Crystallographic and infrared spectroscopic investigation of the bacterial photosynthetic reaction center

Die Photosynthese ist einer der elementarsten Prozesse für das Leben auf der Erde. Ein Schlüsselschritt in diesem vielstufigen Prozess ist die Umwandlung von Lichtenergie in chemische Energie. Dieser Schritt wird von Transmembranproteinkomplexen, den Reaktionszentren, initiiert indem sie lichtinduzierte Elektronentransferreaktionen an die Aufnahme von Protonen koppeln. Wie sie die Kopplung auf molekularer Ebene erreichen, wird in dieser Arbeit anhand des bakteriellen Reaktionszentrums des Nichtschwefelpurpurbakteriums \(\textit {Rhodobacter sphaeroides}\) mit einer Kombination mikrobiologischer, biochemischer und biophysikalischer Methoden untersucht, insbesondere der hochzeitaufgelösten Fourier-Transform-Infrarotspektroskopie und der Röntgenkristallographie. Als Synthese aller Ergebnisse, wird ein neues molekulares Modell der Kopplung von Elektronen- und Protonentransfer vorgestellt mit besonderer Berücksichtigung der Rolle eines proteininternen wasserstoffbrückengebundenen Wassernetzwerks.Photosyntesis is one of the most fundamental processes for terrestrial life. A key step in this multistage process is the transformation of light energy into chemical energy. This step is initiated by transmembrane protein complexes, the reaction centers, by coupling light-induced electron transfer to proton uptake. How they achieve the coupling on a molecular level is investigated in this work using the bacterial reaction center of the purple non-sulfur bacterium \(\textit {Rhodobacter sphaeroides}\) and a combination of microbiological, biochemical and biophysical methods, especially highly time-resolved Fourier-transform infrared spectroscopy and X-ray crystallography. As a synthesis of all results, a new molecular model of the coupling of electron and proton transfer is presented with particular regard to the role of a protein internal hydrogen-bonded water network