The Protein Environment of the Primary Donor P700 in Photosystem I

Thema der Arbeit ist die Charakterisierung von mutierten Photosystem I(PSI)- Komplexen der Grünalge Chlamydomonas (C.) reinhardtii. Aminosäuren in der Umgebung des primären Elektronendonators P700 werden identifiziert und ihre Bedeutung für die Funktion des Proteinkomplexes untersucht. Bereits der nicht mutierte PSI-Komplex aus C. reinhardtii zeigt gegenüber Präparationen aus Pflanzen und Cyanobakterien Unterschiede in der Pigmentzusammensetzung des Proteinkomplexes und Abweichungen in den optischen Eigenschaften von P700. Die Verteilung der Spindichte im oxidierten P700+ und die Merkmale des Triplettzustandes sind im PSI der verglichenen Spezies hingegen identisch. Der Austausch der Aminosäuren Histidin-A676 in der Proteinuntereinheit PsaA und Histidin-B656 sowie Tyrosin-B659 in der Proteinuntereinheit PsaB des PSI wirkt sich auf den Proteingehalt in den Zellen aus und verändert die biophysikalischen Eigenschaften von P700. Die Substitution dieser Aminosäuren mit großen hydrophoben oder potentiell geladenen Seitenketten reduziert den Gehalt des Proteinkomplexes in den Zellen bis unter die Nachweisgrenze. Die geringe Konzentration an PSI in diesen Mutanten gestattet keine weitergehende biophysikalische Untersuchung. Mutationen, die kleine oder polare Aminosäuren an diesen Proteinpositionen generieren, führen zu Phänotypen, die eine moderate Menge des Photosystems akkumulieren. Die Modifizierung des Präparationsverfahrens zur Anreicherung des PSI und die Verwendung einer geeigneten Zellinie bilden die Voraussetzung für die biophysikalische Charakterisierung von P700 in diesen mutierten Proteinkomplexen. Die optischen Parameter, das Redoxpotential des primären Elektronendonators sowie die Spindichteverteilung im P700+-Radikal werden durch die Aminosäuresubstitutionen beeinflußt. Die Interpretation dieser Effekte führt mit den Literaturdaten zu dem Ergebnis, daß die beiden Histidine P700 axial ligandieren. Tyrosin-B659 in PsaB bindet sehr wahrscheinlich über eine H-Brücke an den Carbonylsauerstoff der Methylestergruppe des Chlorophyllmoleküls, das durch PsaB koordiniert wird. Die Resultate zeigen darüber hinaus, daß die beiden Chlorophyll-Moleküle, die P700 bilden, über kein gemeinsames Molekülorbital verfügen und somit kein supramolekulares System darstellen