Wasserlösliches Chlorophyllprotein WSCP: Biologische Funktion, Photophysik und proteingesteuerte Assemblierung von Nanopartikeln.

• Antragsteller: Professor Dr. Thomas Basché; Professor Dr. Harald Paulsen
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenphysiologie ; Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 248519600

Wasserlösliches Chlorophyll-Protein (WSCP) ist ein ungewöhnliches Chlorophyll-Protein (i) wegen seiner extremen Stabilität (WSCP übersteht stundenlang kochendes Wasser) und (ii) weil jede Untereinheit von ca. 20 kDa maximal ein Chlorophyll-a- oder -b-Molekül enthält, aber kein Carotinoid. Die biologische Funktion des WSCP ist unbekannt, und dieser Frage widmet sich ein erster Abschnitt des beantragten Projekts, aufbauend auf den kürzlichen Befund, dass WSCP in Arabidopsis-Blütenorganen stark akkumuliert wird. Die kleine Zahl der WSCP-gebundenen Chlorophylle und ihre enge Wechselwirkung im Tetramer, die bekannte Molekülstruktur eines WSCP-Homologs und die Möglichkeit, das rekombinante Protein zu modifizieren, dies alles macht WSCP zu einem attraktiven Modell, um Chlorophyll-Chlorophyll- sowie Chlorophyll-Protein-Wechselwirkungen zu untersuchen. Solche Untersuchungen sollen von spektroskopisch arbeitenden Kooperationspartnern ausgeführt werden, die wir mit biologischem Material versorgen. In einem dritten Projekt-Abschnitt werden wir funktionalisierte, rekombinante WSCP-Tetramere als stabiles Gerüst nutzen, um Oligomere von Nanopartikeln (NP) räumlich definiert anzuordnen. Diese NP können Halbleiter-NP (Quantum Dots) sein, die ihre Anregungsenergie auf die 1-2 Chlorophyll-Moleküle im Zentrum jedes WSCP-Tetramers übertragen. Noch faszinierender erscheint uns die Möglichkeit, WSCP zwischen zwei Au-NP einzuklemmen; das sollte wegen der lokalen Feldverstärkung und der erhöhten Fluoreszenzrate im Hot spot der Nanoantenne zu einer drastisch erhöhten Chlorophyll-Fluoreszenz führen. Die genannten WSCP-NP-Konstrukte werden im Ensemble sowie auf der Einzelmolekülebene untersucht. In allen Projektteilen werden die modifizierten Varianten von rekombinantem WSCP verwendet, die im Rahmen dieses Projekts konstruiert werden. Als weiteren Synergieeffekt erwarten wir, dass sich die in den einzelnen Projektteilen gesammelten Informationen über die biochemischen und spektroskopischen Eigenschaften von WSCP gegenseitig befruchten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Estland, Italien, Österreich
• Beteiligte Personen: Professorin Dr. Donatella Carbonera; Professor Dr. Jörg Pieper; Professor Dr. Thomas Renger; Dr. Franz-Josef Schmitt