Modifikationen am Photosystem II-Reaktionszentrum

Ziel der Arbeit ist, eine Methode des Pigmentaustauschs am
Photosystem II Reaktionszentrum zu optimieren. Es konnten eine
Reihe von Chorophyll-ähnlichen Pigmenten in das RC integriert
werden. Dabei wurde ein Chlorophyll a (Chl) gegen ein
[Ni2+]-Chlorophyll a (Ni-Chl), ein [3-Acetyl]-chlorophyll a
(Ac-Chl) sowie ein [3-Acetyl]-Demethoxycarbonyl-Chlorophyll a
(Ac-Py-Chl) ausgetauscht. Der Austausch mit [Zn2+]-Chlorophyll
(Zn-Chl) und [Zn2+]-Methylchlorophyllid (Zn-Me-Chlid) führte
ebenfalls zu den Ersatz eines Chl, wobei aber die Gesamtanzahl der
Tetrapyrrolpigmente erhöht wurde. Mit Porphyrinen
(Protochlorophyll) und Bakteriochlorinen konnte kein Austausch
festgestellt werden. Die Bindungstasche ist demnach für Pigmente
zugänglich, bei denen die Peripherie und/oder das Zentralmetall
verändert wurde, während das Chlorinkonjugationssystem erhalten
bleiben muss. Das System zur Modifikation der Chlorin Kofaktoren am
6-Chlorophyll Reaktionszentrum (6-Chl PS II-RC) konnte auch für die
Pigmentrekonstitution von 5-Chlorophyll-Reaktionszentren verwendet
werden. Durch die Einführung eines nativen Chl in das RC konnte
gezeigt werden, dass die Extraktion des Chlorophylls reversibel
ist. Die Einführung von [3-Acetyl]-chlorophyll a,
[Ni2+]-Chlorophyll a und [Zn2+]-Chlorophyll a war möglich, wobei
nur das fehlende Chlorophyll ersetzt wurde. Die Produkte der
Rekonstitution und des Austauschs von Pigmenten an 5-Chl bzw. 6-Chl
PS II-RC gleichen sich, sodass es sehr wahrscheinlich ist, dass mit
beiden Verfahren das gleiche Chlorophyll verändert wird. Aufgrund
des langsameren Energietransfers (s.u.) und der kürzlich
veröffentlichten Röntgenstruktur [4] wurde dies einem peripheren
Chl zugeordnet, welches über Histidin 118 an die D1-Untereinheit
gebunden ist. Es wurden Hinweise auf eine unvollständige
Energieäquilibrierung zwischen den peripheren Chlorophyllen und den
Pigmenten im Kern des RC (vier Chlorophylle und zwei Pheophytine)
gefunden. Das hierfür stärkste Argument ist, dass die Einführung
einer effizienten Energiefalle (Ni-Chl) nur ein geringes Löschen
der Fluoreszenz (um 25 %) bewirkt. Insgesamt konnte gezeigt werden,
dass eine Modifikation der Chlorophylle im PS II-RC grundsätzlich
möglich ist, wobei der Austausch selektiv auf eines der sechs
beschränkt war, d.h. auf ein peripheres Chl gebunden an D1 über
Histidin 118.