Photosynthese auf Abwegen

Das Enzym Rubisco in der Photosynthese ist nahezu für die gesamte Kohlendioxidfixierung im globalen Kohlenstoffkreislauf verantwortlich. Jedoch ist die Enzymreaktion anfällig für die Bildung von Hemmstoffen (Inhibitoren), die durch Bindung an die Reaktionszentren von Rubisco die Kohlendioxidfixierung beeinträchtigen. Organismen, die Kohlendioxid fixieren, besitzen daher ein Reparatursystem, in dem die Inhibitoren von den Reaktionszentren zuerst abgelöst und anschließend abgebaut werden.

Ein Team von Molekularbiologinnen und Molekularbiologen um PD Dr. Thilo Rühle und Professor Dario Leister konnte nun die physiologische Bedeutung des Abbauprozesses der Inhibitoren in Pflanzen nachweisen. Anhand von Untersuchungen mit dem pflanzlichen Modellorganismus Arabidopsis thaliana konnte nachgewiesen werden, dass zwei verschiedene Enzyme für den Abbau eines Inhibitors (Xylulose-1,5-bisphosphat) verantwortlich sind und der Verlust von beiden Enzymen zu einem geringeren Wachstum und einer Beeinträchtigung der Photosynthese führte.

Die Ergebnisse verdeutlichen, dass nur durch funktionelle Kooperation der Enzyme, die am Ablösungsprozess und des Abbaus der Rubisco-Inhibitoren beteiligt sind, eine effiziente Photosynthese möglich ist. In Zukunft können die in der Studie gewonnenen Erkenntnisse dazu genutzt werden, eine Optimierung der Kohlendioxidfixierung in biologischen Systemen zu erzielen.

Dario Leister, Anurag Sharma, Natalia Kerber, Thomas Nägele, Bennet Reiter, Viviana Pasch, Simon Beeh, Peter Jahns, Roberto Barbato, Mathias Pribil, Thilo Rühle: An ancient metabolite damage-repair system sustains photosynthesis in plants. Nature Communications, 2023