Dokument: Darstellung strukturell modifizierter Biline als Chromophore des pflanzlichen Photorezeptors Phytochrom

Titel:	Darstellung strukturell modifizierter Biline als Chromophore des pflanzlichen Photorezeptors Phytochrom
Weiterer Titel:	Synthesis of structurally modified bilins as chromophores of the herbal photoreceptor phytochrome
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=4670
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20070529-151327-5
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Dr. Bongards, Christian [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 3,37 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 22.05.2007 / geändert 25.05.2007
Beitragende:	Prof. Dr. Gärtner, Wolfgang [Betreuer/Doktorvater] Prof. Dr. Braun, Manfred [Gutachter]
Stichwörter:	Phytochrom, phytochrome, Biline, bilins, Chromophore, chromophores, Synthese, synthesis, Phycocyanobilin, Phytochromobilin, Derivate, derivatives, Assemblierung, assembly, Protein, Tetrapyrrole, tetrapyrroles, Peptide, peptides, Modellsysteme, model systems, Modelle, models, Absorptionsspektroskopie, absorption spectroscopy, Fluoreszenzspektroskopie, fluorescence spectroscopy
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 540 Chemie
Beschreibungen:	Das pflanzliche Photorezeptorsystem Phytochrom (Phy) ermöglicht Pflanzen, Anwesenheit, Richtung, Intensität sowie die spektrale Qualität des Lichts zu detektieren und sich somit an die gegebenen Umweltbedingungen anzupassen. Es handelt sich um ein Chromoprotein, dessen kovalent gebundener Chromophor Phytochromobilin (PFB), ein offenkettiges Tetrapyrrol, sichtbares Licht unter Isomerisierung der Doppelbindung einer seiner Methinbrücken absorbiert. Die Photoisomerisierung bewirkt die reversible Überführung des Proteins vom physiologisch inaktiven Ruhezustand Pr in die physiologisch aktive Pfr-Form, welche mit einer Änderung der spektralen Eigenschaften einhergeht und im nativen System die Signalkaskade für die physiologischen Reaktionen auslöst. Das Primärziel der vorliegenden Arbeit bestand in der systematischen Darstellung sowie der spektroskopischen Charakterisierung sechs neuartiger Chromophore des pflanzlichen Photorezeptors Phytochrom, die über eine dem nativen Chromophor Phycocyanobilin (PCB) analoge Grundstruktur verfügen. Während in drei Chromophoren die native Azafunktion des photoisomerisierbaren Rings D formal durch eine Oxa-, Thia- bzw. Carbafunktion ersetzt wurde, erfolgte in drei weiteren Chromophoren – zusätzlich zu diesen Änderungen – die simultane Variation ihres Substitutionsmusters an Position C(18). An ihr wurde der natürlich vorliegende Ethylrest durch eine Methylgruppe substituiert. Damit unterschieden sich die D-Ringe der generierten Chromophore sowohl in ihrem sterischen Anspruch als auch durch ihre elektronischen Eigenschaften von den D-Ringen der nativen Chromophore PFB und PCB. Zur Bestimmung des Einflusses der sterischen und elektronischen Modifikationen der Chromophorstruktur auf die biophysikalischen Eigenschaften des Phytochroms erfolgte die Assemblierung der synthetisierten Chromophore mit dem N-terminalen 65-kDa-Fragment des PhyA-Apoproteins aus Hafer (Avena sativa). Die Ergebnisse der an diesen Konstrukten durchgeführten absorptions- sowie fluoreszenzspektroskopischen Untersuchungen wurden zu den Resultaten der parallel dazu durchgeführten Analysen eines mit dem Chromophor PCB assemblierten Apoproteins in Bezug gesetzt und systematisch verglichen. Während alle generierten Holoproteine zwei photochemisch reversibel ineinander überführbare Zustände aufwiesen, traten zwischen den synthetisierten Chromophoren und der Proteinumgebung verstärkt sterische und polare Wechselwirkungen auf. Diese äußerten sich sowohl in einer hypsochromen Verschiebung der Absorptionsmaxima um 21–74 nm als auch in einer 2.5- bis 4-fach höheren Fluoreszenz. Parallel dazu erfolgte anhand eines definierten Modellsystems, das aus dem Chromophor PCB und einem 41 Aminosäuren umfassenden Peptid der PhyA-Sequenz bestand, ein erster grundlegender Versuch zur systematischen Aufklärung der Chromophor-Protein-Wechselwirkungen. Durch absorptionsspektroskopische Untersuchungen ließ sich die autokatalytisch verlaufende Assemblierungsreaktion nachweisen, während die Photoisomerisierung des Komplexes einen längeren Sequenzabschnitt erfordert. The herbal photoreceptor system phytochrome (Phy) allows plants to detect the presence, direction, intensity, and spectral quality of light. Thus, they are capable of adapting to changes in environmental conditions. The chromoprotein phytochrome carries the covalently bound chromophore phytochromobilin (PFB), an open-chain tetrapyrrole. One of its methine-bridges undergoes an isomerisation upon absorption of visible light. This photoisomerisation causes a reversible transformation of the protein from its physiologically inactive resting state (Pr) into its physiologically active form, the Pfr-state. Photoactivation results in changes in the spectral properties of the phytochrome as well as the initiation of physiological reactions within the native system. The principal object of the presented work was the systematic synthesis and the spectroscopic characterisation of six novel chromophores of the herbal photoreceptor phytochrome. These chromophores were developed using a convergent synthesis strategy and showed a configuration analogous to the native chromophore phycocyanobilin (PCB). The native aza-group within the D-ring of the chromophores was substituted by oxa-, thia-, and carba-groups. Three of these chomophores were further modified by substituting the naturally occurring C(18) ethyl group with a methyl group. This reduced steric hinderance as well as the modified electronic properties on the D-ring, which is accessible to photoisomerisation, were compared to the native PFB and PCB chromophores. The influence of these steric changes on the biophysical properties of the phytochrome was determined by assembly of the modified chromophores with the N-terminal 65 kDa fragment of PhyA-apoprotein from Avena sativa. Simultaneous spectroscopic investigations were conducted and compared on these constructs and the PhyA-apoprotein assembled with the native chromophore PCB. While all generated holoproteins showed two photochemically interconvertible states, altered steric and polar interactions were observed between the synthesized chromophores and the protein-moiety. A hypsochromic shift of 21–74 nm was detected as well as a 2.5- to 4-fold increase in fluorescence emission. Using a uniquely defined model system consisting of the chromophore PCB and a peptide of the PhyA-sequence containing 41 amino acids, first basic experiments were conducted to establish ligand-protein interactions between the chromophore PCB and the chromophore-binding domain of PhyA. While the measured absorption spectra established the autocatalytic assembly reaction, photoisomerisation of the complex was not observed due to the limited length of the peptide sequence and the lack of essential amino acids.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Bezug:	10.2003-04.2007
Fachbereich / Einrichtung:	Sonstige Einrichtungen/Externe
Dokument erstellt am:	25.05.2007
Dateien geändert am:	25.05.2007
Promotionsantrag am:	17.07.2006
Datum der Promotion:	25.04.2007