• Springe zu WISTA-Standorte
  • Springe zu Hauptmenü
  • Springe zu Seiteninhalt
WISTA Logo
  • WISTA
  • WISTA.Plan
  • WISTA.Service
  • Adlershof
  • Charlottenburg
  • Südwest
  • Marzahn
WISTA direkt
Suche
  • de
  • en
  • WISTA Logo
  • Über uns
    • Mission / Management
      • Unternehmens­profil
      • Team
      • Aufsichtsrat / Beirat / Young Professionals
      • Jahresberichte
      • Ausschreibungen / Vergabe
    • Nachhaltigkeit / Diversity
    • Tochter­firmen
      • WISTA.Plan
      • WISTA.Service
    • Anfahrt
  • Aktuelles
    • Übersicht
    • News
    • Termine / Veranstaltungen
      • Diversity Conference Adlershof
    • Social Media Wall
    • Presse
    • Potenzial Magazin
    • Adlershof Journal
    • Downloads
    • Redaktion
  • Services
    • Alle Service­angebote der WISTA
    • ​Gründungs­programme / Coworking
      • Gründungswerkstatt Adlershof
    • Netzwerke / Kooperationen
    • Talent­förderung / Personal­entwicklung
    • Veranstaltungs- und Besucher­dienst
    • Gesundheits­netzwerk
  • Projekte
    • Fokusthemen
    • Team Innovation
  • Orte
    • Übersicht
    • Technologie­park Adlershof
    • Innovations­zentrum CHIC Charlottenburg
    • Innovations­campus FUBIC Südwest
    • CleanTech­ Business Park Marzahn
    • Gewerbehöfe 2.0
    • Innovationskorridor Berlin-Lausitz
    • Geschäftsstelle Zukunftsorte
  • Immobilien
    • Aktuelle Immobilien­angebote der WISTA
    • ST3AM Arbeitswelten / Coworking
    • Gebäude-Management
  • Talente
    • Übersicht
    • WISTA als Arbeitgeber
      • Mitarbeitende im Porträt
    • Stellenangebote
    • WISTA Academy
    • Förderung / Nachwuchs
      • workhier! Young Academics Career Programme
      • MINT-Projekt SLE
      • Jugend forscht
      • Fachkräfte­netzwerk Adlershof
      • Campus Club Adlershof
  • Blog
  • WISTA
  • WISTA.Plan
  • WISTA.Service
  • Adlershof
  • Charlottenburg
  • Südwest
  • Marzahn
WISTA direkt

Aktuelles

  • Übersicht
  • News
  • Termine / Veranstaltungen
  • Social Media Wall
  • Presse
  • Potenzial Magazin
  • Adlershof Journal
  • Downloads
  • Redaktion
  • WISTA
  • Aktuelles
21. Dezember 2017

Forscher beobachten Einzelschritte der Photosynthese

Neues Röntgenspektrometer aus dem Helmholtz-Zentrum macht es möglich

Schema des Photosystems II. Bild: SLAC
Schema des Photosystems II. Bild: SLAC

HZB Wissenschaftler haben an BESSY II ein neuartiges Spektrometer entwickelt, das detaillierte Einblicke in Katalyse-Prozesse an Metall-Enzymen ermöglicht. In internationaler Zusammenarbeit gelang es ihnen, einzelne Prozesse im Photosystem II aufzuklären. Ihre Studie haben sie nun in der Zeitschrift Structural Dynamics veröffentlicht. Das Photosystem II gehört zur Photosynthese, die u.a. in Pflanzen und Algen stattfindet und Sonnenenergie in chemische Energie umwandelt.

Das Photosystem II ist ein großer Proteinkomplex, in dessen Zentrum vier Mangan-Atome und ein Calcium-Atom sitzen. Sonnenlicht setzt in diesem Proteinkomplex einen Prozess in Gang, der Wasser in Sauerstoff, Protonen und Elektronen aufspaltet, mit deren Hilfe wiederum die für das Leben auf der Erde essentiellen Kohlehydrate erzeugt werden.

Eine der großen Herausforderungen bei der Aufklärung dieses Prozesses ist es, die einzelnen Zwischenschritte experimentell zu beobachten. Bislang war es insbesondere nicht möglich, Röntgenspektroskopie an Photosystem II im für BESSY II charakteristischen Energiebereich der sogenannten weichen Röntgenstrahlung durchzuführen. Denn die erwarteten Signale sind sehr klein und biologische Proben sind sehr empfindlich für Strahlenschäden. „Bisher war es nicht möglich, die Mangan-Atome experimentell "abzutasten"“, erklärt Dr. Philippe Wernet vom HZB.

Nun konnte eine internationale Kooperation mit dem HZB und mit führenden Gruppen der Photosystem II Forschung um Junko Yano in Berkeley, USA, und anderen in den USA, Schweden und Frankreich am Freien Elektronenlaser LCLS in Stanford, USA, einen deutlichen Fortschritt erreichen.

Spektrometer aus dem HZB

Dafür setzten sie ein neuartiges Spektrometer ein, das am HZB entwickelt und getestet wurde. Es enthält eine ebenfalls am HZB entwickelte Reflexionszonenplatte als „Linse“ für das Röntgenlicht. Damit war es erstmals möglich, organische Metall-Enzyme bei ihren geringen Konzentrationen in Lösung, also in ihrer natürlichen Umgebung, mit weicher Röntgenstrahlung zu untersuchen.

Zwei Zwischenschritte bei der Wasserspaltung

Insbesondere interessierten sich die Forschungsteams dafür, wie sich die elektronische Struktur der Mangan-Atome verändert, die im Zentrum des Enzyms sitzen. Denn darüber lassen sich die Zwischenschritte bis zur Wasserspaltung gut identifizieren. Tatsächlich konnten sie zeigen, dass die neue Methode geeignet ist, die Mangan-Atome im Photosystem II direkt abzutasten. Damit konnten sie bereits zwei Zwischenschritte dingfest machen.

„Mit unserer Methode können wir genau untersuchen, wie die Natur es anstellt, u.a. in Blättern oder Algen so erfolgreich Sonnenenergie in chemische Energie umzuwandeln“, sagt Markus Kubin, HZB, Erstautor der Studie, die im September in der Zeitschrift Structural Dynamics veröffentlicht wurde.

Spektrometer auch für andere Katalysatorkomplexe geeignet

Mit dem neu entwickelten Spektrometer lassen sich auch andere empfindliche Katalysatorkomplexe in biologischen oder technischen Systemen untersuchen.

 

Zur Publikation in Structural Dynamics 4, 054307 (2017)
Soft X-ray Absorption Spectroscopy of Metalloproteins and High-Valent Metal-Complexes at Room Temperature Using Free-Electron Lasers
Markus Kubin, Jan Kern, Sheraz Gul, Thomas Kroll, Ruchira Chatterjee, Heike Löchel, Franklin D. Fuller, Raymond G. Sierra, Wilson Quevedo, Christian Weniger, Jens Rehanek, Anatoly Firsov, Hartawan Laksmono, Clemens Weninger, Roberto Alonso-Mori, Dennis L. Nordlund, Benedikt Lassalle-Kaiser, James M. Glownia, Jacek Krzywinski, Stefan Moellerc, Joshua J. Turnerc, Michael P. Minittic, Georgi L. Dakovskic, Sergey Koroidovf,h, Anurag Kawdeh, Jacob S. Kanady, Emily Y. Tsui, Sandy Suseno, Zhiji Han, Ethan Hill, Taketo Taguchi, Andrew S. Borovik, Theodor Agapie, Johannes Messinger, Alexei Erko, Alexander Föhlisch, Uwe Bergmann, Rolf Mitzner, Vittal K. Yachandra, Junko Yano, Philippe Wernet

doi: 10.1063/1.4986627

Mehr Informationen:

Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie
Institut Methoden und Instrumentierung der Forschung mit Synchrotronstrahlung
E-Mail: FG-ISRR-office(at)helmholtz-berlin.de

Dr. Rolf Mitzner
Tel.: (030) 8062-12115
E-Mail: rolf.mitzner(at)helmholtz-berlin.de

Priv.-Doz. Dr. Philippe Wernet
Tel.: (030) 8062-13448
E-Mail: wernet(at)helmholtz-berlin.de

Außeruniversitäre Forschung Mikrosysteme / Materialien Photonik / Optik

Meldungen dazu

  • Modell des Manganoxid-Clusters

    Katalysator-Baustein für die Sauerstoffbildung durch Photosynthese nachgebildet

    HZB und HU gelingt wichtiger Schritt auf dem Weg zum vollständigen Verständnis der Photosynthese
  • © HZB

    Leuchtturm für die Katalyse­forschung in Adlershof geplant

    Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) startet Architekturwettbewerb für ein innovatives Labor- und Bürogebäude
  • Badewanne

    Was könnte künstliche Photosynthese beitragen, um die globale Erwärmung zu begrenzen?

    Forscher veröffentlichen Berechnungen, um CO2 aus der Atmosphäre zu entfernen, und plädieren für drastische Reduzierung von Emissionen
  • Bild: © Adlershof Journal

    BESSY-Upgrade

    Zwei Zukunftsprojekte am Helmholtz-Zentrum Berlin
  • Illustration: SciStyle Thomas Splettstößer

    Femto-Schnappschüsse von der Reaktionskinetik

    Internationale Forschergruppe entschlüsselt Bindungsverhalten von Eisenpentacarbonyl / Anwendung als Katalysator für die Speicherung von Sonnenenergie
  • Die letzten Geheimnisse der Photosynthese

    Human Frontier Science Program fördert internationales Forschungsprojekt mit 900.000 US-Dollar

Verknüpfte Einrichtungen

  • Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH, Elektronenspeicherring BESSY II
  • LinkedInmitteilen0
  • Facebookteilen0
  • WhatsAppteilen0
  • E-Mail
  • © WISTA Management GmbH
  • Impressum
  • Datenschutz
  • Barrierefreiheit
  • Kontakt
  • Karriere
  • Presse
  • Newsletter
  • Social-Media-Übersicht
  • Werbung
Mitglied bei:
Zukunftsorte Logo