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Untersuchungen zur Bindung des sekundären Akzeptors in Photosystem I mit Methoden der EPR-Spektroskopie
Teutloff, Christian
Im Rahmen dieser Arbeit wurden die besonderen Eigenschaften des sekundären Akzeptors in PS I, einem Phyllochinon, untersucht und in Beziehung zu dessen Proteinumgebung gesetzt. Hierbei kamen Verfahren der EPR- und ENDOR-Spektroskopie zum Einsatz, mit denen selektiv ungepaarte Elektronenspins, wie sie infolge des lichtinduzierten Ladungstransfers in PS I auftreten, beobachtet werden können. Gegenstand der Untersuchungen war das Semichinon-Radikalanion A1.- bzw. das nach Lichtanregung intermediär auftretende sekundäre Radikalpaar P700.+A1.- . Die Interpretation der Ergebnisse für A1.- basierten auf Messungen an Chinonen in vitro und DFT-Rechnungen, die sowohl an Chinonen als auch an einem Teil der Bindungstasche von A1 durchgeführt wurden. Das niedrige Reduktionspotential des im Protein gebundenen Phyllochinons, A1/A1.-, konnte durch cyclovoltammetrische Messungen des Chinons in einer Reihe von Lösemitteln unterschiedlicher Polarität auf eine sehr apolare Bindungstasche zurückgeführt werden. Dabei erwies sich der g-Tensor des Anionradikals als empfindliche Sonde der Polarität der Umgebung. Die spezielle, asymmetrische Spindichteverteilung in A1.- konnte über DFT-Rechnungen an einem Modell der Bindungstasche durch eine einseitige Wasserstoffbrücke erklärt werden. Mittels ENDOR-Messungen an einem in die A1-Bindungstasche inkorporierten, deuterierten Chinon konnte die starke H-Brücke nachgewiesen werden. Die Untersuchungen am Radikalpaar P700.+A1.- mit EPR- und ENDOR-Spektroskopie zeigten, daß ausschließlich die Bindungstasche die für effizienten Vorwärtselektronentransfer notwendigen Redoxeigenschaften des Chinons bestimmt und dadurch sogar ein funktionaler PS I-Komplex mit Plastochinon-9 als sekundärem Akzeptor möglich ist. Mit Messungen an PS I-Punktmutanten der Grünalge Chlamydomonas reinhardtii war es möglich, den bei tiefen Temperaturen am Elektronentransfer beteiligten PsaA-Zweig der C2-symmetrisch aufgebauten Kofaktorenkette über die Wechselwirkung des Trypthophans A 693 zu identifizieren. Erstmals wurden ENDOR-Messungen an P700.+A1.- in PS I-Einkristallen durchgeführt, mit denen die genauen Hyperfeintensorhauptwerte der 2-Methylgruppe des Semichinonanions und die Orientierung zur kristallographischen c-Achse bestimmt wurden.
