Teilprojekt P2 

Struktur und Funktion der mitochondrialen NADH: Ubichinon Oxidoreduktase (Komplex I)

Komplex I (NADH:Ubichinon Oxidoreduktase) ist der Eintrittspunkt für Elektronen in die Atmungskette. Gekoppelt an die Übertragung der Elektronen von NADH auf Ubichinon erfolgt eine Translokation von Protonen über die Membran und damit der Aufbau eines elektrochemischen Potentialgradienten. Der katalytische Mechanismus von Komplex I, der dies ermöglicht, ist weitgehend unverstanden. Es wird jedoch allgemein angenommen, dass das Eisen-Schwefel Zentrum N2 dabei eine Schlüssel­stellung einnimmt (Brandt, 1999). Eine Reihe von Erkennt­nissen deutet darauf hin, dass N2  in der sogenannten PSST Untereinheit lokalisiert und dort funktionell und strukturell eng mit der 49 kDa Untereinheit assoziiert ist (Yano & Ohnishi, 2001; Kashani-Poor et al., 2001a). Unser Antrag beschäftigt sich mit funktionellen Studien zum katalytischen Mechanismus der Ubichinon­reduktion und Protonentranslokation. Als weiterer Schwerpunkt sollen Versuche zur Kristalli­sation des Komplex I durchgeführt werden, um mittelfristig eine hochauflösende Struktur von Komplex I zu erhalten. Die Untersuchungen werden mit der für diesen Zweck sehr gut geeigneten, strikt aeroben Hefe Yarrowia lipolytica durchgeführt (Kerscher et al., 2002).

• In der PSST und 49 kDa Untereinheit sollen Domänen weiter untersucht werden, die als funktionell wichtig identifiziert wurden. Die bisher durchge­führte gerichtete Mutagenese soll auf einen regiospezifischen Ansatz mit kon­trollierter Zufallsmutagenese und anschliessender Selektion auf Hemm­stoffresistenz und Funktionsdefekte ausgeweitet werden. 
• Ausgehend von der bereits etablierten Rekonstitution von Komplex I in Liposomen sollen Untersuchungen zum Ladungstransport über die Mem­bran durchgeführt werden.
• Die Chinonbindung am Komplex I soll mittels Kernspinresonanz Spek­troskopie am in Membranen rekonstituierten Enzym untersucht werden. 
• Versuche zur Kristallisation von Komplex I sollen durchgeführt werden. Dabei soll die Bildung von Kristallen durch Vergrößerung der hydro­philen Anteile mittels kokristallisierter Antikörperfragmente begünstigt werden. 

Prof. Dr. Ulrich Brandt 
Zentrum der Biologischen Chemie, Molekulare Bioenergetik
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