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Projekt
Strukturelle und funktionelle Analyse von NDH-1 Superkomplexen
Antragsteller
Professor Dr. Marc Nowaczyk; Dr. Jan Michael Schuller
Fachliche Zuordnung
Biochemie und Biophysik der Pflanzen
Förderung
Förderung seit 2023
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 507704013
Membranproteinkomplexe spielen eine entscheidende Rolle in der Bioenergetik, insbesondere bei photosynthetischen Organismen. Sie sind für die Umwandlung von Licht in chemische Energie in der Primärreaktion der Photosynthese verantwortlich und treiben so den Energiegradienten an, der für fast alles Leben auf unserem Planeten verantwortlich ist. In diesem grundlegenden Prozess kombinieren sie den lichtgetriebenen Transport von Elektronen mit dem vektoriellen Transport von Protonen über eine Membran. Wir interessieren uns besonders für einen Typ dieser molekularen Maschinen, den Komplex I (auch bekannt als NDH-1), der sowohl Teil der photosynthetischen als auch der respiratorischen Elektronentransportkette ist. Er verbindet den Elektronentransfer von Ferredoxin (Fd) zu Plastochinon mit dem Transfer von Protonen durch die Thylakoidmembran auf bisher unbekannte Weise. Viele Fragen zur genauen molekularen Funktion sind noch unbeantwortet, da es keine auf Struktur-Funktions-Mutagenese basierenden Studien gibt. Als hocheffiziente Protonenpumpe könnte der NDH-1 Komplex wesentlich zur Bildung der protonenmotorischen Kraft (PMK) beitragen, indem er im zyklischen Elektronentransport Elektronen von Photosystem I (PSI) über Fd aufnimmt, aber die Rolle in vivo ist eher unklar. Von Landpflanzen ist bekannt, dass PSI und NDH-1 einen Superkomplex bilden, doch die derzeitigen Strukturmodelle sind unvollständig und die mit Fd interagierenden Untereinheiten fehlen darin. Darüber hinaus ist die Bildung eines cyanobakteriellen Superkomplexes aus NDH-1, PSI und CpcG2-Phycobilisomen oder mit H2ase/Diaphorase als alternativem Elektronendonor noch nicht geklärt. Das Projekt wird neue molekulare Einblicke in die Funktion von NDH-1 und seine Einbindung in das dynamische Elektronentransportnetzwerk der Zelle liefern, basierend auf unseren jüngsten Fortschritten in der Strukturanalyse des cyanobakteriellen Komplexes. Insbesondere werden wir uns auf die Superkomplexbildung mit PSI und mit H2ase/Diaphorase konzentrieren, um seine Rolle bei der PMF-Bildung zu verstehen. Cyanobakterielle Superkomplexe werden in den Modellorganismen Synechocystis sp. PCC 6803 und dem filamentösen, diazotrophen Cyanobakterium Anabaena sp. PCC 7120 untersucht, die mit dem Landpflanzen-Superkomplex des Bryophyten P. patens verglichen werden, einem genetisch zugänglichen System, das ein vergleichsweise einfaches Upscaling der Biomasseproduktion ermöglicht.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
