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2020-09-14Dissertation DOI: 10.18452/21735
Kinetische, theoretische und strukturelle Charakterisierung des Cytochrom c-Photosystem I-Komplexes
dc.contributor.authorKölsch, Adrian
dc.date.accessioned2020-09-14T09:34:23Z
dc.date.available2020-09-14T09:34:23Z
dc.date.issued2020-09-14none
dc.identifier.urihttp://edoc.hu-berlin.de/18452/22618
dc.description.abstractPhotosystem I (PSI) aus dem thermophilen Cyanobakterium Thermosynechococcus elongatus ist ein transmembraner Protein-Pigment-Superkomplex der photosynthetischen Elektronentransportkette. Er wandelt die Energie des Lichts in elektrische Energie mit einer Quanteneffizienz von nahezu 100 % um. Dazu uberträgt PSI Elektronen von Plastocyanin bzw. Cytochrom c6 (Cyt c6) auf Ferredoxin. Die Struktur des PSI wurde bereits 2001 mit einer Auflösung von 2,5 Å beschrieben (Jordan et al. 2001). Es lässt sich zur Generierung von Photoströmen auf Elektrodenoberflächen assemblieren und zur Produktion von Biokraftstoffen mit Enzymen koppeln. Die elektrische Kontaktierung des PSI mit Elektrodenoberflächen kann durch Komplexierung mit dem mitochondrialem Cytochrom c aus Pferdeherz (Cyt cHH) erhöht werden. Aufgrund der Nutzbarkeit dieses Proteinkomplexes sollte geklärt werden, wie PSI und Cyt cHH wechselwirken und wie sich die Interaktion von der des nativen PSI-Cyt c6-Komplexes unterscheidet. Deshalb lag der Fokus meiner Arbeit darauf, die Bindung des Cyt c6 und seines Analogons Cyt cHH an PSI mit kinetischen, kalorimetrischen, theoretischen und strukturellen Methoden zu untersuchen. Das Cyt c6 bindet im reduzierten Zustand an PSI und verringert nach erfolgtem Elektronentransfer seine Affinität. Das Cyt cHH bindet dagegen sowohl im reduzierten als auch im oxidierten Zustand an PSI. Mit Hilfe der kinetischen Messungen habe ich Bedingungen identifiziert, unter denen PSI mit dem jeweiligen Cytochrom c einen stabilen Komplex eingeht. Mit Hilfe eines rigid-body dockings wurden potenzielle Bindungsstellen der beiden Cytochrome berechnet. Fur Cyt c6 ergab sich eine spezifische Bindungsstelle, die eine gute Übereinstimmung mit den von mir gemessenen Kinetiken sowie mit weiteren Literaturdaten zeigt. Diese Bindungsstelle korreliert mit der veröffentlichten Kostruktur des bakteriellen Reaktionszentrums mit Cyt c2 aus Rhodobacter sphaeroides. Demgegenüber sind mehrere Cyt cHH-Bindungsstellen ...ger
dc.description.abstractPhotosystem I (PSI) from the thermophilic cyanobacterium Thermosynechococcus elongatus is a membrane-bound, multipigment protein supercomplex. It converts light to electrochemical energy with a quantum efficiency of almost 100 %. It reduces the luminal proteins plastocyanin and cytochrome c6 (Cyt c6) to oxidize the stromal protein Ferredoxin. The structure of PSI has been solved in 2001 at a resolution of 2,5 Å (Jordan et al. 2001). PSI can be assembled on an electrode surface to produce photocurrents and the generated electrons can be used for the production of biofuels. The mitochondrial cytochrome c from horse heart (Cyt cHH) binds strongly to both, PSI and the electrode surface, and can therefore be applied to improve the electrical coupling. Due to the practical use of the PSI-Cyt c complex, the aim of my thesis is to characterize the interaction of PSI with Cyt c6 and the analog Cyt cHH. To this end, the binding of both cytochromes to PSI was analyzed by kinetic, calorimetric, theory-based and structural methods. Cyt c6 binds to PSI while being reduced and decreases its affinity after transferring its electron. In contrast, Cyt cHH binds to PSI in both oxidation states, reduced and oxidized, with identical affinity. By means of kinetic measurements, I identified conditions in which PSI forms a stable complex with either of the two cytochromes. The positions of the cytochrome binding sites at PSI were calculated by a rigid-body docking. For the calculation with Cyt c6, the majority of the potential binding sites are located at the luminal side of PSI, close to P700. The theoretic properties of one of these binding sites are in good agreement with my own kinetic measurements and literature data. The position and orientation of Cyt c6 in this theoretic binding site is almost identical to the localization of Cyt c2 in cocrystals with the bacterial reaction center from Rhodobacter sphaeroides. The potential Cyt cHH binding sites are uniformly distributed over ...eng
dc.language.isogernone
dc.publisherHumboldt-Universität zu Berlin
dc.relation.haspart10.1074/jbc.RA117.000953
dc.relation.haspart10.1007/s11120-017-0342-6
dc.relation.haspart10.1039/C6NR00097E
dc.rights(CC BY 4.0) Attribution 4.0 Internationalger
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
dc.subjectPhotosystemger
dc.subjectCytochromger
dc.subjectKristallstrukturger
dc.subjectElektronenmikroskopieger
dc.subjectRigid Body Dockingger
dc.subjectKleinwinkelstreuungger
dc.subjectKinetikger
dc.subjectXFELger
dc.subjectSANSger
dc.subjectAffinitätger
dc.subjectPhotosystemeng
dc.subjectCytochromeeng
dc.subjectCrystal Structureeng
dc.subjectXFELeng
dc.subjectSerial Femtosecond Crystallographyeng
dc.subjectSANSeng
dc.subjectElectron Microscopyeng
dc.subjectRigid Body Dockingeng
dc.subject.ddc570 Biowissenschaften; Biologienone
dc.titleKinetische, theoretische und strukturelle Charakterisierung des Cytochrom c-Photosystem I-Komplexesnone
dc.typedoctoralThesis
dc.identifier.urnurn:nbn:de:kobv:11-110-18452/22618-7
dc.identifier.doihttp://dx.doi.org/10.18452/21735
dc.date.accepted2020-08-05
dc.contributor.refereeZouni, Athina
dc.contributor.refereeLeimkühler, Silke
dc.contributor.refereeReber, Simone
dc.subject.rvkWN 3100
dc.subject.rvkWN 3150
dc.subject.rvkWD 2200
local.edoc.pages151none
local.edoc.type-nameDissertation
local.edoc.institutionLebenswissenschaftliche Fakultätnone

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