Von Christoph Meier

Die Nahrung, die wir zu uns nehmen, und der Sauerstoff, den wir atmen, können zurückverfolgt werden zu den Chloroplasten. Denn in diesen Organellen der Pflanzenzellen finden die grundlegenden Prozesse der Photosynthese und der Kohlenstofffixierung statt. Chloroplasten kommen in allen grünen Pflanzenteilen vor, am häufigsten in den Blättern. Ein Quadratmillimeter eines Blattes enthält bis zu einer halben Million Chloroplasten.

Entwicklungsbiologisch liegt der Ursprung der Zellorganelle bei den Cyanobakterien. Diese wurden von einer Pflanzen-Vorläuferzelle aufgenommen und existierten in dieser als so genannter Endosymbiont weiter. Obwohl auch Chloroplasten noch Erbinformationen enthalten, wurde der Grossteil der bakteriellen Erbinformation in den Zellkern transferiert. Das ist der Grund, wieso bis heute nicht geklärt werden konnte, wie viele Proteine in den Zellorganellen tatsächlich vorhanden sind. ETH-Forscher um Sacha Baginsky vom Institut für Pflanzenwissenschaften (1) haben nun in einer kürzlich erschienenen Studie (2) eine umfassende Proteinzusammenstellung der Chloroplasten vorgelegt.

Vielfach aufgetrennt

Für ihre Proteomanalyse analysierten die Forscher Chloroplasten, die sie aus siebenwöchigen Pflanzen der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) gewonnen hatten. Die grünen Zellorganellen wurden in verschiedene Strukturen unterteilt, beispielsweise die Flüssigkeit im Innern oder die verschiedenen Membransysteme. In mehreren Schritten trennten die Forscher die Proteine der verschiedenen Strukturen aufgrund ihrer unterschiedlichen Eigenschaften wie Ladung oder Grösse auf. Das führte schliesslich zu mehr als 300 Fraktionen. Baginsky erläutert, dass dieses „aufwändige Aufdröseln“ nötig gewesen sei, um die Chance zu erhöhen, auch gering konzentrierte Proteine zu finden. Die unterschiedlichen Proteine wurden abschliessend mit Hilfe der Massenspektrometrie identifiziert.

Überraschend viele Unbekannte

Doch wie viele Proteine gibt es nun in Chloroplasten? Die ETH-Forschenden konnten 690 Eiweisse unterscheiden. Die meisten von ihnen kommen in bekannten Proteinkomplexen und Stoffwechselpfaden wie der Kohlenstofffixierung oder dem photosynthetischen Elektronentransport vor. Doch bei mehr als 30 Prozent der identifizierten Eiweisse konnten die ETH-Forscher keine Funktion zuordnen. Zudem fand man überraschend viele Proteine, die man aufgrund von Computervorhersagen, nicht in den Chloroplasten erwartet hätte.

Baginsky erläutert, dass die 690 Proteine wahrscheinlich nur eine Standardausrüstung für die Zellorganelle darstellen würden. Grundsätzlich seien noch viel mehr zu erwarten. Suche man in Datenbanken nach einer typischen Signalsequenz für die Chloroplasten, so komme man auf über 3500 Kandidatenproteine. Da aber immer nur ein Teil von diesen für ein bestimmtes Entwicklungsstadium benötigt werden, finde man auch entsprechend weniger Proteine .

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