Biochemie

RbcX-Moleküle (blaue Zylinderketten) fügen die Rubisco-Untereinheiten (grün) zusammen.

Turbo für Biokraftstoff

Das Enzym Rubisco (kurz für Ribulose 1,5 bisphosphatcarboxylase/oxygenase) ist das häufigste Protein der Natur. Es bindet Kohlendioxid aus der Atmosphäre und ist ein wichtiger Teil der Fotosynthese-Maschinerie, mit der Pflanzen und Blaualgen Glukose aufbauen - der wichtigste Baustein für Biomasse. Rubisco treibt also das Pflanzenwachstum an. Doch nur in drei von vier Reaktionen bindet der Biokatalysator tatsächlich Kohlendioxid in Zuckermolekülen. Das würden Biochemiker gerne ändern. Die Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Biochemie haben dafür jetzt einen Ansatzpunkt geliefert, indem sie einen entscheidenden Schritt beim Bau von Rubisco aufgeklärt haben.

Funktionsfähig wird das Enzym nämlich erst, wenn Faltungshelfer, sogenannte Chaperone (siehe BIOMAX Ausgabe 13) es zu seiner komplexen räumlichen Struktur gefaltet haben. Die Forscher am Martinsrieder Max-Planck-Institut für Biochemie entdeckten, dass an der Biogenese von Rubisco mindestens ein bisher unbekanntes Chaperon beteiligt ist: RbcX hilft, die Untereinheiten des Rubisco-Moleküls zu einem funktionierenden Enzym zusammenzufügen. Den biochemischen Aufbauhelfer haben die Wissenschaftler zunächst in reiner Form hergestellt. Anschließend haben sie seine Struktur und seine Funktion untersucht. Die Bereiche des Enzyms, die am Aufbau von Rubisco beteiligt sind, haben sie ganz genau analysiert und auf diese Weise die einzelnen Schritte der Rubisco-Synthese entschlüsselt.

In höheren Pflanzen besteht der Rubisco-Komplex aus acht großen und acht kleinen jeweils identischen Untereinheiten. Damit sie richtig zusammenfinden, wirkt das RbcX-Chaperon als Partnervermittler: Acht dieser Enzyme führen zunächst die acht großen Bausteine zusammen und verknüpfen sie. Im nächsten Schritt ersetzen die acht kleinen Rubisco-Untereinheiten die RbcX-Moleküle - und fertig! Das Rubisco-Enzym ist einsatzbereit.

"Wir hoffen, dass mit der Entdeckung des RbcX-Chaperons die gentechnische Optimierung des Rubisco-Enzyms gelingen wird", sagt Ulrich Hartl, in dessen Abteilung das Wissenschaftlerteam die Rubisco-Synthese aufklärte. Das versuchen Biochemiker seit Jahren. Doch bisher sind diese Bemühungen gescheitert, weil die Forscher das Enzym nicht mit gentechnisch veränderten Organismen herstellen konnten. "Jetzt können wir hoffentlich bald Pflanzen züchten, die auch ohne Düngemitteln schneller wachsen", so Hartl. Das könnte ein wichtiger Beitrag sein, um alternative Energiequellen anzuzapfen. Kraftwerke und Motoren, die mit Biomasse oder Bioethanol gefeuert werden, blasen nämlich nur so viel Kohlendioxid in die Atmosphäre, wie die Pflanzen vorher gebunden haben. Ihre Kohlendioxid-Bilanz ist also viel günstiger als die fossiler Brennstoffe.

Max-Planck-Gesellschaft (2007)