Biosynthese des Phytochrom-Chromophors in Pflanzen und Cyanobakterien (C 08)

• Fachliche Zuordnung: Biochemie und Biophysik der Pflanzen
• Förderung: Förderung von 2007 bis 2009
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5482065

Phytobiline sind lineare Tetrapyrrole, die eine wichtige Rolle als prosthetische Gruppen des pflanzlichen Photorezeptors Phytochrom und der Lichtsammelpigmente in der cyanobakteriellen Photosynthese spielen. Das vorliegende Projekt befasst sich mit der Biosynthese des Phytochrom- Chromophors Phytochromobilin (PΦB) in Arabidopsis thaliana sowie dem verwandten Pigment Phycoerythrobilin in Cyanobakterien. Die Biosynthese von PΦB beginnt mit der Spaltung des Hämringes durch eine Hämoxygenase. Interessanterweise besitzt das A. thaliana Genom vier verschiedene Gene, die für potentielle Hämoxygenasen kodieren. Lediglich für die Hämoxygenase HY1 (HO-1) wurde bislang biochemisch eine Aktivität bestimmt. Die Gene der anderen potentiellen Hämoxygenasen liegen bereits kloniert vor und sollen rekombinant in Escherichia coli exprimiert werden. Mit Hilfe der rekombinanten Enzyme soll eine entsprechende katalytische Aktivität nachgewiesen werden. Dabei sollen hauptsächlich katalytische Unterschiede der verschiedenen (potentiellen) Hämoxygenasen herausgearbeitet werden. Mit Hilfe von Komplementationsstudien soll die Rolle der einzelnen Hämoxygenasen für die Phytochrom-Chromophor Biosynthese oder andere Prozesse, wie z.B. Eisenlimitation untersucht werden. Der zweite Teil des Projektes befasst sich mit dem darauf folgenden Enzym der Phytochromobilin Biosynthese, der Ferredoxin-abhängigen Bilin Reduktase Phytochromobilin Synthase. Zur Bestimmung von Katalysekonstante, Substratspezifität und Cofaktor-Abhängigkeit soll rekombinantes Enzym biochemisch untersucht werden. Weiterhin sollen vergleichend die beiden Bilinreduktasen PebA und PebB aus Synechococcus sp. untersucht werden. Hierbei ist die Substraterkennung von besonderer Bedeutung, da die Reduktasen HY2 und PebB eine identische Reaktion katalysieren, aber verschiedene Substrate voneinander unterscheiden. Aus diesem Grund soll die kürzlich publizierte Kristallstruktur der PcyA Reduktase herangezogen werden, um durch gezielte, ortsgerichtete Mutationen die an der Substraterkennung beteiligten Aminosäurereste zu identifizieren. In einem weiteren Ansatz soll anschließend der Katalysemechanismus der Zwei- Elektronene übertragenden Reduktasen aufgeklärt und mit Hilfe der ESR- Spektroskopie die Bildung eines Substratradikals während der Katalyse bestätigt werden. Letztendlich hoffen wir, die Struktur von mindestens einer weiteren Bilin Reduktase mit Hilfe der Röntgenstrukturanalyse zu lösen.

• DFG-Verfahren: Sonderforschungsbereiche
• Teilprojekt zu: SFB 480: Molekulare Biologie komplexer Leistungen von botanischen Systemen
• Antragstellende Institution: Ruhr-Universität Bochum
• Teilprojektleiterin: Professorin Dr. Nicole Frankenberg-Dinkel