Mit Hilfe von Sonnenenergie und Wasser wandeln Pflanzen aufgenommenes Kohlendioxid in Biomasse und Sauerstoff um. Der Vorgang ist aus wissenschaftlicher Perspektive aber ineffizient, da nur ein Bruchteil der solaren Energie wirklich verwertet wird. Forscher versuchen weltweit den Prozess zu entschlüsseln, um ihn optimieren zu können. So könnte schneller Biomasse entstehen und damit steigen die Erträge von Nutzpflanzen.
Logistischer Transport im Blick
Einen neuen Ansatz zur Optimierung hat ein Team an der Technischen Universität München (TUM) unter der Leitung von Dr. Franz Hagn, Professor für Strukturelle Membranbiochemie, untersucht. Sie konzentrieren sich dabei auf die Logistik und nicht die chemischen Vorgänge der Photosynthese. „Die Ertragssteigerung von einfachen Zuckern und anderen Stoffwechsel-Produkten in den Chloroplasten ist Gegenstand intensiver Forschung“, erklärt Hagn. „Es nutzt aber nichts, nur den Prozess an sich zu verbessern. Die Produkte müssen auch über die innere und äußere Membran aus den Chloroplasten transportiert werden, damit die Pflanze sie für ihr Wachstum verwerten kann.“
Transport-Prozesse für die innere Membran sind bereits detailreich erforscht, die Rolle der Außenmembran ist allerdings noch nicht geklärt. Die Theorie, dass diese wie ein Sieb funktioniert, konnten die Wissenschafter in München widerlegen. Es findet ein kontrollierter Transport statt – das untersuchte Transportprotein selektiert nach Ladung und Größe der Stoffwechselprodukte. Die Außenmembran ist also ein wichtiger und limitierender Faktor im System der Photosynthese.
Nun steht die Untersuchung der strukturellen und funktionellen Details anderer Transportproteine auf dem Plan. Mit den Ergebnissen könnte es auf längere Zeit gesehen möglich werden, Transportproteine in die Außenmembran der Chloroplasten zu platzieren und eine Beschleunigung der Transportrate von Stoffwechselprodukten zu ermöglichen. Das kurbelt das Wachstum der Pflanzen an. Dr. Hagn: „Die Steigerung des Ertrags etwa von Energiepflanzen gewinnt mit Blick auf den Klimawandel, Extremwetter und Energieknappheit eine immer größere Bedeutung.“
„Structural basis of metabolite transport by the chloroplast outer envelope channel OEP21“
Quelle: TUM
