Photosynthetische Wasseroxidation: Zwischenschritte der Sauerstoff-Produktion

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Wolfgang Junge
• Fachliche Zuordnung: Biophysik
• Förderung: Förderung von 2002 bis 2011
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5377785

Die photosynthetische Sauerstoffproduktion aus Wasser, ausgeführt im Photosystem II (PSII) der grünen Pflanzen und Cyanobakterien, ist essentiell für das aerobe Leben. Die strukturellen Voraussetzungen und der Mechanismus der Katalyse sind trotz großer Anstrengungen, breitem Methodeneinsatz und jüngster Fortschritte auf dem Wege zu einer molekularen Struktur bisher nicht aufgeklärt worden. Die Oxidation des katalytischen Zentrums einschließlich gebundener Wassermoleküle erfolgt zyklisch in vier Teilschritten (Si == Si+1, i=0-3), ausgelöst durch einen photooxidierbaren Chlorophyllkomplex (P680) und vermittelt durch den Mn4-Katalysator bei extrem positivem Redoxpotential ,+1V. Die geplanten Arbeiten zielen auf erwartete Zwischenstufen und -schritte der letzten, Sauerstoff freisetzenden Reaktionsfolge, S3 == S4 -- S0. Da sich UV/VIS/ESR-spektroskopische Observablen in S4 -- S0 synchron zur Freisetzung von O2 verhielten, steht der Nachweis von Zwischenprodukten noch aus. Im Projekt werden zwei Strategien verfolgt: (A) Stabilisation der Zwischenprodukte bei hohem O2-Partialdruck (20 bar) und (B) kinetische "Entzerrung" der betreffenden Teilreaktionen in geeigneten Punktmutanten. Als Nebenprodukt wird eine erste direkte Titration des Mittenpotentials der letzten Redox-Übergänge angestrebt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen