Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg

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Forschung

Stichworte

  • Photosynthetische Lichtreaktionen
  • Struktur und Funktion von Photosystem II
  • Stabilität von Chloroplastenproteinen
  • Plastidäre Proteasen

Zusammenfassende Darstellung

Die Photosynthese ist ein grundlegender Prozeß auf unserer Erde, durch den energiereiche Kohlenhydrate aus den einfachen Ausgangsstoffen Kohlendioxid und Wasser gewonnen werden. Dazu ist die Energie des Sonnenlichtes nötig, das vom Chlorophyll eingefangen und in der sogenannten Lichtreaktion in chemische Energie in Form von ATP und NADPH umgewandelt wird. Diese Verbindungen werden dann in einer Dunkelreaktion benötigt, um Kohlendioxid in Form von Zuckern zu fixieren. Das Leben aller Organismen basiert direkt oder indirekt auf diesem Prozeß.

In Pflanzen und Algen findet die Photosynthese in den Chloroplasten statt. Das sind spezialisierte Zellorgane (Organellen mit eigenem Genom), die diesen Prozeß von den übrigen Zellreaktionen durch Membranen abgrenzen. Ein spezielles Membransystem innerhalb der Chloroplasten enthält die Komponenten für die Lichtreaktion. Wir beschäftigen uns mit einer dieser Komponenten, dem sogenannten Photosystem II. Dieser aus vielen Proteinen und Kofaktoren bestehende Komplex katalysiert lichtabhängig die Spaltung von Wasser in Sauerstoff und Protonen und die Reduktion des Plastochinons.

Eine Untereinheit dieses Photosystem II Komplexes ist das D1- Protein, dessen Struktur, Funktion und Biogenese wir modellhaft in der einzelligen Grünalge Chlamydomonas reinhardtii (http://www.botany.duke.edu/chlamy   ) untersuchen. Das D1-Protein besitzt eine Fülle interessanter Eigenschaften, die wir mit molekularbiologischen und biochemischen Methoden analysieren. Die Erzeugung von Mutanten spielt dabei eine entscheidende Rolle. Eine Schlüsseltechnik hierzu ist die Transformation des Chloroplastengenoms mit Hilfe der "Partikelkanone", ein Gerät, mit dem gezielt veränderte DNA in den Chloroplasten „geschossen“ und dort in das Genom durch homologe Rekombination integriert wird.

Wir wenden diese Technik auch an, um Proteasen des Chloroplasten zu untersuchen. Proteasen spielen eine Rolle beim Abbau des oben erwähnten D1-Proteins, aber auch bei der Entfernung von Proteinen, die während bestimmter Entwicklungsphasen nur vorübergehend benötigt oder durch Streßeinwirkung geschädigt werden.

Techniken

Molekularbiologische Techniken:

Klonierung, Sequenzierung, Gerichtete Mutagenese (Austausch von Aminosäuren, Epitop-Insertionen), "random" Mutagenese, Polymerase-Kettenreaktion (PCR), DNA- und RNA-Blotting (Southern- und Northern-Blots), Expression von Fremdproteinen in Bakterien, Transformation von Chloroplasten- und Kerngenomen

Proteinchemische Techniken:

Immunochemische Techniken (Western-Blots, Immunopräzipitationen), Proteinreinigungen (FPLC, Affinitätschromatographie), Polyacrylamid-Gelelektrophorese

Physiologische Techniken:

Messung der Sauerstoffentwicklung (Sauerstoffelektrode), Messung der Fluoreszenz, Proteinsynthese in ganzen Zellen und isolierten Chloroplasten, Pulse- und Pulse-Chase Experimente

Mikrobiologische Techniken:

Algenanzucht, Bakterienanzucht

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