Wissenschaftler haben einen biologischen Schalter in Blaualgen entdeckt, der auf Licht reagiert und den Elektronentransport in den Zellen verändert.
Wissenschaftler haben einen biologischen Schalter in Blaualgen entdeckt, der auf Licht reagiert und den Elektronentransport in den Zellen verändert. Die neuen Erkenntnisse könnten bei der Entwicklung von Algen zur Verbesserung der Biokraftstoffproduktion hilfreich sein. Die Forschungsergebnisse wurden am 10. Juli 2012 in veröffentlicht Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften.
Blaualgen, auch Cyanobakterien genannt, sind bekannt für ihr explosives Wachstum, wenn sie die richtige Kombination aus Licht, Nährstoffen und warmem Wasser erhalten. Teilweise aufgrund ihrer hohen Wachstumsrate, ihrer Fähigkeit, Abwasser als Nährstoffquelle zu nutzen und ihrer Fähigkeit, ohne Konkurrenz zu Ackerland, auf dem Lebensmittel, Cyanobakterien und andere Arten von Algen angebaut werden, zu wachsen, ist sie zu einem vorrangigen Ziel der Biokraftstoffproduktion geworden.
Lichtmangel ist häufig eine Hauptbeschränkung in Algen-Biokraftstoff-Produktionssystemen, da Algen Licht zur Photosynthese benötigen. Versuche, die Lichtmenge zu erhöhen, die in Bioreaktoren an Algen abgegeben wird, erfordern typischerweise die Verwendung energieaufwändiger Mischsysteme oder kleinerer und teurerer Wachstumskammern.
Alternativ könnten Wissenschaftler versuchen, das Wachstum von Algen bei schlechten Lichtverhältnissen zu verbessern. Zunächst müssen sie jedoch besser verstehen, wie die biologischen Moleküle in den Zellen auf Licht reagieren.
Cyanobakterien, die eine grüne fluoreszierende Markierung anzeigen. Bildnachweis: Queen Mary, Universität London.
Um zu untersuchen, wie Cyanobakterien auf Licht reagieren, befestigten die Wissenschaftler ein grün fluoreszierendes Protein-Tag an zwei wichtigen Atmungskomplexen der Spezies Synechococcus elongatus. Dann setzten sie die Cyanobakterienzellen im Labor entweder schlechten oder mäßigen Lichtverhältnissen aus und verfolgten Veränderungen in den Zellen, indem sie die Zellen unter einem Mikroskop betrachteten.
Die Wissenschaftler stellten fest, dass sich die Atmungskomplexe durch helleres Licht in den Zellen von diskreten Flecken auf gleichmäßigere Stellen verteilten. Die Umverteilung von Atmungskomplexen schien durch Änderungen des Redoxzustands eines Elektronenträgers in der Nähe von Plastichinon ausgelöst zu werden und führte zu einer deutlichen Erhöhung der Wahrscheinlichkeit, dass Elektronen auf das Photosystem I übertragen werden, einen integralen Bestandteil des in gezeigten Photosynthesekomplexes das Diagramm unten.
Die Forschung wurde von sieben Wissenschaftlern der Queen Mary, der University of London, des Imperial College London und des University College London durchgeführt.
Elektronenfluss (hellblaue Kreise) innerhalb einer Zelle während der Photosynthese. Bildnachweis: Wikimedia Commons.
Conrad Mullineaux, Professor für Mikrobiologie an der Queen Mary, University of London, und Mitautor des neuen Papers, kommentierte die Ergebnisse in einer Pressemitteilung. Er sagte:
Jeder Organismus, der atmet oder photosynthetisiert, hängt von winzigen elektrischen Schaltkreisen ab, die in biologischen Membranen arbeiten. Wir versuchen herauszufinden, wie diese Schaltkreise gesteuert werden: Wie nehmen die Elektronen die Routen, die sie machen, und welche Schalter stehen den Elektronen für andere Ziele zur Verfügung?
Er kommentierte die neuen Erkenntnisse in einem Interview mit Ecoimagination weiter:
Es ist eher wie ein bekannter elektrischer Schalter. Sie drücken darauf, um die Position der Drähte zu ändern und damit die Wirkung der Elektronen zu ändern. In diesem Zustand versuchen wir nur zu verstehen, was in der Zelle passiert. Das Potenzial besteht jedoch darin, das Wissen für die Herstellung von Biokraftstoffen zu nutzen.
Fazit: Wissenschaftler haben einen biologischen Schalter in Cyanobakterien entdeckt, der auf Licht reagiert und den Elektronentransport in den Zellen verändert. Die neuen Erkenntnisse könnten dazu beitragen, Blaualgen für eine verbesserte Biokraftstoffproduktion zu entwickeln. Die Forschungsergebnisse wurden am 10. Juli 2012 in veröffentlicht Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften.
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