Geburtsdatum(生日): 14. 5. 1973
论文题目:
Structural and functional investigations of Photosystem II from Thermosynechococcus elongatus
(蓝藻光系统II结构和功能的研究)
读博期间发表及提交的文章:
(1)Hofbauer, W., Zouni, A., Bittl, R., Kern, J., Orth, P., Lendzian, F., Fromme, P., Witt, H.-T.,
Lubitz, W. (2001) "Photosystem II single crystals studied by EPR spectroscopy at 94 GHz:
the tyrosine radical Y(D)(*)." Proc Natl Acad Sci U S A 98: 6623-8.
(2)Zouni, A., Witt, H.T., Kern, J., Fromme, P., Krauss, N., Saenger, W., Orth, P. (2001) "Crystal
structure of photosystem II from Synechococcus elongatus at 3.8 A resolution." Nature 409:
739-743.
(3)Fromme, P., Kern, J., Loll, B., Biesiadka, J., Saenger, W., Witt, H.T., Krauss, N., Zouni, A.
(2002) "Functional implications on the mechanism of the function of photosystem II including
water oxidation based on the structure of photosystem II." Philos Trans R Soc Lond B Biol
Sci 357(1426): 1337-1344
(4)Kammel, M., Kern, J., Lubitz, W., Bittl, R. (2003) "Photosystem II single crystals studied by
transient EPR: the light-induced triplet state." Biochim Biophys Acta 1605: 47-54.
(5)Biesiadka, J., Loll, B., Kern, J., Irrgang, K.-D., Zouni, A. (2004) "Crystal structure of
cyanobacterial photosystem II at 3.2 Å resolution: a closer look at the Mn-cluster." Phys
Chem Chem Phys 6: 4733-4736.
(6)Kern, J, Loll, B, Lüneberg, C, DiFiore, D, Biesiadka, J, Irrgang, K-D, Zouni, A (2005).
"Purification, characterisation and crystallisation of photosystem II from
Thermosynechococcus elongatus cultivated in a new type of photobioreactor." Biochim
Biophys Acta 1706: 147-157.
(7)Kern, J., Loll, B., Biesiadka, J., Zouni, A., Irrgang, K.-D., Saenger, W. (2005)
"Cyanobacterial photosystem II at 3.2 Å resolution - the quinone binding pockets."
Photosynth Res in press.
(8)Kern, J., Zouni, A., Franke, P., Schröder, W., Irrgang, K.-D. (2005) "Subunit composition of
monomeric and dimeric photosystem II core complexes from the cyanobacterium
Thermosynechococcus elongatus and the higher plant Spinacia oleracea." Biochim. Biophys
Acta submitted.
(9)Loll, B., Kern, J., Biesiadka, J., Zouni, A., Saenger, W., Irrgang, K.-D. (2005) " The antenna
system of photosystem II from T. elongatus at 3.2 Å resolution -." Photosynth Res accepted.
(10)Zouni, A., Kern, J., Frank, J., Hellweg, T., Behke, J., Saenger, W., Irrgang, K.-D. (2005)
"Size determination of cyanobacterial and higher plant photosystem II by gel permeation
chromatography, light scattering and ultracentrifugation." Biochemistry .DOI:
10.1021/bi047685q
(11)Sarrou, J., Isgandarova, S., Kern, J., Zouni, A., Renger, G., Lubitz, W., Messinger, J. (2003)
"Nitric oxide-induced formation of the S-2 state in the oxygen-evolving complex of
photosystem II from Synechococcus elongatus." Biochemistry 42: 1016-1023.
(12)Kaminskaya, O., Kern, J., Shuvalov, V.A., Renger, G. (2004) "Exctinction coefficients of
cytochromes b559 and c550 of Thermosynechococcus elongatus. and cyt b559/PSII
stoichiometry of higher plants" Biochim. Biophys. Acta submitted
论文语言:
摘要为德语,主体为英语
文章摘要:
Die oxygene Photosynthese ist neben der Atmung der bedeutendste biologische
Energieumwandlungprozess. Sie generiert den gesamten atmosphärischen Sauerstoff und fast
alle Nährstoffe für nicht-photosynthetische Organismen. Die lichtinduzierte oxidative
Spaltung von Wasser findet in Photosystem II (PSII) statt, einem in Thylakoidmembranen von
Pflanzen, Algen und Cyanobakterien vorkommendem Pigment-Protein-Komplex. Die
Kenntniss der Struktur des PSII Enzymkomplexes ist eine Voraussetzung für ein tieferes
Verständniss dieses Prozesses.
In der vorliegenden Arbeit wurde eine schnelle Reinigungsmethode für PSII-Core Komplexe
(PSIIcc) aus den Thylakoidmembranen des Cyanobakteriums Thermosynechococcus
elongatus entwickelt. Monomere (M) und dimere (D) Formen des PSIIcc konnten in hohen
Ausbeuten separiert werden. Der Oligomerisationszustand des Proteins wurde mit Hilfe von
Gelfiltration, dynamischer Lichtstreuung und analytischer Ultrazentrifugation untersucht,
wobei Größen von 440 kDa und 760 kDa für PSIIccM und D erhalten wurden.
PSIIccM und D wurden auf ihre photochemische Aktivität, Sauerstoffentwicklungsaktivität,
sowie ihre Pigment-, Lipid- und Detergenszusammensetzung untersucht. Es wurden Werte
von 36 Chla, 2 Pheoa, 9 β-Car, 2.9 PQ9, 3.8 Mn, 10 Lipide, 110 β-DM pro photochemischem
Zentrum und Sauerstoffaktivitäten von 3000 µmol O2/(mg Chla h) erhalten, wobei sich
PSIIccM und D nicht merklich unterschieden. Die Polypeptidzusammensetzung wurde mit
Hilfe von Gelelektrophorese, N-terminaler Sequenzierung und Massenspektrometrie
untersucht. In beiden Formen wurden die 19 Untereinheiten PsbA, B, C, D, E, F, H, I, J, K, L,
M, O, T, U, V, X, Y und PsbZ gefunden. Von PSIIccD konnten Kristalle gezüchtet werden,
deren Sauerstoffentwicklungsaktivität, Untereinheitenzusammensetzung und Pigmentstöchio-
metrie denen des gelösten PSIIccD entsprachen.
Einkristalle des PSIIccD wurden mit Hilfe von EPR und XAS spektroskopisch untersucht.
Hochfeld-EPR am dunkelstabilen Tyrosinradikal TyrD und transienten EPR am licht-
induzierten Triplettzustand 3 P680 erbrachten Informationen über die dreidimensionale Orien-
tierung der entsprechenden Kofaktoren. Zur Untersuchung des Oxidationszustandes und der
Orientierung des Mn-Clusters wurden Röntgenabsorptionsmessungen an den Kristallen
durchgeführt und die Anwendbarkeit dieser Methode auf PSII-Einkristalle gezeigt.
Die anfangs erhaltenen Kristalle zeigten Röntgenbeugung bis zu einer Auflösung von 3.8 Å
die bis auf 3.2 Å verbessert werden konnte. Bei 3.8 Å Auflösung konnten die membran-
ständigen Untereinheiten D1, D2, CP43, CP47 (PsbA-D) und cyt b559 (PsbE, F) sowie die
beiden membranextrinsischen Untereinheiten PsbO und PsbV lokalisiert werden. Für die
Kofaktoren der Elektronentransportkette wurde eine symmetrische Anordnung entlang zweier
Äste gefunden. Eine dem Mn-Cluster zuzuordnende Elektronendichte wurde auf der
lumenalen Seite von D1 beobachtet, aus deren Form auf eine „3+1“ Anordnung der Mn-Ionen
geschlossen werden konnte. Bei 3.2 Å Auflösung konnte die Mehrzahl der Aminosäureseiten-
ketten zugeordnet werden, die meisten der lumenalen Bereiche von D1, D2, CP43, CP47
sowie die extrinsische Untereinheit PsbU wurden modelliert, und Informationen über die
Bindungstaschen der Kofaktoren sowie mögliche Wasserstoffbrückenbindungen gewonnen.
Ein β-Carotin wurde in der Nähe des Cyt b559 identifiziert und ein Ca2+in der Nachbarschaft
des Mn-Clusters zugeordnet. Einige der Mn-Liganden konnten eindeutig bestimmt werden
参考文献数目:
435