Dokument: Identifizierung und Charakterisierung verschiedener nicht-photochemischer Löschungskomponenten in Arabidopsis thaliana

Titel:	Identifizierung und Charakterisierung verschiedener nicht-photochemischer Löschungskomponenten in Arabidopsis thaliana
Weiterer Titel:	identification and characterisation of different non-photochemical quenching components in arabidopsis thalianan
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=14460
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20100316-114209-2
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Dr. Nilkens, Manuela [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 3,39 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 15.03.2010 / geändert 15.03.2010
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Pflanzen sind an ihren jeweiligen Standorten unterschiedlichen Lichtintensitäten augesetzt, die auch innerhalb von Minuten um mehr als zwei Größenordnungen variieren können. Um eine effiziente Photosynthese bei niedrigen Lichtintensitäten zu gewährleisten, gleichzeitig aber bei hohen Lichtintensitäten mögliche Schädigungen durch die lichtinduzierte Bildung von reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) zu vermeiden, verfügen Pflanzen über effiziente photoprotektive Regulations- und Schutzmechanismen. Die Deaktivierung von angeregten Chlorophyllzuständen (3Chl* und 1Chl*) in den Antennenproteinen von Photosystem II (PS II) stellt dabei einen der wichtigsten Mechanismen dar, um die Bildung von ROS bei hohen Lichtintensitäten zu minimieren. In der vorliegenden Arbeit wurde die Rolle einzelner Carotinoide bei der Deaktivierung von 3Chl* in LHC II, der Hauptkomponente der PS II-Antennenproteine, unter in vitro Bedingungen mittels EPR Spektroskopie an LHC II-Trimerkomplexen untersucht, die aus verschiedenen Carotinoidmutanten aus Arabidopsis thaliana isoliert worden waren. Dabei konnte gezeigt werden, dass anscheinend keines der verschiedenen Carotinoide, die an LHC II gebunden sein können, für die 3Chl* Deaktivierung essentiell ist, sondern dass unterschiedliche Carotinoide sich offensichtlich funktionell ersetzen können. Weiterhin konnte aus den Messungen geschlossen werden, dass von den vier Carotinoid-Bindestellen im LHC II (die als V1, N1, L1 und L2 bezeichnet werden) die Bindestellen V1 und N1 für diese Funktion entbehrlich sind, und die 3Chl* Deaktivierung wohl ausschließlich an den zentralen Bindestellen L1 und L2, entweder durch Lutein (wie im nativen Komplex), aber auch durch Violaxanthin (Vx) und Zeaxanthin (Zx) in den entsprechenden Mutanten, erfolgt. Die Deaktivierung von 1Chl*, auch nicht-photochemische Löschung (NPQ) der Anregungsenergie genannt, wurde anhand von Analysen der Chl-Fluoreszenz mit verschiedenen spektroskopischen Methoden unter in vivo Bedingungen untersucht. Zeitaufgelöste Messungen der Fluoreszenzabklingkinetik an intakten Arabidopsis Blättern zeigten, dass im Starklicht zwei unabhängige Löschungsorte (Q1 und Q2) aktiviert werden, die zum NPQ beitragen. Q1 beruht auf einer pH- und PsbS-abhängigen Ablösung und Oligomerisierung von LHC II-Komplexen, was zu einer Verkleinerung der funktionellen PS II-Antenne um bis zu 50% und zu einer effizienten Löschung der Anregungsenergie in den abgelösten LHC II-Oligomeren führt. Q2 beruht auf einer Zx-abhängigen Löschung der Anregungsenergie in der verbleibenden PS II-Antenne. Zusätzlich, unter den gleichen experimentellen Bedingungen, durchgeführte wellenlängenspezifischen Fluoreszenzmessungen und Messungen mit dem PAM Fluorometer konnten die beiden Löschungsorte nicht nur eindeutig bestätigen, sondern zugleich die zeitliche Dynamik der Bildung (im Licht) und Relaxation (im Dunkel) von Q1 und Q2 aufzeigen. Demnach wird Q1 unter Belichtung in 1-2 min aktiviert und ebenso schnell im Dunkel wieder deaktiviert, was mit dem Aufbau (für die Bildung) und dem Abbau (für die Relaxation) des pH-Gradienten über der Thylakoidmembran korrelierte. Q2 dagegen wird auf deutlich langsamerer Zeitskala (Aktivierung: 15-30 min; Deaktivierung: 15-60 min), parallel zur Bildung und Rückumwandlung von Zx, geschaltet. Anhand dieser Daten konnte ein neues Modell für die NPQ Prozesse in Arabidopsis aufgestellt werden, das die bisher vorliegenden, und z.T. widersprüchlichen, Daten der Literatur konsistent erklären kann. At most habitats, plants are exposed to varying light intensities which may change within minutes over more than two orders of magnitude. To allow efficient photosynthesis at low light intensities on the one hand, but to prevent possible damages at high light intensities due to the light-induced formation of reactive oxygen species (ROS) on the other hand, plants have developed efficient photoprotective regulation and protective mechanisms. The deactivation of excited chlorophyll (Chl) states (3Chl* and 1Chl*) in the antenna proteins of photosystem II (PS II) represents one of the most important mechanisms to minimize the formation of ROS at high light intensities. In this work, the role of single carotenoids in the deactivation of 3Chl* in LHC II, the major component of the PS II antenna proteins, has been investigated under in vivo conditions by applying EPR spectroscopy to trimeric LHC II complexes, which had been isolated from different carotenoid mutants from Arabidopsis thaliana. It was shown that none of the different carotenoids was specifically required for the deactivation of 3Chl*. Obviously, the different carotenoids can functionally replace each other with respect to 3Chl* deactivation. It could be furthermore concluded from these measurements that among the four carotenoid binding sites in LHC II (named V1, N1, L1 and L2), the binding sites V1 and N1 are obviously dispensable for this function and that the deactivation of 3Chl* seems to be related exclusively to the action of either lutein (as in case of native LHC II) or violaxanthin or zeaxanthin (Zx) (in case of respective mutants) at the two central binding sites L1 and L2. The deactivation of 1Chl*, also termed non-photochemical quenching (NPQ) of excitation energy, was investigated under in vivo conditions by means of Chl fluorescence analyses based on different spectroscopic methods. Time resolved measurements of fluorescence decay kinetics showed that two independent quenching sites (Q1 and Q2) contribute to the high light-induced NPQ. Q1 is based on the pH- and PsbS-dependent detachment and oligomerization of LHC II complexes, resulting in a reduction of the functional PS II antenna size of up to 50 % and an efficient quenching of the excitation energy in the detached LHC II oligomers. Q2 is based on a Zx-dependent quenching of excitation energy in the remaining PS II antenna. Further wavelength specific fluorescence analyses and measurements with a PAM fluorometer performed under the same experimental conditions did not only confirm these two independent quenching sites but provided also information about the kinetics of the formation (in the light) and relaxation (in the dark) of Q1 and Q2. According to these measurements, Q1 is activated in the light within 1-2 min and deactivated in the dark with similar kinetics, in correlation with the build-up (for the formation) and breakdown (for the relaxation) of the transthylakoid pH gradient. By contrast, Q2 is switched on a longer time scale (activation: 15-30 min; deactivation: 15-60 min), in parallel with the formation and reconversion of Zx. Based on these data, a new model for the NPQ processes in Arabidopsis has been proposed, which can explain consistently the present, and in parts contradictory, data on NPQ in the literature.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Biologie » Biochemie der Pflanzen
Dokument erstellt am:	16.03.2010
Dateien geändert am:	15.03.2010
Promotionsantrag am:	28.01.2010
Datum der Promotion:	28.01.2010