Molekulare Einblicke in Cytochrom b6f gesteuertes PMF-Tuning

• Antragsteller: Professor Dr. Michael Hippler
• Fachliche Zuordnung: Biochemie und Biophysik der Pflanzen
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 507704013

Beim photosynthetischen Elektronentransfer trägt der Cytochrom b6f Komplex (b6f) zur Ausbildung beider PMF-Komponenten, delta pH und delta psi bei. Dieser Prozess wird vom Q-Zyklus angetrieben und läuft in zwei unterschiedlichen Modi ab – über den kanonischen Q-Zyklus, der während des linearen Elektronenflusses (LEF) operiert und über einen alternativen Q-Zyklus, der während des zyklischen Elektronentransfers (CEF) abläuft und dem b6f eine Ferredoxin-Plastochinon-Reduktase-Aktivität zuschreibt. Dieses Projekt zielt darauf ab, mechanistische Einblicke in die Struktur-Funktions-Abstimmung der lumenalen Qo- und der stromalen Qi-Stelle im b6f zu liefern (siehe auch Graphical Abstract P1). Die Qo-Stelle ist für die PQH2-Oxidation und die Elektronenbifurkation sowie für die pH-abhängige Verlangsamung des photosynthetischen Elektronentransfers verantwortlich. Dieser Prozess ist auch als „photosynthetische Kontrolle“ bekannt, wobei der Mechanismus unklar ist. Die Qi-Stelle im b6f ist für die Aufnahme von stromalen Elektronen wichtig, welche aus dem CEF stammen. Die Einspeisung dieser stromalen Elektronen geht mit dem Umschalten des Q-Zyklus vom kanonischen zum alternativen Modus einher. Um mechanistische Einblicke in die Funktion vom b6f zu bekommen, planen wir (i) die Rolle von STT7, einer Thylakoid-assoziierten Ser/Thr-Proteinkinase, und/oder der Phosphorylierung(en) der b6f Untereinheit IV und der Untereinheit PETO für die Struktur-Funktions-Abstimmung zu untersuchen. Unsere Arbeiten zielen auch darauf ab, (ii) molekulare Mechanismen zu identifizieren, die zur photosynthetischen Kontrolle an der Qo-Stelle beitragen. Hierzu planen wir Kandidatenreste im b6f durch ortsgerichtete Mutagenese zu verändern und funktionell zu untersuchen. Drittens wollen wir (iii) vergleichende Kryo-EM-Strukturanalysen, einschließlich chemischer Vernetzung und massenspektrometrischer Analysen, für isolierte WT- und mutierte b6f - Komplexe durchführen. Wir planen ferner die Antimycin-A (AA) Binding im b6f Komplex strukturell aufklären. Zusätzlich planen wir native Thylakoidmembranen von WT- und b6f - Mutanten in An- und Abwesenheit von AA mittels Kryo-ET untersuchen. Zusätzlich werden wir eine tragbare Einrichtung (Plonger) nutzen, um spektroskopische und massenspektrometrische Untersuchungen direkt mit Kryo-ET-Analysen zu vergleichen. Darüber hinaus zielen wir darauf ab, (iv) b6f - Komplexe als Sensoren für Chloroplasten-PMF zu konstruieren. Im Allgemeinen werden unsere Arbeiten zu den GoPMF Gesamtzielen 1, 2, 3, 4 und 5 beitragen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5573: Dynamische Regulation der protonenmotorischen Kraft in der Photosynthese
• Internationaler Bezug: Japan
• Kooperationspartner: Professor Genji Kurisu, Ph.D.; Shin-Ichiro Ozawa, Ph.D.; Professor Yuichiro Takahashi, Ph.D.