Struktur, Funktion und Reaktionsmechanismus von photosynthetischen Ferredoxinen und Hydrogenasen (C 07)

• Fachliche Zuordnung: Pflanzenwissenschaften
• Förderung: Förderung von 2004 bis 2009
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5482065

Grünalgen produzieren unter anaeroben Bedingungen lichtabhängig molekularen Wasserstoff. Diese H2-Entwicklung wird von einer neuartigen Klasse von photosynthetischen [FeFe]- Hydrogenasen katalysiert, die trotz O2-Empfindlichkeit im Stroma des Chloroplasten lokalisiert sind und eine hohe spezifische Aktivität besitzen. Genaue strukturelle und funktionelle Daten zu diesen sehr kleinen monomeren Hydrogenasen (45 kDa) fehlen bislang. Nach der Etablierung eines heterologen Expressionssystems und neuer Isolierungsmethoden sollen nun die Struktur und der Reaktionsmechanismus der Hydrogenase (HydA1) aus Chlamydomonas reinhardtii aufgeklärt werden. Dazu soll mittels spektroskopischer Methoden (EPR, FTIR) der Aufbau des aktiven Zentrums (H-Kluster) untersucht werden. Außerdem sind systematische Untersuchungen von Struktur-Funktions-Verhältnissen in [FeFe]-Hydrogenasen aus Algen durch ortsspezifische Mutagenese geplant. Dieser Unterpunkt umfasst 3 Kernthemen, die zum Verständnis des enzymatischen Katalysewegs (2 é + 2 H+ <=> H2) bei [FeFe]-Hydrogenasen beitragen sollen: 1. Elektronentransfer zwischen HydA1 und verschiedenen Ferredoxinen, 2. Verifizierung des postulierten Protonentransfer-Pfades in HydA1, 3. Bedeutung des H2-Kanals in HydA1 als mögliche Eintrittspforte für O2 und CO. Außerdem soll ein neuartiges Ferredoxin FdxA aus C. reinhardtii, das nur unter anaeroben Bedingungen exprimiert wird, isoliert und biochemisch charakterisiert werden. FdxA besitzt eine für Ferredoxine ungewöhnliche Aminosäuresequenz. Deshalb soll mittels physikalischer Methoden (Röntgenstrukturanalyse, spektroskopische Untersuchungen) die molekulare Struktur und der Reaktionsmechanismus von FdxA aufgeklärt werden.

• DFG-Verfahren: Sonderforschungsbereiche
• Teilprojekt zu: SFB 480: Molekulare Biologie komplexer Leistungen von botanischen Systemen
• Antragstellende Institution: Ruhr-Universität Bochum
• Teilprojektleiter: Professor Dr. Thomas Happe