 und dann zum RC. Diese Struktur- und Funktionsstudie zeigt, dass G. phototrophica seine unabhängig entwickelt hateigene kompakte, robuste und hocheffektive Architektur zum Ernten und Einfangen von Sonnenenergie.