Kraftwerk im Blattwerk (Artikel MaxPlanckForschung)
Text: Harald Rösch
Turbo-Pflanzen gewinnen mehr Energie
Wissenschaftler arbeiten deshalb daran, die Fotosynthese effektiver zu machen. Dabei wollen sie verschiedene Schritte bei der Umwandlung der Lichtenergie in chemische Energie optimieren, beispielsweise indem sie die Effizienz des Fotosynthese-Apparats erhöhen.
Solchermaßen aufgerüstete Pflanzen wären in der Lage, mehr Biomasse für die Treibstoffproduktion zu bilden. Manche Wissenschaftler wollen dagegen auf Pflanzen ganz verzichten und stattdessen Bakterien mit einem optimierten Fotosynthese-Apparat ausstatten. Möglicherweise sind Lebewesen aber auch völlig überflüssig. Wasserstoff etwa könnte sich in Bioreaktoren erzeugen lassen, in denen künstliche Fotosynthese nur mit den notwendigen Proteinen abläuft. Denn die Natur hat Enzyme hervorgebracht, die mit Sonnenenergie Wasser spalten und daher teures Platin in Brennstoffzellen ersetzen könnten. Und sie kennt auch solche, die aus den Bruchstücken des Wassers im Anschluss Wasserstoff produzieren (siehe MAXPLANCKFORSCHUNG 2/2006, Seite 32).
Am Max-Planck-Institut für Biochemie in Martinsried bei München suchen Forscher eine Möglichkeit, die pflanzliche Fotosynthese effektiver zu machen – und sind auf dem Weg dorthin einen wichtigen Schritt weitergekommen. Die Wissenschaftler um Ulrich Hartl und seine Frau Manajit Hayer-Hartl haben den Faltungsprozess eines Schlüsselproteins der Fotosynthese aufgedeckt, des sogenannten Rubisco. Mit diesem Wissen können die Forscher nun daran gehen, Rubisco künstlich herzustellen und es so zu verändern, dass es effizienter arbeitet.
Rubisco ist nicht nur das häufigste Protein auf der Erde, es gehört auch zu den wichtigsten: Ohne Rubisco gäbe es das Leben in seiner heutigen Form nicht. Es bindet Kohlendioxid aus der Atmosphäre und leitet die Umwandlung in Zucker und Sauerstoff ein. Rubisco arbeitet jedoch sehr langsam und ineffektiv. Es reagiert nämlich nicht nur mit Kohlendioxid, sondern auch mit Sauerstoff: Im Schnitt bindet es nach drei bis fünf Kohlendioxid-Molekülen ein Sauerstoff- Molekül. „Als Rubisco vor rund vier Milliarden Jahren entstand, war dies bedeutungslos, denn damals gab es noch keinen Sauerstoff in der Atmosphäre. Heute dagegen liegt der Sauerstoffanteil bei 20 Prozent“, sagt Manajit Hayer-Hartl, die zusammen mit ihrem Mann Ulrich an Rubisco forscht. Rubisco könnte also wesentlich effektiver arbeiten, wenn es nicht mehr mit Sauerstoff reagieren würde.
