Teilprojekt P28 

Strukturelle und funktionelle Untersuchungen von Proteinen der Photosynthesemembran eukaryontischer Organismen

In vielen Photosynthese betreibenden eukaryotischen Organismen sind für die Lichtabsorption verschiedene pigmentbindende, membranintrinsische Lichtsammel-proteine (engl. Light-Harvesting Complexes, LHC) vorhanden. Diese Proteine gehören aufgrund ihrer Sequenzhomologie in die Familie der sogenannten cab-Proteine und weisen zwei homologe a-Helices auf, die durch 1 oder 2 weitere a-Helices ergänzt werden. Die Struktur des in höheren Pflanzen in großen Mengen vorkommenden, Chlorophyll (Chl) a und Chl b-bindenden LHCII ist mit einer Auflösung von 2.7Å bekannt. Strukturelle Daten zu anderen Proteinen der cab-Familie fehlen bisher völlig.

Eukaryontische Algen wie z.B. die Diatomeen (Kieselalgen) weisen der cab -Familie ähnliche LHC-Proteine auf, die jedoch chemisch verschiedene Pigmente binden. So ist z.B. Chl b durch Chl c ersetzt, welches anstatt eines hydrophoben Phytolrestes eine Säuregruppe aufweist und sich daher in seinen Bindungseigenschaften erheblich unterscheiden muss. Zudem sind andere Xanthophylle assoziiert; so ist z.B. kein Lutein vorhanden sondern Fucoxanthin, welches maßgeblich zur Braunfärbung dieser Organismen beiträgt. Da aber im LHCII der höheren Pflanzen die Pigmente am Aufbau und der Stabilität der Tertiärstruktur beteiligt sind, ist die Strukturaufklärung der LHC aus Diatomeen von großem Interesse. Daneben sind schnelle spektroskopische Messungen der beteiligten Pigmente zur Aufklärung des Energietransfers relevant.

Im Gegensatz zum LHCII höherer Pflanzen liegen für Fucoxanthin-haltige LHC (Fucoxanthin-Chlorophyll Protein, FCP) noch keine positiven Erfahrungen zur in-vitro Rekonstitution von Protein, welches durch Überexpression in Bakterien gewonnen wurde, mit Pigmenten vor. Daher werden die trimeren bzw. oligomeren FCP aus den Diatomeen selbst isoliert (1). Die Strukturaufklärung erfolgt mittels Elektronenkristallographie , d.h. über die Herstellung von zweidimensionalen (2D) Kristallen aus Protein und Lipid, der Datenaufnahme im Elektronenmikroskop und anschließender Bildanalyse zur Ermittlung einer dreidimensionalen Elektronendichtekarte.

Weitere Arbeiten beschäftigen sich mit der molekularen Struktur des Photosystem II höherer Pflanzen (2).

Prof. Dr. Claudia Büchel
Institut für Molekulare Biowissenschaften der
Johann Wolfgang Goethe Universität
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D-60323 Frankfurt am Main
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geändert am 16. September 2007  E-Mail: Webmastermacmillan@chemie.uni-frankfurt.de