Die ultraschnelle Reaktionsdynamik einer enzymkatalysierten Reaktion - eine Analyse der lichtinduzierten Primärprozesse bei der Enzymkatalyse in der NADPH-Protochlorophyllid-Oxidoreduktase (EC 1.3.1.33)

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Privatdozentin Dr. Gudrun Hermann; Professor Dr. Jürgen Popp
• Fachliche Zuordnung: Biologische und Biomimetische Chemie
• Förderung: Förderung von 2007 bis 2011
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 46854702

Für eine enzymkatalysierte Reaktion soll die chemische Reaktionsdynamik im sub-Picosekundenzeitbereich untersucht werden, um daraus Erkenntnisse über die zielgerichtete Steuerung einer chemischen Reaktion in einem Enzym zu gewinnen. Als geeignetes Modellsystem wird die lichtinduzierte Enzymkatalyse in der NADPH-Protochlorophyllid-Oxidoreduktase (POR) herangezogen, da gegenwärtig nur lichtgetriebene Reaktionen einen Einblick in die interne Reaktionsdynamik durch Anwendung zeitaufgelöster spektroskopischer Techniken ermöglichen. Die POR ist ein Schlüsselenzym der Chlorophyllbiosynthese, das in einer lichtabhängigen Reaktion die Reduktion von Protochlorophyllid a zum Chlorophyllid a katalysiert. Durch den Einsatz verschiedener spektroskopischer Methoden mit Femtosekundenzeitauflösung sowie gezielter chemischer Modifikationen des Enzym-Substrat-Komlexes soll in diesem Enzym der Verlauf der Enzymkatalyse von ihrem Beginn bis hin zur Bildung eines ersten Photoprodukts sowohl hinsichtlich des zu Grunde liegenden kinetischen als auch molekularen Reaktionsmechanismus aufgeklärt werden. Aus den Ergebnissen werden Rückschlüsse auf die Kontrollmechanismen, die für die hohe Selektivität und Effizienz einer chemischen Reaktion in einem Enzym verantwortlich sind, erwartet. Die daran erkennbaren Strategien sind für das rationale Design und die Optimierung analoger chemischer Modelle und damit für die biomimetische Forschung von großer Bedeutung. Sie ermöglichen aber auch die Beurteilung von Chancen, längerfristig in den Ablauf photochemischer Reaktionen steuernd einzugreifen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Person: Professor Dr. Michael Schmitt