Buch, Deutsch, 170 Seiten, Format (B × H): 145 mm x 210 mm
Buch, Deutsch, 170 Seiten, Format (B × H): 145 mm x 210 mm
ISBN: 978-3-89722-696-8
Verlag: Logos
Die Primärprozesse der Photosynthese werden durch Proteine katalysiert, die in die Membranen der verschiedenen Photosynthese betreibenden Organismen (Pflanzen, Bakterien) eingelagert sind. Die Struktur des photosynthetischenReaktionszentrums aus Rhodobacter sphaeroides ist mit einer Auflösung von 2,2 A bekannt und die photochemischeReaktion läuft wie folgt ab. Nach Anregung eines Bakteriochlorophylldimers D wird ein Elektron aus dem angeregten Zustandüber verschiedene Elektronenakzeptoren zu einem Ubichinon in der Bindungstasche Q_A und anschliessend zu einem weiteren Ubichinon in der Bindungstasche $ Q_B$ übertragen.
In dieser Arbeit wurde die Kinetik der Ladungsrekombination vom primären Elektronenakzeptor $Q_A^-$ und demsekundären Elektronenakzeptor $Q_B^-$ zum primären Elektronendonator $D^+$ untersucht. Die Geschwindigkeitskonstanten dieser Rückreaktion $k_{AD}$ und $k_{BD}$ wurden gemessen und die Daten im Rahmen der Marcus- und der Jortner-Theorie des Elektronentransfers interpretiert. Die Freie Standardreaktionsenthalpie beider Reaktionen wurde über einen größeren Bereich variiert, indem Proteinmutanten verwendet wurden.
Durch gezielte Mutagenese wurden (i) Aminosäuren eingeführt, die Wasserstoffbrückenbindungen zu D ausbilden, und beidenen (ii) ein negativ geladener Rest (Aspartat) in Nachbarschaft zu $ Q_B$ entfernt wurde (DN(L213)). DieseDN(L213)-Mutation bewirkt eine Vergrößerung der Energiedifferenz zwischen den ladungsgetrennten Zuständen $D^+Q_A^-Q_B$ und $ D^+Q_AQ_B^-$ um 120 meV, so dass die Ladungsrekombination aus dem Zustand $D^+Q_AQ_B^-$ über den direkten Weg verläuft, während über die Zahl der Wasserstoffbrückenbindungen dieStandardreaktionsenthalpien um 350 meV variiert werden können.
Die Reaktionszentren der Mutanten wurden isoliert und gereinigt und die Geschwindigkeitskonstanten der direktenLadungsrekombination von $ D^+Q_B^-$ nach $ DQ_B$ im Temperaturintervall von 310 bis 240 K und beiStandardreaktionsenthalpien von -0,25 bis -0,60 eV untersucht. Die Reorganisationsenergie für diesen Prozess beträgt 1,4 eV.Analoge Messungen für die direkte Ladungsrekombination von $ D^+Q_A^-$ nach $DQ_A$ ergaben im Bereich von293 bis 77 K eine Abnahme der Reorganisationsenergie von 0,94 auf 0,73 eV, während für beide Prozesse das gleicheelektronische Kopplungsmatrixelement von 4,0. 10^{-8} eV gefunden wurde. Daraus folgt, daß der Unterschied derGeschwindigkeitskonstanten $k_{AD}$ und $k_{BD}$ trotz gleichem Donator-Akzeptor-Abstand und ähnlicher FreierStandardreaktionsenthalpie auf die unterschiedlichen Reorganisationsenergien zurückzuführen ist.
Ein weiteres Enzym, das in photosynthetische Membranen eingelagert ist, ist die $H^+$-ATPase. Dieses Enzym koppelteinen transmembranen Protonentransport mit der Synthese bzw. Hydrolyse von ATP. Die Kinetik der Bindung derverschiedenen Substrate (ATP, ADP, Phosphat und Protonen) kann mit Hilfe schneller Mischtechniken untersucht werden.Um die Zeitauflösung bei solchen Messungen zu verbessern, wurden maskierte Substrate und ein fluoreszierendes Substratsynthetisiert. Die maskierten Substrate enthalten eine UV-abspaltbare Schutzgruppe, die die katalytische Reaktionverhindert. Bestrahlung mit einem UV-Laserbgbg blitz führt zur Freisetzung des Substrats und zum Start der Reaktion. Diemaskierten Substrate wurden spektroskopisch charakterisiert und der Anteil der freigesetzten Substrate in Abhängigkeit vonder Zahl der Laserblitze bestimmt. Beim maskierten ATP werden in einem Blitz ca. 15 % freigesetzt, so daßKonzentrationssprünge von 100 micro-M ATP erreicht werden. Bei maskierten Protonen(4-Formyl-6-methoxy-3-nitrophenoxyessigsäure) werden ca. 30 % $H^+$ (100 micro-M) pro Blitz freigesetzt, vondenen jedoch ein großer Anteil gepuffert wird. Die pH-änderungen wurden mit den pH-Indikatoren Pyranin und Phenolrotuntersucht. In schwach gepufferten Lösungen werden pH-Sprünge von etwa einer pH-Einheit erreicht, im Inneren vonLiposomen werden pH-Änderungen von 0,3 Ei
