Chemistry of mixed-ligand methoxy bonded oxidovanadium(V) complexes with a family of hydrazone ligands containing VO3+ core and their substituent controlled methoxy-bridged dimeric forms

[(VO)-O-IV(acac)(2)] reacts with an equimolar amount of benzoyl hydrazones of 2-hydroxyacetophenone (H2L1), 2-hydroxy-5-methylacetophenone (H2L2) and 5-chloro-2-hydroxyacetophenone (H2L4) in methanol to afford the penta-coordinated mixed-ligand methoxy bonded oxidovanadium(V) complexes [(VO)-O-V(L-1)-(OCHA(3))](1). [(VO)-O-V(L-2)(OCH3)](2), and [(VO)-O-V(L-4)(OCH3)](4), respectively, whereas, the similar reaction with the benzoyl hydrazone of 2-hydroxy-5-methoxyacetophenone (H2L3) producing only the hexa-coordinated dimethoxy-bridged dimeric complex [(VO)-O-V(L-3)(OCH3)](2) (3A). Similar type of hexa-coordinated dimeric analogue of 1 i.e., [(VO)-O-V(L-1)(OCH3)](2) (1A) was obtained from the reaction of [(VO)-O-IV(acac)(2)] with the equimolar amount of H2L1 in presence of half equivalent 4,4'-bipyridine in methanol while the decomposition of [(VO)-O-IV(L-2)(bipy)] complex in methanol afforded the dimeric analogue of 2 i.e., [(VO)-O-V(L-2)(OCH3)](2) (2A). All these dimeric complexes 1A-3A react with an excess amount of imidazole in methanol producing the respective monomeric complex. The X-ray structural analysis of 1-3 and their dimeric analogues 1A-3A indicates that the geometry around the vanadium center in the monomeric form is distorted square-pyramidal while that of their respective dimeric forms is distorted octahedral, where the ligands are bonded to vanadium meridionally in their fully deprotonated enol forms. Due to the formation of bridge, the V-O(methoxy) bond in the dimeric complexes is lengthened to such an extent that it becomes equal in length with the V-O(phenolate) bond in 3A and even longer in 1A and 2A, which is unprecedented. The H-1 NMR spectra of the complexes 1A-3A in CDCl3 solution, indicates that these dimeric complexes are converted appreciably into their respective monomeric form. Complexes are electro-active displaying one quasi-reversible reduction peak near +0.25 V versus SCE in CH2Cl2 solution. The E-1/2 values of the complexes show linear relationship with the Hammett parameter (sigma) of the substituents. All these VO3+-complexes are converted to the corresponding complexes with V2O34+ motif simply on refluxing them in acetone and to the complexes with VO2+ motif on reaction with 2 KOH in methanol. (C) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Identification of a novel ligand binding motif in the transthyretin channel

The design of therapeutic compounds targeting transthyretin (TTR) is challenging due to the low specificity of interaction in the hormone binding site. Such feature is highlighted by the interactions of TTR with diclofenac, a compound with high affinity for TTR, in two dissimilar modes, as evidenced by crystal structure of the complex. We report here structural analysis of the interactions of TTR with two small molecules, 1-amino-5-naphthalene sulfonate (1,5-AmNS) and 1-anilino-8-naphthalene sulfonate (1,8-ANS). Crystal structure of TTR: 1,8-ANS complex reveals a peculiar interaction, through the stacking of the naphthalene ring between the side-chain of Lys15 and Leu17. The sulfonate moiety provides additional interaction with Lys15` and a water-mediated hydrogen bond with Thr119`. The uniqueness of this mode of ligand recognition is corroborated by the crystal structure of TTR in complex with the weak analogue 1,5-AmNS, the binding of which is driven mainly by hydrophobic partition and one electrostatic interaction between the sulfonate group and the Lys15. The ligand binding motif unraveled by 1,8-ANS may open new possibilities to treat TTR amyloid diseases by the elucidation of novel candidates for a more specific pharmacophoric pattern. (C) 2009 Published by Elsevier Ltd.

Zeitaufgelöste Fluoreszenzmessungen zur Faltung und Pigmentbindung des Lichtsammlerproteins LHC II aus Photosystem II

Zusammenfassung Der Lichtsammlerkomplex (LHCII) aus PhotosystemII hoeherer Pflanzen kann in vitro rekonstituiert werden. Es werden drei Reaktionszeiten (<10 s; <1 min; <10 min) aufgeloest. Dabei werden bei allen Reaktionszeiten Pigmente durch das Apoprotein gebunden. Chlorophylle (Chl a und Chl b) und Xanthophylle wirken limitierend auf die Rekonstitution. Chl a beschleunigt die zweite Reaktionszeit, ein ausgeglichenes Chl a/b-Verhaeltnis verkürzt die dritte Reaktionszeit. Ein molekularer Mechanismus als Interpretation dieser Effekte wird vorgeschlagen. Native Lipide verlaengern nichtspezifisch die Rekonstitution. Abiotische Faktoren haben einen spezifischen Einfluss auf die Rekonstitution. Spezifische Einfluesse der o. a. Bedingungen auf die thermische Stabilitaet des rekonstituierten LHCII wurden bestimmt.

Zeitaufgelöste Messung der Faltung und Pigmentbindung des Lichtsammlerproteins LHCIIb anhand verschiedener spektroskopischer Monitore

Über die Biogenese des Lichtsammelkomplexes des Photosystems II höherer Pflanzen (LHCII) in der Thylakoidmembran der Chloroplasten existieren wenige Daten. Deswegen soll die Aufklärung des Faltungsmechanismus in vitro anhand von zeitaufgelösten Messungen der Rückfaltung des Komplexes Rückschlüsse auf die Situation in vivo ermöglichen.Zur Beobachtung der Rückfaltung wurden Methoden der Fluoreszenz- und CD-Spektroskopie verwendet. Die Pigmentbindung und die Ausbildung von α-helikaler Sekundärstruktur erfolgt in einem schnelleren und einem langsameren apparenten Schritt (Sekunden und Minuten); beide Vorgänge sind eng gekoppelt und limitiert durch die Bindung der Carotinoide. In der schnelleren Phase ist die Bindung von Chl a und Lutein ausreichend für die Zunahme an α-helikaler Struktur. Ein thermodynamisch stabiler Komplex erfordert die Bindung von Chl b und Carotinoiden. In der schnellen Phase bindet Chl a vor Chl b und Lutein mindestens so schnell wie Chl b; beide Pigmente limitieren die Bindung von Chl b. Chl b ist notwendig für die Ereignisse der langsameren Phase.Bzgl. der Situation in vivo deuten die Daten auf (1) eine aktive Rolle der Pigmentbindung für die Membraninsertion des Proteins, (2) einen Schutz vor Photooxidation der Chlorophylle durch die obligatorische Carotinoidbindung und (3) die Möglichkeit der Umsetzung von LHCII-gebundem Chl a zu Chl b.

Regulation der Zeaxanthin- und der Diatoxanthin-Epoxidase in Chlorophyll a/b- und Fucoxanthin-Chlorophyll a/c-haltigen Pflanzen

In der vorliegenden Arbeit wird der Vx-Zyklus und der Ddx-Zyklus unterschiedlicher Pflanzen hinsichtlich ihrer Regulation untersucht. Es konnte an Hand von in vivo Messungen gezeigt werden, dass bei zwei Kieselalgen unterschiedlicher Ordnung (Pennales bzw. Centrales) und einer Haptophyte mit Ddx-Zyklus die Dtx-Epoxidase delta-pH-reguliert ist. Im Gegensatz dazu steht die nicht-regulierte Zx-Epoxidase des Vx-Zyklus einer Raphidophyceae, einer Grünalge und einer aquatischen Höheren Pflanze. Es konnte gezeigt werden, dass der Grund für diese unterschiedliche Regulation der beiden Epoxidasen die verschiedenen Quench-Eigenschaften der Pigmente Dtx bzw. Zx ist. Durch parallele Messungen des NPQ und des De-Epoxidierungsgrads wurde deutlich, dass Zx zum Aufbau eines Quenching direkt den im Licht aufgebauten delta-pH benötigt, während Dtx alleine ausreichend ist, um ein Quenching zu verursachen. Bei diesen in vivo Messungen wurde außerdem deutlich, dass die Aktivitäten der untersuchten Epoxidasen große Unterschiede aufweisen. Diese sind abhängig von der entsprechenden Pigmentierung des jeweiligen Lichtsammelsystems, stehen also in Zusammenhang mit den Carotinoidbiosynthesen. Es konnte gezeigt werden, dass bei allen untersuchten Organismen, die eine Xanthophyll-dominierte Antenne mit Fx als Massenpigment enthielten, die Umsatzraten der Epoxidase sehr hoch waren, im Gegensatz zu Chl-dominierten Antennen. Nach diesen Erkenntnissen wurde die Dtx-Epoxidase weiter untersucht und so erstmalig durch Western-Blotting identifiziert. Es ergaben sich, allerdings erst nach zusätzlicher Proteinstabilisierung, zwei Signale, eins bei 60 kDa, das andere bei 57 kDa. Hierbei ist nach wie vor unklar, warum das Antiserum zwei Signale lieferte und ob es sich dabei um Isoformen, um anderweitige Modifizierungen, oder um eine Kreuzreaktion handelt. Auch der Mechanismus der delta-pH-Regulation der Dtx-Epoxidase konnte trotz in vivo und in vitro durchgeführter Studien nicht endgültig geklärt werden. Allerdings konnten verschiedene Mechanismen, wie z.B. eine direkte pH-Abhängigkeit des Enzyms, eine Regulation durch Reduktion und Oxidation oder durch Phosphorylierung und Dephosphorylierung, auf Grund der Daten falsifiziert werden. Es konnte schließlich die Regulation mit Hilfe eines transmembranen Rezeptors als das einzige, mit allen Daten konsistente Regulationsmodell vorgeschlagen werden.

Terrylendiimide als Biolabel und funktionelle Farbstoffe

In dieser Arbeit werden neue Rylenimide und Anwendungsmöglichkeiten für diese Farbstoffklasse beschrieben, die sich durch hohe Photostabilitäten und hohe Fluoreszenzquantenausbeute auszeichnet. Ziel dieser Arbeit war es, durch systematische Wahl der Substituenten in den Imidstrukturen und/oder den bay-Regionen von Rylendiimidfarbstoffen vollkommen neue Produkteigenschaften zu verwirklichen, Reaktionen bzw. Anwendungen zu ermöglichen und den Aufbau von komplexeren Chromophorarchitekturen zu gestatten. Das Strukturmotiv des Terrylendiimids nahm dabei die zentrale Rolle ein. Die Arbeit wurde in vier Kapitel aufgeteilt. Das Ziel des ersten Kapitels war es, wasserlösliche Terrylendiimide zur Untersuchung von biologischen Proben im Wellenlängenbereich über 600 nm einzusetzen. Ein wasserlösliches Terrylendiimid erwies sich dabei als deutlich photostabiler als zwei weitverbreitete Fluoreszenzfarbstoffe. Eine erste Proteinmarkierung mit monofunktionellem Farbstoff wurde an Proteinmolekülen erfolgreich durchgeführt. Durch gezielte Modifikationen konnten zwei Terrylendiimide hergestellt werden, die sich noch deutlich besser zum Abbilden von Zellstrukturen eignen. In dem zweiten Kapitel spielte die Löslichkeit von Rylendiimiden in organischen Lösungsmitteln eine zentrale Rolle. Es wurde eine Rylendiimidserie hergestellt, deren löslichkeitssteigernde Gruppen eine Organisation der Moleküle in ausgedehnten Stapelstrukturen nicht verhindern. Mit dieser Serie konnte das flüssigkristalline Verhalten und die Selbstorganisation in der Rylendiimidreihe untersucht werden. Aufbauend auf diesen Ergebnissen wurde die Selbstorganisation der Diimide in Donor-Akzeptor Gemischen untersucht. In STM-Experimenten konnten für alle drei Diimide selbstorganisierte Monoschichten mit dem Rastertunnelmikroskop mit molekularer Auflösung abgebildet werden. Darüber hinaus wurden in diesem Kapitel die ersten organischen Feldeffekttransistoren (OFET) auf der Basis des synthetisierten Terrylendiimids beschrieben. Im Rahmen eines Projektes in dem die elektronische Energieübertragung in Donor-Akzeptor-Diaden mit Hilfe von Einzelmolekülspektroskopie untersucht wird, wurde eine Perylendiimid-Terrylediimid Diade hergestellt. Die geringere Photostabilität des Donors ermöglichte zeitaufgelöste Einzelmolekül-messungen der Akzeptoremission mit und ohne Energietransfer vom Donor auf den Akzeptor. Durch diese Messungen konnten die Zeitkonstanten des Energietransfers für einzelne Diaden ermittelt werden. Ein weiterer Chromophor aus diesem Donor-Akzeptor-Paar soll die Möglichkeit eröffnen, den Energiefluß im Molekül gezielt zu manipulieren. Dazu wurde ein Donorchromophor mit zwei Akzeptoren in einem Multichromophor kombiniert. Im Rahmen der Synthesen dieser Arbeit wurden Terrylendiimide hergestellt, die in einer Imidstruktur eine Halogenfunktion trugen. Diese waren wichtige Synthesebausteine zum Aufbau von komplexen Chromophorarchitekturen. Ziel eines weiteren Kapitels war es, ein Terrylendiimid herzustellen, das als Sensibilisatorfarbstoff gemeinsam mit dem Haupt-Antennenkomplex von höheren Pflanzen LHCII in einer photoelektrochemischen Farbstoff-Solarzelle integriert werden konnte. Das hergestellte Terrylendiimid mit Carbonsäuregruppe eignete sich für Farbstoffsolarzellen auf Zinndioxidbasis.

Pflanzlicher Lichtsammler (LHCII) in Hybridkomplexen mit organischen Farbstoffen und anorganischen Halbleiter-Nanokristallen (Quantum dots)

Der Lichtsammelkomplex II (LHCII) höherer Pflanzen ist eines der häufigsten Membranproteine der Welt. Er bindet 14 Chlorophylle und 4 Carotinoide nicht kovalent und fungiert in vivo als Lichtantenne des Photosystems II. Eine optimale Absorption von Licht ist auch bei Solarzellen entscheidend und es liegt nahe hier dasselbe Prinzip zu verwenden. Dafür bietet sich der Einsatz biologischer Komponenten wie des LHCII an. Dieser wurde evolutionär für eine effektive Absorption und Weiterleitung von Sonnenenergie optimiert. Zusätzlich lässt er sich in vitro in rekombinanter Form rekonstituieren. Für eine eventuelle Nutzung des LHCII in technologischen Anwendungen bedarf es der Interaktion mit anderen, vorzugsweise synthetischen Komponenten. Daher wurde die Bindung und der Energietransfer zwischen dem LHCII und organischen Fluoreszenzfarbstoffen sowie anorganischen „Quantum dots“ (QDs) untersucht. rnMit Donorfarbstoffen wurde die Grünlücke des LHCII funktionell geschlossen. Dafür wurden bis zu vier Fluoreszenzfarbstoffe kovalent an den LHCII gebunden. Diese Interaktion erfolgte sowohl mit Maleimiden an Cysteinen als auch mit N-Hydroxysuccinimidylestern an Lysinen. Die Assemblierung, Struktur und Funktion des Pigment-Protein-Komplexes wurde durch die Fluoreszenzfarbstoffe nicht gestört.rnAuf der Suche nach einem Farbstoff, der als Akzeptor die vom LHCII aufgenommene Energie übernimmt und durch Elektronenabgabe in elektrische Energie umwandelt, wurden drei Rylenfarbstoffe, ein Quaterrylen und zwei Terrylene, untersucht. Der LHCII konnte mit allen Farbstoffen erfolgreich markiert werden. Für die Nutzung der Hybridkomplexe ergaben sich allerdings Probleme. Das Quaterrylen beeinträchtigte aufgrund seiner Hydrophobizität die Rekonstitution des Proteins, während bei beiden Terrylenen der Energietransfer ineffizient war.rn Zusätzlich zu den Standard-Verknüpfungen zwischen Farbstoffen und Proteinen wurde in dieser Arbeit die „native chemische Ligation“ etabliert. Hierfür wurde eine LHCII-Mutante mit N-terminalem Cystein hergestellt, markiert und rekonstituiert. Messdaten an diesem Hybridkomplex ließen auf einen Energietransfer zwischen Farbstoff und Protein schließen. rnIn Hybridkomplexen sollen langfristig zur Ladungstrennung fähige Typ II-QDs Anwendung finden, wobei der LHCII als Lichtantenne dienen soll. Bis diese QDs verwendet werden können, wurden grundlegende Fragen der Interaktion beider Materialen an Typ I-QDs mit Energietransfer zum LHCII untersucht. Dabei zeigte sich, dass QDs in wässriger Lösung schnell aggregieren und entsprechende Kontrollen wichtig sind. Weiterführend konnte anhand der Trennung von ungebundenem und QD-gebundenem LHCII die Bindung von LHCII an QDs bestätigt werden. Dabei wurden Unterschiede in der Bindungseffizienz in Abhängigkeit der verwendeten LHCII und QDs festgestellt. Durch Herstellung von Fusionsproteinen aus LHCII und Affinitätspeptiden konnte die Bindung optimiert werden. Ein Energietransfer von QDs zu LHCII war nicht sicher nachzuweisen, da in den Hybridkomplexen zwar die QD- (Donor-) Fluoreszenz gelöscht, aber die LHCII- (Akzeptor-) Fluoreszenz nicht entsprechend stimuliert wurde.rnZusammenfassend wurden in dieser Arbeit einige Hybridkomplexe hergestellt, die in weiterführenden Ansätzen Verwendung finden können. Auf die hier gewonnenen Erkenntnisse über Interaktionen zwischen LHCII und synthetischen Materialien kann jetzt weiter aufgebaut werden.

Einzelmolekül-Untersuchungen zu Faltung und Zusammenbau des Lichtsammelkomplexes LHCII

Zusammenfassungrn Der Faltungsprozess des Hauptlichtsammelkomplexes des Photosystems II aus höheren Pflanzen (light harvesting complex II, LHCII) wurde bereits mehrfach untersucht, die Experimente hierzu fanden stets im Ensemble statt. Anhand der bislang veröffentlichten Faltungskinetiken des LHCII aus höheren Pflanzen lassen sich aber keine eindeutigen Aussagen bezüglich der Diversität der Faltungswege treffen. Daher sollten im Rahmen dieser Arbeit Faltungskinetiken einzelner LHCII-Moleküle während der Komplexbildung aufgenommen werden, um weitergehende Informationen zum Faltungsmechanismus zu erhalten und zur Frage, ob hier mehrere unterschiedliche Wege eingeschlagen werden.rnHierfür war zunächst die Etablierung einer Oberflächenimmobilisierung mit Glas als Trägermaterial notwendig. Nachdem Versuche, diese Immobilisierung über einen His6-tag oder über einen heterobifunktionellen Linker zu bewerkstelligen, nicht zum Erfolg geführt haben, konnte eine Immobilisierung des Biotin-markierten Proteins an Oberflächen-gebundenes Avidin erreicht werden. Die Qualität dieser Immobilisierung wurde hierbei sowohl über Bindungsversuche mit fluoreszenzfarbstoffmarkiertem Protein als auch über eine direkte Kontrolle der Oberflächenbeschaffenheit mittels Rasterkraftmikroskopie überprüft. Die für die folgenden Versuche optimale Belegungsdichte wurde im konfokalen Fluoreszenzmikroskop ermittelt. Zudem wurde sichergestellt, dass die Proteine vereinzelt auf der Oberfläche immobilisiert vorliegen.rnAuf dieser Basis wurden LHCII-Komplexe, die zuvor in vitro rekonstituiert wurden, immobilisiert und Versuche zur kontrollierten Denaturierung unternommen, um Zerfalls-kinetiken im Verfahren der internen Totalreflexionsfluoreszenzmikroskopie (total internal reflection fluorescence, TIRF) aufnehmen zu können. Hierbei traten Schwierigkeiten bezüglich der Lebensdauer der Komplexe unter Laser-Belichtung auf, da sich die Löschung der Fluoreszenz durch Zerstrahlung der Pigmente einerseits oder Dissoziation der LHCII andererseits nicht unterscheiden ließen. Auch durch verschiedene Maßnahmen zur Erhöhung der Lebensdauer konnte diese nicht in dem Maße gesteigert werden, wie es experimentell notwendig gewesen wäre.rnFür das eigentliche Hauptziel dieser Arbeit – die Aufzeichnung von Einzelmolekül-Faltungskinetiken – war die Entwicklung einer Methode zur Rekonstitution oberflächen-immobilisierter LHCII-Apoproteine notwendig. Dieses Ziel wurde mithilfe einer Detergenzmisch-Rekonstitution erreicht. Der Erfolg der Rekonstitution konnte experimentell sowohl im Fluorimeter anhand des komplexinternen Energietransfers auf einen kovalent an das Protein gebundenen Infrarot-Fluorophor als auch im TIRF-Verfahren direkt beobachtet werden. Auch hier konnte nach ca. 80 Sekunden ein Ausbleichen der Komplexe während der Belichtung durch den Anregungs-Laser beobachtet werden.rnIn Versuchen zur Beobachtung des Komplexbildungsvorganges zeigte sich, dass die Rekonstitution offenbar durch die Belichtung massiv gestört wird. Ein weiteres Problem war eine sehr starke Hintergrundfluoreszenz, ausgelöst durch die zur Rekonstitution notwendige Pigmentlösung, die trotz der TIRF-Anregung von ausschließlich oberflächengebundenem Material die Fluoreszenz der Komplexe überlagerte. Somit konnte die Rekonstitution oberflächenimmobilisierter LHCII-Proteine zwar in Vorher-Nachher-Aufnahmen gezeigt werden, der Faltungsprozess an sich konnte dagegen im Rahmen dieser Arbeit nicht aufgezeichnet werden.

Biologischer Lichtsammler (LHCII) für Halbleiternanokristalle (Quantum Dots)

Der light harvesting complex II (LHCII) ist ein pflanzliches Membranprotein, das in seiner trimeren Form über 40 Chlorophylle bindet. In der Pflanze kann er besonders effizient Licht sammeln und die Anregungsenergie anschließend fast verlustfrei über andere chlorophyll-bindende Proteine an die Reaktionszentren weiterleiten. Aufgrund dieser besonderen Eigenschaften war es ein Ziel dieser Arbeit, rekombinanten LHCII mit synthetischen Komponenten zu kombinieren, die zur Ladungstrennung befähigt sind. Zu diesem Zweck wurden unter anderem Halbleiternanokristalle (Quantum Dots, QDs) ausgewählt, die je nach Zusammensetzung sowohl als Energieakzeptoren als auch als Energiedonoren in Frage kamen. Durch Optimierung des Puffers gelang es, die Fluoreszenzquantenausbeute der QDs in wässriger Lösung zu erhöhen und zu stabilisieren, so dass die Grundvoraussetzungen für die spektroskopische Untersuchung verschiedener LHCII-QD-Hybridkomplexe erfüllt waren.rnUnter Verwendung bereits etablierter Affinitätssequenzen zur Bindung des LHCII an die QDs konnte gezeigt werden, dass die in dieser Arbeit verwendeten Typ-I QDs aus CdSe und ZnS sich kaum als Energie-Donoren für den LHCII eignen. Ein Hauptgrund lag im vergleichsweise kleinen Försterradius R0 von 4,1 nm. Im Gegensatz dazu wurde ein R0 von 6,4 nm für den LHCII als Donor und Typ-II QDs aus CdTe, CdSe und ZnS als Akzeptor errechnet, wodurch in diesem System eine höhere Effizienz des Energietransfers zu erwarten war. Fluoreszenzspektroskopische Untersuchungen von Hybridkomplexen aus LHCII und Typ-II QDs ergaben eine hohe Plausibilität für einen Fluoreszenz Resonanz Energietransfer (FRET) vom Lichtsammler auf die QDs. Weitere QD-Affinitätssequenzen für den LHCII wurden identifiziert und deren Bindekonstanten ermittelt. Versuche mit dem Elektronenakzeptor Methylviologen lieferten gute Hinweise auf eine LHCII-sensibilisierte Ladungstrennung der Typ-II QDs, auch wenn dies noch anhand alternativer Messmethoden wie z.B. durch transiente Absorptionsspektroskopie bestätigt werden muss. rnEin weiteres Ziel war die Verwendung von LHCII als Lichtsammler in dye-sensitized solar cells (DSSC). Geeignete dotierte TiO2-Platten wurden ermittelt, das Verfahren zur Belegung der Platten optimiert und daher mit wenig Aufwand eine hohe LHCII-Belegungsdichte erzielt. Erste Messungen von Aktionsspektren mit LHCII und einem zur Ladungstrennung fähigen Rylenfarbstoff zeigen eine, wenn auch geringe, LHCII sensibilisierte Ladungstrennung. rnDie Verwendung von Lanthanide-Binding-Tags (LBTs) ist ein potentielles Verfahren zur in vivo-Markierung von Proteinen mit Lanthanoiden wie Europium und Terbium. Diese Metalle besitzen eine überdurchschnittlich lange Lumineszenzlebensdauer, so dass sie leicht von anderen fluoreszierenden Molekülen unterschieden werden können. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit gelang es, eine LBT in rekombinanten LHCII einzubauen und einen Lumineszenz Resonanz Energietransfer (LRET) vom Europium auf den LHCII nachzuweisen.rn

A modular LHC built on the DNA three-way junction

A light-harvesting complex composed of a p-stacked multichromophoric array in a DNA three-way junction is described. The modular design allows for a ready exchange of non-covalently attached energy acceptors

A modular LHC built on the DNA three-way junction

Over the past years, in numerous studies the DNA double helix serves as a scaffold for the controlled arrangement of functional molecules, including a wide range of different chromophores. Other nucleic acid structures like the DNA three-way junction have been exploited for this purpose as well. Recently, the successful development of DNA-based light-harvesting antenna systems have been reported. Herein, we describe the use of the DNA three-way junction (3WJ) as a versatile scaffold for the modular construction of an artificial light harvesting complex (LHC). The LHC is based on a modular construction in which a phenanthrene antenna is located in one of the three stems and the acceptor is brought into proximity of the antenna through the annealing of the third strand. Phenanthrene excitation (320 nm) is followed by energy transfer to pyrene (resulting in exciplex emission), perylenediimide (quencher) or a cyanine dye (cyanine fluorescence).

In situ conversion of protochlorophyllide b to protochlorophyllide a in barley. Evidence for a novel role of 7-formyl reductase in the prolamellar body of etioplasts

We recently put forth a model of a protochlorophyllide (Pchlide) light-harvesting complex operative during angiosperm seedling de-etiolation (Reinbothe, C., Lebedev, N., and Reinbothe, S. (1999) Nature 397, 80–84). This model, which was based on in vitro reconstitution experiments with zinc analogs of Pchlide a and Pchlide b and the two NADPH:protochlorophyllide oxidoreductases (PORs), PORA and PORB, of barley, predicted a 5-fold excess of Pchlide b, relative to Pchlide a, in the prolamellar body of etioplasts. Recent work (Scheumann, V., Klement, H., Helfrich, M., Oster, U., Schoch, S., and Rüdiger, W. (1999) FEBS Lett. 445, 445–448), however, contradicted this model and reported that Pchlide b would not be present in etiolated plants. Here we demonstrate that Pchlide b is an abundant pigment in barley etioplasts but is rather metabolically unstable. It is rapidly converted to Pchlide a by virtue of 7-formyl reductase activity, an enzyme that had previously been implicated in the chlorophyll (Chl) b to Chl a reaction cycle. Our findings suggest that etiolated plants make use of 7-formyl reductase to fine tune the levels of Pchlide b and Pchlidea and thereby may regulate the steady-state level of light-harvesting POR-Pchlide comple

The Mr 140,000 Intermediate Chain of Chlamydomonas Flagellar Inner Arm Dynein Is a WD-Repeat Protein Implicated in Dynein Arm Anchoring

Previous structural and biochemical studies have revealed that the inner arm dynein I1 is targeted and anchored to a unique site located proximal to the first radial spoke in each 96-nm axoneme repeat on flagellar doublet microtubules. To determine whether intermediate chains mediate the positioning and docking of dynein complexes, we cloned and characterized the 140-kDa intermediate chain (IC140) of the I1 complex. Sequence and secondary structural analysis, with particular emphasis on β-sheet organization, predicted that IC140 contains seven WD repeats. Reexamination of other members of the dynein intermediate chain family of WD proteins indicated that these polypeptides also bear seven WD/β-sheet repeats arranged in the same pattern along each intermediate chain protein. A polyclonal antibody was raised against a 53-kDa fusion protein derived from the C-terminal third of IC140. The antibody is highly specific for IC140 and does not bind to other dynein intermediate chains or proteins in Chlamydomonas flagella. Immunofluorescent microscopy of Chlamydomonas cells confirmed that IC140 is distributed along the length of both flagellar axonemes. In vitro reconstitution experiments demonstrated that the 53-kDa C-terminal fusion protein binds specifically to axonemes lacking the I1 complex. Chemical cross-linking indicated that IC140 is closely associated with a second intermediate chain in the I1 complex. These data suggest that IC140 contains domains responsible for the assembly and docking of the I1 complex to the doublet microtubule cargo.

The long-range supraorganization of the bacterial photosynthetic unit: A key role for PufX

Bacterial photosynthesis relies on the interplay between light harvesting and electron transfer complexes, all of which are located within the intracytoplasmic membrane. These complexes capture and transfer solar energy, which is used to generate a proton gradient. In this study, we identify one of the factors that determines the organization of these complexes. We undertook a comparison of the organization of the light-harvesting complex 1 (LH1)/reaction center (RC) cores in the LH2− mutant of Rhodobacter sphaeroides in the presence or absence of the PufX protein. From polarized absorption spectra on oriented membranes, we conclude that PufX induces a specific orientation of the reaction center in the LH1 ring, as well as the formation of a long-range regular array of LH1-RC cores in the photosynthetic membrane. From our data, we have constructed a precise model of how the RC is positioned within the LH1 ring relative to the long (orientation) axis of the photosynthetic membrane.

A response regulator of cyanobacteria integrates diverse environmental signals and is critical for survival under extreme conditions

Microorganisms must sense their environment and rapidly tune their metabolism to ambient conditions to efficiently use available resources. We have identified a gene encoding a response regulator, NblR, that complements a cyanobacterial mutant unable to degrade its light-harvesting complex (phycobilisome), in response to nutrient deprivation. Cells of the nblR mutant (i) have more phycobilisomes than wild-type cells during nutrient-replete growth, (ii) do not degrade phycobilisomes during sulfur, nitrogen, or phosphorus limitation, (iii) cannot properly modulate the phycobilisome level during exposure to high light, and (iv) die rapidly when starved for either sulfur or nitrogen, or when exposed to high light. Apart from regulation of phycobilisome degradation, NblR modulates additional functions critical for cell survival during nutrient-limited and high-light conditions. NblR does not appear to be involved in acclimation responses that occur only during a specific nutrient limitation. In contrast, it controls at least some of the general acclimation responses; those that occur during any of a number of different stress conditions. NblR plays a pivotal role in integrating different environmental signals that link the metabolism of the cell to light harvesting capabilities and the activities of the photosynthetic apparatus; this modulation is critical for cell survival.