Conformational dynamics of proton-translocation in the respiratory complex I

• Applicant: Professor Dr. Thorsten Friedrich
• Subject Area: Biophysics
• Term: from 2003 to 2004
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5410430

Die protonenpumpende NADH:Ubichinon Oxidoreduktase, auch respiratorischer Komplex I genannt, koppelt den Elektronentransfer von NADH auf Ubichinon mit der Translokation von Protonen über die Membran. Er ist damit ein wesentlicher Erzeuger des transmembranen Protonengradienten, der für energieverbrauchende Prozesse benötigt wird. Über den Mechanismus dieses Enzymkomplexes ist aufgrund seines komplizierten Aufbaus sowie dem Fehlen einer hochaufgelösten Struktur wenig bekannt. Es wird allgemein angenomss die Protonentranslokation direkt mit der Elektronenübertragung gekoppelt ist. Wir haben einen neuartigen Mechanismus vorgeschlagen, nach dem der Elektronentransfer eine Konformationsänderung des Komplexes hervorruft, die die Protonentranslokation induziert. Erste experimentelle Hinweise auf die katalytische Relevanz der konformativen Änderungen für die Redoxreaktion wurden von uns gefunden. Die Kopplung der Konformationsänderung mit der Protonentranslokation ist experimentell noch nicht bewiesen. In dem Projekt wollen wir die Konformation des Komplexes in verschiedenen Redoxzuständen bestimmen, sowie die Konformationsänderungen, die mit einer Protonentranslokation gekoppelt sind. Die Konformationen werden mittels Elektronen-Mikroskopie charakterisiert, die Energie, die für den Wechsel zwischen verschiedenen Zuständen benötigt wird, durch Kraftfeld-Mikroskopie, die diesem Prozess zugrundeliegende Dynamik über Fluoreszenz-Spektroskopie und die mit der Konformationsänderung gekoppelten Protonierungsreaktionen von Aminosäuren oder Redoxgruppen durch FT-IR-Spektroskopie.

• DFG Programme: Research Grants