Fotosynthese genau reguliert

Nie ist es draußen so grün wie im Sommer. Die grüne Farbe der Pflanzen rührt daher, dass sie Licht roter und blauer Wellenlänge verschlucken, denn sie brauchen die Energie daraus für die Photosynthese. Wir Menschen sind auf den Sauerstoff und die energiehaltigen Moleküle, die die Pflanzen für uns produzieren, angewiesen. Forscher wollen deshalb verstehen, wie genau der komplizierte Prozess funktioniert und vor allem, wie die Pflanzen auf die sich ständig ändernden Lichtverhältnisse reagieren.

Links eine normale Sonnenblume, rechts eine mit gestörtem Fotosyntheseapparat. Verminderte Kohlendioxid-Aufnahme und Sauerstoff-Produktion führen zu einem drastisch verkleinerten Blütenstand. Foto: Josef Bergstein

© MPI-MP

Links eine normale Sonnenblume, rechts eine mit gestörtem Fotosyntheseapparat. Verminderte Kohlendioxid-Aufnahme und Sauerstoff-Produktion führen zu einem drastisch verkleinerten Blütenstand. Foto: Josef Bergstein

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Photosynthese findet in ganz bestimmten Zellorganellen statt, den Chloroplasten. Wenn man die Möglichkeit hätte, in einen Chloroplasten hineinzuschauen, böte sich ungefähr folgendes Schauspiel: Energie aus dem Sonnenlicht wird von vielen kleinen Antennen-Molekülen gesammelt und zum Reaktionszentrum weitergeleitet.

Durch „Elektronendiebstahl“ wird aus Lichtenergie chemische Energie

Erreicht die Energie das Reaktionszentrum, gibt ein Chlorophyllmolekül sein angeregtes, also energiereiches, Elektron ab und dieses rattert die Elektronentransportkette hinunter. Während es von Molekül zu Molekül springt und dabei seine Energie langsam wieder verliert, nutzt die Pflanze diese zum Aufbau energiehaltiger Verbindungen.

Das Chlorophyll hingegen füllt seine Elektronenlücke mit einem Elektron, dass es dem Wassermolekül H₂O entreißt. In mehreren Schritten entsteht so aus Wasser und Kohlendioxid der von uns heißbegehrte Sauerstoff.

Finden die Elektronen kein Akzeptor-Molekül, entstehen gefährliche Sauerstoffradikale

Dabei muss die Pflanze immer ganz genau kalkulieren, wie viele angeregte Elektronen sie sich gerade leisten kann. Fehlen am Ende der Elektronentransportkette Moleküle um die Elektronen wieder aufzufangen, können sie auf Sauerstoff übergehen und reaktive Sauerstoffspezies (ROS) erzeugen. Diese verursachen schwere Schäden an Proteinen und Erbsubstanz.

Durch ein Hin- und Herschieben der Antennenmoleküle können Pflanzen regulieren, wie viel Energie in den Reaktionszentren ankommt. Verwundert haben die Wissenschaftler bisher die ungleichen Mengenverhältnisse der einzelnen Komponenten der Photosynthese. Es gibt von manchen Proteinkomplexen mehr als doppelt so viel, als die Pflanze auf den ersten Blick zu brauchen scheint. Mit Hilfe von Sonnenblumen- und Tabakmutanten wollen die Forscher um Dr. Mark Aurel Schöttler der Sache auf den Grund gehen um vielleicht eines Tages eine effektive Photosynthese „nachbauen“ zu können.

Die Sonnenblumen mit defektem Fotosyntheseapparat können auch bei einer "Komm-ins-Beet"-Tour begutachtet werden.

[CS]