Dr. Rana Hussein Ali, Frankfurt am Main | Forschungsabriss

Grenzen überwinden: Wie Protonen im Photosystem II springen – ein Schritt zu nachhaltiger Energie

Dr. Rana Hussein Ali forscht zur Photosynthese. In diesem Vorgang produzieren Pflanzen, Algen und Cyanobakterien Energie und Sauerstoff aus Sonnenlicht, Wasser und Kohlendioxid. Ohne Photosynthese gäbe es kein Leben auf der Erde.

Im Mittelpunkt der Photosynthese steht ein winziges Bauteil in der Pflanzenzelle: das Photosystem II (PSII). Dieses Enzym spaltet Wassermoleküle und setzt dabei Sauerstoff, Protonen und Elektronen frei – eine Art innerer Kraftwerkprozess.

Obwohl zur Struktur von PSII in den letzten Jahren viele neue Erkenntnisse erzielt wurden, sind wichtige Fragen weiter ungeklärt: Wie genau werden die Protonen am „Motor" des PSII, dem sogenannten Sauerstoff-entwickelnden Komplex (OEC), freigesetzt? Und welche elektrischen Ladungen haben die dabei beteiligten Molekülgruppen zu bestimmten Zeitpunkten?

In internationaler Forschungszusammenarbeit hat Dr. Hussein Ali das PSII mit hochauflösenden Methoden so genau wie nie zuvor untersucht. Dabei konnten zum ersten Mal über die Hälfte aller Protonen und Wasserstoffatome sichtbar gemacht werden. Nun will sie untersuchen, wie genau diese Teilchen an ihrem wichtigsten Einsatzort, dem Sauerstoff-entwickelnden Komplex, arbeiten. Dafür nutzen sie besonders effektive und zugleich schonende Messmethoden, die die empfindlichen Proteine nicht beschädigen.

Diese Forschung kann somit nicht nur das Verständnis darüber, wie Protonen und Elektronen in biologischen Systemen zusammenarbeiten, grundlegend verbessern, sondern auch den Weg für künstliche Systeme ebnen, die mithilfe von Sonnenlicht saubere Energie erzeugen – ganz nach dem Vorbild der Natur.