Prisma

Die „Augen“ der Pflanzen

Einblick in die Biochemie der Phytochrome

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Phytochrome ermöglichen es Pflanzen, auf sehr schwaches Licht zu reagieren und sogar Farben zu unterscheiden.

us | Über den grünen Farbstoff Chlorophyll gewinnen Pflanzen Energie aus Licht. Doch auch andere Pflanzeninhaltsstoffe werden durch Licht aktiviert. Phytochrome sind Proteine, die die Expression vieler Gene regulieren. Es werden Phytochrome vom Typ A und Typ B unterschieden. Sie über­nehmen wichtige Funktionen, etwa als Photosensoren für Samen oder um die Länge der Tage zu messen. Um Energie in Form von Photonen aus dem roten Wellenlängenbereich aufnehmen zu können, ist das Protein an ein Bilin-Pigment gekoppelt. ­Forschern des Instituts für Pflanzenphysiologie der Justus-Liebig-Univer­sität Gießen gelang es, die Kristallstruktur dieser pflanzlichen Photorezeptoren aufzuklären und ihre Funktion im Detail zu beleuchten. ­Zunächst isolierten und kristalli­sierten die Wissenschaftler um den Pflanzenphysiologen Prof. Jon Hughes Proben verschiedener ­Phytochrome. Aus den winzigen Kristallen bestimmten sie mithilfe röntgenkristallografischer Analysen erstmals die dreidimensionale Struktur von vier Phytochromen im Grundzustand. Nimmt das Bilin ein ­Photon auf, verändert sich die Konformation des Proteins. Dadurch verschiebt sich das Absorptionsmaximum des Phytochroms um etwa 70 nm in den Bereich infraroter Strahlung. Die Wissenschaftler gewannen Einblicke in die Vorgänge auf molekularer ­Ebene, die notwendig für die Konformationsänderung des ­Proteins sind. Phytochrome vom Typ A und Typ B zeigten im Grund­zustand Ähnlichkeiten, obwohl ihre Aminosäuresequenz zu weniger als 50% übereinstimmt. Weitere Forschung auf diesem Gebiet könnte daher auf die Klärung der exakten 3D-Strukturen der Proteine im aktivierten Zustand gerichtet werden. |

Literatur

Nagano S et al. Structural insights into photoactivation and signalling in plant phytochromes. Nat Plants 2020;doi:10.1038/s41477-020-0638-y

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