Conformational dynamics of proton-translocation in the respiratory complex I

• Applicant: Professor Dr. Thorsten Friedrich
• Subject Area: Biophysics
• Term: from 2004 to 2006
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5435086

Die protonenpumpende NADH:Ubichinon Oxidoreduktase, auch respiratorischer Komplex 1 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. Der Komplex 1 spielt eine zentrale Rolle im Zellmetabolismus Fehlfunktionen des Komplexes scheinen eine Ursache für verschiedene neurodegenerative Krankheiten zu sein. Obwohl es für das Verständnis der molekularen Ursachen dieser Krankheiten nötig ist, die Struktur und Funktion dieses Enzymkomplexes zu kennen, ist sein Mechanismus aufgrund seines komplizierten Aufbaus sowie des Fehlens einer hochaufgelösten Struktur wenig verstanden. Es wird allgemein angenommen, dass die Protonentranslokation direkt an die Elektronenübertragung gekoppelt ist. Wir haben einen neuartigen Mechanismus vorgeschlagen, nach dem der Elektronentransfer eine Konformationsänderung des Komplexes hervorruft die die Protonentranslokation induziert. Erste Experimente unserer Gruppen weisen auf die katalytische Relevanz der konformativen Änderungen für die Redoxreaktion hin. 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 zugrunde liegende Dynamik über Fluoreszenz-Spektroskopie und die mit der Konformationsänderung gekoppelten Protonierungsreaktionen von Aminosäuren oder Redoxgruppen durch FT-IR-Spektroskopie.

• DFG Programme: Research Grants