Entstehung reaktiver Sauerstoffspezies in der Photosynthese und ihre Auswirkung auf die Genexpression
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Am Photosystem II (PSII) kann sowohl 1O2 und der O2.- entstehen. Mit Hilfe einer Punkmutation in der QA-Bindetasche des PSII konnten wir zeigen, dass die Menge an durch Ladungsrekombination erzeugten 1O2 vom QA Redoxpotential abhängt. Wir untersuchten die Plastochinoloxidase-Funktion des Cytochrom b559, einem essentiellen Bestandteil des PSII. Bei dieser durch DCMU-inhibierbaren Reaktion wird O2.- gebildet. Die Bedeutung der verschiedenen Potentialformen des Cyt b559 für die O2.--Entstehung ist noch unklar. Weiterhin haben wir die Entstehung reaktiver Sauer Stoffspezies in Chromoplasten untersucht. In der Chromorespiration wird unter Verbrauch von NADH O2.- gebildet. Diese Reaktion ließ sich sehr effizient durch Octylgallat hemmen, so dass als Elektronentransportkomponente die alternative plastidäre Oxidase (ptOX) in Frage kommt. Wir konnten zeigen, dass CrtI, eine bakterielle Carotin-Desaturase, ein Flavoprotein ist und wahrscheinlich Elektronen während der Desaturierungsreaktion auf ein Chinon übertragen kann. Das Chinol könnte seinerseits in der Plastide wiederum von ptOX oxidiert werden. Sowohl 1O2 als auch H2O2 sind Signalmoleküle, die die Genexpression beeinflussen. Am Beispiel der Expression einer Gluthationperoxidase in tocopherol- bzw. carotinoiddefizienten Chlamydomonas Zellen haben wir gezeigt, dass das die Erkennung von 1O2 als Signal nicht mit der Menge an 1O2 innerhalb der Thylakoidmembran korreliert ist. Mit Hilfe einer hydrophilen Spintrap konnten wir nachweisen, dass 1O2 aus der Membran heraus diffundieren kann. Die Seite der Signalerkennung scheint in diesem speziellen Fall außerhalb des Chloroplasten im Cytosol oder sogar im Kern zu erfolgen. Mit Hilfe eines Reportergenkonstrukts haben wir die H2O2-sensitive Genexpression in Chlamydomonas untersucht. Die Expression des Reportergens ist mit dem Oxidationszustand der photosynthetischen Elektronentransportkette und des Thioredoxins korreliert. Im Licht ist Thioredoxin reduziert, die Katalaseaktivität reduziert, die Konzentration zugesetzten H2O2s und das Expressionniveau hoch. Im Dunkeln (oder im Licht in Gegenwart von DCMU) hingegen ist die Katalaseaktivität hoch, zugesetztes H2O2 wird schnell abgebaut und das Niveau der Genexpression ist gering. Die Untersuchungen geben einen Einblick in die Komplexität der Signalwirkung reaktiver Sauerstoffspezies. Im Fall der H2O2-abhängigen Expression des Reportergens zeigt sich, dass nicht nur die Elektronentransferreaktionen im Chloroplasten sondern die gesamte Redoxbilanz der Zelle entscheidend ist. Weitere Untersuchungen sind notwendig, um die Komplexität des ROS-Netzwerks sichtbar zu machen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2005) Influence of the midpoint potential of QA on the singlet oxygen production in photosystem II. Meeting of the Association of Applied Biologists "Reactive oxygen species in plants" Bristol
C. Gross & A. Liszkay
- (2006) "Photosynthesis and the production of reactive oxygen species". Photosyntheseworkshop, Universität Frankfurt
C. Gross
- (2006) Tocopherol is the scavenger of singlet oxygen produced by the triplet states of chlorophyll in the PS II reaction centre. J. Exp. Bot. 57, 1677-1684
Krieger-Liszkay A., Trebst, A.
- (2007) „Superoxide production by Photosystem II: Role of Cytochrome b559". Photosyntheseworkshop, Mühlheim
C. Gross
- (2007) Influence of the redox potential of the primary quinone electron acceptor on photoinhibition in photosystem II. Journal of Biological Chemistry 282, 12492-12502
C. Fufezan, C. M. Gross, M. Sjödin, A. W. Rutherford, A. Krieger-Liszkay and D. Kirilovsky
- (2007) Role of singlet oxygen in chloroplast to nucleus retrograde signaling in Chlamydomonas reinhardtii. FEBS Lett. 581, 5555-5560
B.B. Fischer, A. Krieger-Liszkay, E. Hideg, I. Snyrychova, M. Wiesendanger, R.I.L. Eggen
- (2007) „Photosynthetic electron flow affects H2O2 signaling by inactivation of FhCh degrading enzymes". 14th International Congress on Photosynthesis, Glasgow
A. Liszkay
- (2007) „Superoxide production by Photosystem II: Role of Cytochrome b559". 14th International Congress on Photosynthesis, Glasgow
C. Gross
