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News: Wo geht es hier bitte zum Licht?

Jedes Kind weiß, daß Pflanzen zum Licht wachsen. Aber woher weiß die Pflanze, aus welcher Richtung das Licht kommt? Sie hat ein spezielles Pigment, mit dem sie ultraviolettes und blaues Licht wahrnehmen kann. Dieses Molekül ist an ein Protein gebunden und stellt den Ausgangspunkt einer Reaktionskaskade dar, die schließlich der Pflanze sagt, wo es einen Platz an der Sonne gibt.
Seit Jahrzehnten suchten die Wissenschaftler nach einem Photorezeptor für rotes Licht, berichten John Christie und Winslow Briggs von der Carnegie Institution. Mit dieser Einseitigkeit blockierten sich die Forscher jedoch selbst und "produzierten mehr Wärme als Licht". Dabei ist das Verständnis der verschiedenen Rezeptoren für die vielen Lichtsignale, die eine Pflanze verarbeitet, unbedingt notwendig, um zu verstehen, wie Pflanzen sich entwickeln und ihr Wachstum regulieren.

Photorezeptoren bestehen aus einem Protein, das ein als Chromophor bezeichnetes farbiges Molekül bindet. Dieser Chromophor absorbiert bestimmte Wellenlängenbereiche des Lichtes, wodurch er aktiviert wird. Die Proteinkomponente des Rezeptors gibt das Signal dann an weitere Moleküle weiter. Im Falle des sogenannten Phototropismus lautet die Nachricht etwa: "Hier gibt es Licht." Für die Pflanze ist es von Vorteil, in die betreffende Richtung zu wachsen, da sie dort bessere Bedingungen vorfindet, um Photosynthese zu treiben und sich auf diese Weise mit Energie zu versorgen.

In den letzten Jahren haben Wissenschaftler heftig debattiert, ob der Chromophor des Photorezeptors für phototrophes Wachstum zu den Carotenoiden oder zu den Flavinen gehört. Erst jetzt ist der Disput beigelegt: Christie und Briggs konnten zeigen, daß es sich bei dem gesuchten Rezeptor um das Protein NPH1 handelt, das ein Flavin bindet (Science vom 27. November 1998).

NPH1 verfügt über einen Bereich, der als LOV-Domäne bezeichnet wird und in ähnlicher Form auch bei Proteinen in anderen Organismen, von Bakterien bis zu Säugetieren, vorkommt. Ihnen allen ist gemeinsam, daß sie Veränderungen des Lichtes (Light), der Sauerstoffkonzentration (Oxygen) oder der Spannung (Voltage) wahrnehmen können. Bei Belichtung des Chromophores von NPH1 mit blauem oder ultraviolettem Licht wird an das Protein eine Phosphatgruppe gehängt. Über eine mehrstufige Signalkette wird schließlich das pflanzliche Hormon Auxin freigesetzt, welches lokal das Wachstum steuern.

Mit ihrer neuen Arbeit haben Christie und Briggs zwar den ersten Schritt des Phototropismus entschlüsselt, doch noch gilt es, viele Lücken zu füllen und Fragen zu klären, bis wir wirklich verstehen, wie Pflanzen zum Licht finden.

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