Funktionelle Analyse konservierter Gene aus Cyanobakterien und Chloroplasten : Untersuchungen zur Funktion und physiologischen Relevanz der Synechocystis sp. PCC6803-Gene ycf34, ycf54 und ycf59

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2012

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http://dx.doi.org/10.22029/jlupub-10223

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Konservierten Chloroplasten-Leserahmen und ihren cyanobakteriellen Homologen wurden in zahlreichen Analysen wichtige, bisher unbekannte Funktionen innerhalb der Photosynthese und ihr assoziierten Prozessen zugeordnet. In der vorliegenden Arbeit werden funktionelle Untersuchungen zu drei dieser Chloroplasten-Leserahmen vorgestellt. Hierfür wurde das einzellige Cyanobakterium Synechocystis sp. PCC 6803 verwendet, ein Modellorganismus für die Erforschung der oxygenen Photosynthese. Die Inaktivierung des ycf34-Gens führt in diesem Organismus zu einer Verminderung des photosynthetischen Elektronentransports, insbesondere bei niedriger Lichteinstrahlung. Mithilfe biophysikalischer Untersuchungen konnte eine Veränderung des Elektronentransports durch den Cytochrom-b6f-Komplex bestimmt werden, die vermutlich zu einer verminderten Transkription des cpcBAC2C1D-Operons führt. Dieses Operon kodiert strukturelle Einheiten der cyanobakteriellen Lichtsammelkomplexe, deren verminderte Abundanz und veränderte Komposition in ycf34--Zellen einen Wachstumsdefekt bei geringen Beleuchtungsintensitäten verursacht. Die biochemische Charakterisierung und spektroskopische Untersuchungen des rekombinant hergestellten Ycf34-Proteins identifizierten einen [4Fe-4S]-Cluster im Ycf34-Protein. Das membrangebundene Ycf34-Protein ist ein neues, bisher unbekanntes Eisen-Schwefel-Protein, welches mit Komponenten des photosynthetischen Elektronentransports in der Thylakoidmembran assoziiert.In dieser Arbeit wurden auch die Funktionen der beiden Proteine CycI und CycII untersucht. Sie sind Isoformen einer der Untereinheiten der oxidativen Magnesium-Protoporphyrin XI monomethylester (MgProtoME) Cyclase, einem Enzymkomplex der Chlorophyll-Biosynthese. Beide Isoformen werden ebenfalls von zwei konservierten hypothetischen Chloroplasten-Leserahmen kodiert, ycf59. Das CycI-Protein ist die hauptsächlich unter Standardbedingungen agierende oxidative Cyclase, während das CycII-Protein erst bei Sauerstoffmangel produziert wird und dann zusammen mit CycI operiert. Außerdem sollte eine noch immer unbekannte, weitere Untereinheit der oxidativen MgProtoME-Cyclase identifiziert werden. Physiologische Untersuchungen von Mutanten des konservierten hypothetischen Chloroplasten-Leserahmen ycf54 deuten auf eine Funktion des Ycf54-Proteins in der von der Cyclase katalysierten Reaktion. Co-Immunopräzipitationen demonstrierten eine physikalische Interaktion zwischen den Proteinen Ycf54 und Ycf59, und erlauben damit den Schluss, dass das ycf54-Gen eine der fehlenden Untereinheiten der oxidativen Cyclase kodiert. Unterschiede und Gemeinsamkeiten zu den plastidären Homologen werden diskutiert.

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