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Projekt
Adaptive raum-zeitliche Organisation der Chloroplasten-ATP-Synthase in Chlamydomonas reinhardtii
Antragstellerinnen / Antragsteller
Dr. Felix Buchert; Professorin Dr. Karin Busch
Fachliche Zuordnung
Biochemie und Biophysik der Pflanzen
Förderung
Förderung seit 2023
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 507704013
Die Ultrastruktur der Thylakoidmembran in der Grünalge Chlamydomonas reinhardtii beinhaltet Unterkompartimente, in denen spezifische Veränderungen der ATP-Synthaseaktivität und ihrer räumlich-zeitlichen Organisation auftreten können. Die ATP-Synthase ist ein wichtiger bioenergetischer Komplex, der den H+-Fluss durch die Membran treibt, die protonenmotorische Kraft (PMF) verändert und schließlich die Regulierung des photosynthetischen Elektronentransfers beeinflusst. Ziel dieses Projekts ist es, zum einen die enge Beziehung zwischen photosynthetischer Effizienz und ATP-Synthaseaktivität zu beleuchten, und zum anderen die gleichzeitigen Auswirkungen raum-zeitlicher Merkmale zu untersuchen. Dabei wird die dynamische Ultrastruktur der Thylakoide sowie die Lokalisierung und Mobilität der ATP-Synthase darin einen besonderen Stellenwert einnehmen. Zu diesem Zweck wird die ATP-Synthase im Rahmen des Z2-Projekts an verschiedenen Stellen mit entsprechenden Sensoren für ATP und pH ausgestattet. Durch das Anbringen von Fluoreszenzsensoren oder einer Molekülmarkierung können wir ein einzelnes Enzym verfolgen und lokale bioenergetische Parameter messen. Das markierte Enzym wird unter verschiedenen zellulären Bedingungen überwacht, und zusammen mit seiner aufgezeichneten Aktivität werden wir versuchen, eine Korrelation mit einer möglichen Veränderung seiner molekularen Organisation und/oder seiner subkompartimentellen Lage herzustellen. Die Aktivität wird mit Hilfe etablierter zeitaufgelöster optischer Methoden und neuartiger hochauflösender ratiometrischer Ablesungen von Fluoreszenzsensoren für pH und ATP bestimmt. Die räumlich-zeitliche Organisation und Veränderungen in der Proteinumgebung werden durch Halbwertszeitmessungen der Fluoreszenz und Einzelpartikelverfolgung in Kombination mit biochemischen Analysen erfasst. Die Auswirkungen auf die Thylakoid-Ultrastruktur sowie Details über den Proteinkomplex selbst und bisher unbekannte Interaktoren werden mittels kryogener Elektronenmikroskopie und Massenspektrometrie erfasst. Ihre Relevanz für die PMF-Amplitude im Licht und in der Dunkelheit wird in Zusammenarbeit mit anderen Teams der Forschergruppe getestet werden. Die mit einem Sensor ausgestattete ATP-Synthase wird auch für andere Mitglieder des Konsortiums ein wertvolles Werkzeug sein, da sie die mikroskopische Quantifizierung beider ATP-Synthasesubstrate - der elektrochemischen PMF (als pH-Wert) und des chemischen Adenylat-Status der Zelle (als ATP) - ermöglichen wird.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
