Factors of stability, assembly and function of photosynthetic complexes [Elektronische Ressource] / vorgelegt von Serena Schwenkert

Serena Schwenkert

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• Publié par: ludwig-maximilians-universitat_munchen
• Publié le: 01 janvier 2008
• Nombre de lectures: 8
• Langue: English
• Poids de l'ouvrage: 12 Mo

Extrait

 
 
 
 
 
 
 
 
FACTORS FOR STABILITY, ASSEMBLY AND FUNCTION OF 
PHOTOSYNTHETIC COMPLEXES 
Serena Schwenkert 
 
 
 
 
 
 
 
 
Dissertation 
an der Fakultät für Biologie 
der Ludwig‐Maximilians‐Universität 
München 
 
 
 
 
vorgelegt von 
Serena Schwenkert 
aus München 
 
 
 
 
 
 
 
 
Juli 2008 
 
  
 
  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Erstgutachter:   PD Dr. Jörg Meurer  
Zweitgutachter:   Prof. Dr. Jürgen Soll
 
Tag der mündlichen Prüfung:   19.09.2008  
 
 
 TABLE OF CONTENTS 
 
 
Table of Contents  
ZUSAMMENFASSUNG  4
SUMMARY  5
1. INTRODUCTION  6
1.1 Origin of plastids  6
1.2 Thylakoid membrane complexes – patchwork families  6
1.3 Photosynthesis in higher plants  7
1.4 Biosynthesis of iron‐sulfur clusters   12
2. PROJECT AIMS  14
2.1 Function of low molecular weight components of Photosystem II and the 
Cytochrome b f complex  146
2.2 Maturation  of  [Fe‐S]  clusters  as  essential  cofactors  of  plastid  protein 
complexes  15
3. DISCUSSION  16
3.1 Involvement of low molecular weight subunits in assembly, structure and 
function of Photosystem II  16
3.2 PsbI, PsbTc and PsbM are involved in reoxidation of the plastoqinone pool in 
darkness  17
3.3 PetL is essential for dimerisation of the Cytochrome b f complex  196
3.4 Nuclear encoded HCF101 is a [4Fe‐4S] scaffold protein in the chloroplast  20
4. LITERATURE CITED  23
5. ORIGINAL PUBLICATIONS AND MANUSCRIPTS AS PART OF THE CUMULATIVE THESIS  28
EHRENWÖRTLICHE VERSICHERUNG 
ACKNOWLEDGEMENTS 
Curriculum vitae 
3 
 ZUSAMMENFASSUNG 
 
 
ZUSAMMENFASSUNG 
Photosynthetische  Organismen  verfügen  über  die  einzigartige  Fähigkeit,  Lichtenergie  in 
chemische  Energie  umzuwandeln.  In  höheren  Pflanzen  findet  dieser  Prozess  in  den 
Chloroplasten statt, die sich aus einem einst freilebenden, den heutigen Cyanobakterien 
ähnlichen Organismus entwickelt haben. Das photoautotrophe Bakterium wurde im Laufe 
der Endosymbiose durch horizontalen Gentransfer vom Endosymbionten zum Genom der 
Wirtszelle in ein eukaryotisches System integriert. Aus diesem Grund besteht das plastidäre 
Proteom sowohl aus plastidär, als auch aus nukleär kodierten Untereinheiten.  
Zu  den  wenigen  noch  in  den  Chloroplasten  kodierten  Strukturkomponenten  der 
Thylakoidmembrankomplexe  gehören  einige  niedermolekulare  Untereinheiten  mit  meist 
unbekannter Funktion. Um die Aufgaben dieser Proteine genauer zu untersuchen, wurden 
knock‐out  Mutanten  in  Tabak  hergestellt.  Biochemische  und  spektroskopische 
Untersuchungen  zeigten,  dass  die  Untereinheiten  PsbI  und  PsbT  an  der  Photosystem  II 
Assemblierung sowie der strukturellen Stabilität der hochmolekularen  II und 
Antennenkomplexe beteiligt sind, obwohl sie für autotrophes Wachstum nicht essentiell 
sind.  PsbI,  PsbT  und  PsbM  sind  weiterhin  für  eine  PSII  vermittelte  sauerstoffabhängige 
Reoxidation des Plastoquinons im Dunklen unentbehrlich, ein Prozess, der unter Umständen 
über  die  Q ‐Bindestelle  vermittelt  wird.  Diese  Analysen  liefern  neue  Einblicke  in B
chlororespiratorische Vorgänge. 
Untersuchungen  der  niedermolekularen  Untereinheiten  des  Cytochrom  b f  Komplexes 6
haben gezeigt, dass PetL, obwohl es nicht für photoautotrophes Wachstum benötigt wird, an 
der  Stabilisierung  der  Konformation  des  Rieske  Proteins  beteiligt  ist.  Dies  ist  für  die 
Dimerisierung des Komplexes wichtig. 
In  der  Biogenese  photosynthetischer  Komplexe  und  deren  Kofaktoren  spielen nicht  nur 
deren konstitutive Untereinheiten eine Rolle, sondern es werden auch viele nukleär kodierte 
Proteine benötigt. Ein solcher Faktor ist HCF101, der für die Assemblierung von Photosystem 
I, welches drei [4Fe‐4S] Cluster enthält, benötigt wird. HCF101 ist eine ubiquitär konservierte 
P‐loop  ATPase,  die  in  vitro  ein  transientes  [4Fe‐4S]  Cluster  bindet,  welches  auf  andere 
Zielproteine,  möglicherweise  Photosystem  I  und  die  Ferredoxin‐Thioredoxin‐Reduktase 
übertragen  werden  kann.  Weiterhin  konnte  gezeigt  werden,  dass  drei  von  den  acht  in 
höheren Pflanzen konservierten Cysteinen an der Cluster‐Bindung beteiligt sind. 
4 
 SUMMARY 
 
 
SUMMARY 
Photosynthetic organisms possess the unique ability to convert light energy into chemical 
energy. In higher plants this process takes place in chloroplasts, which derived from a once 
free‐living cyanobacterial‐like cell. In the course of endosymbiotic events, the phototrophic 
bacterium was integrated into a eukaryotic system by transfer of many chloroplast genes to 
the host genome. Therefore, the chloroplast proteome represents a chimeric system of 
plastid and nuclear encoded proteins. 
Among the few remaining plastid encoded structural components of all thylakoid membrane 
complexes are many low molecular weight (LMW) subunits with mostly unknown functions. 
To analyse their specific roles, knock‐out mutants of all LMW subunits were generated in 
tobacco. Biochemical and spectroscopic experiments revealed that the photosystem (PS)II 
subunits  PsbI  and  PsbTc  are  involved  in  the  assembly,  phosphorylation  and  structure 
maintenance of PSII and its associated light harvesting complex (LHCII), although they are 
not required for photoautotrophic growth. PsbI, PsbT and PsbM are further important for 
oxygen dependent PSII mediated reoxidation of the PQ pool in darkness, likely involving the