Dokument: The Structure and Function of the Water-Oxidizing Complex of Photosystem II and Related Model Complexes Investigated by Pulse EPR Spectroscopy
| Titel: | The Structure and Function of the Water-Oxidizing Complex of Photosystem II and Related Model Complexes Investigated by Pulse EPR Spectroscopy | |||||||
| Weiterer Titel: | Struktur und Funktion des wasseroxidierenden Komplexes von Photosystem II und verwandten Modellkomplexen, mit Puls-EPR-Spektroskopie | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=48333 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20190122-104924-9 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Englisch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Master Perez-Navarro, Montserrat [Autor] | |||||||
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| Stichwörter: | EPR, Photosystem II, Water-Oxidizing Complex | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 540 Chemie | |||||||
| Beschreibungen: | Ein wichtiger Baustein für die künftige Energieversorgung der Gesellschaft wird die katalytische Erzeugung von Wasserstoff aus Wasser sein. Um dies zu erreichen, ist es notwendig, effiziente und nachhaltige Katalysatoren für die Wasseroxidation bestehend aus reichlich vorhandenen Materialien zu entwickeln. Zyanobakterien, Algen and Pflanzen sind natürliche Systeme, die als Blaupause für eine effiziente Oxidation von Wasser dienen können. In diesen biologischen Systemen hat die Natur
einen einzigartigen photochemisch aktiven Protein-Superkomplex entwickelt, das Photosystem II (PSII). Dieses Enzym nutzt Lichtenergie, um die Spaltung von zwei Wassermolekülen in O2 und Protonen anzutreiben. Dieser elementare biologische Prozess bildet die Grundlage für Photosynthese und Kohlenstoff-Fixierung. Der katalytische Zentrum für die Oxidation von Wasser im PS II ist ein μ-oxo-verbrücktes tetra-Mangan-Kalzium-Cluster, Mn4O5Ca, das in vier aufeinanderfolgenden lichtinduzierten Ladungstrennungsreaktionen fünf Redoxzustände durchläuft, die Si-Zustände (i = 0-4). Die vorliegende Studie konzentriert sich auf den S2-Zustand mit einem effektiven Elektronenspin Seff = 1/2, der sich aus der Austauschwechselwirkung zwischen den vier Mn-Ionen in den Oxidationszuständen MnIIIMnIVMnIVMnIV ergibt. Dieser Zustand ist paramagnetisch und ermöglicht dadurch, seine chemischen Eigenschaften durch paramagnetische Elektronenresonanz (EPR) und verwandte Techniken zu studieren. In meiner Doktorarbeit werde ich zeigen, wie Hochfeld-ESRSpektroskopie in Kombination mit Substrat-Wasser-Markierung leistungsfähige Werkzeuge zur Untersuchung der Wechselwirkungen zwischen Substrat und Mn-Cluster bietet, wodurch die Bindestellen der beiden Substrate am Cluster identifiziert werden. Dies grenzt den Mechanismus der biologischen Oxidation von Wasser ein und liefert neue Informationen über einen oxo/oxyl-Mechanismus unter Beteiligung einer der austauschbaren μ-oxo-Brücken. Diese Ergebnisse haben wichtige Konsequenzen für die Entwicklung von Übergangsmetall-Katalysatoren mit verbesserter Effizienz.An important component for the future energy needs of society will be the catalytic production of hydrogen from water. To achieve this it is necessary to develop efficient, sustainable water oxidation catalysts from abundant materials. Cyanobacteria, algae and higher plants are natural systems that can serve as a blueprint for efficient water oxidation. Housed inside these large biological systems, nature has developed a unique photochemical supercomplex called Photosystem II (PSII). This enzyme uses light energy to drive the splitting of two water molecules into O2 and protons. This primary biological process forms the basis of photosynthesis and carbon fixation. The catalytic site for water oxidation in PS II is a μ-oxo-bridged tetra manganese-calcium cluster, Mn4O5Ca, that undergoes four consecutive light-induced charge separation reactions, involving five redox intermediates, the Si states (i = 0-4). The present study is focused on S2 with effective electron spin of Seff = 1/2, due to the exchange interaction between the four Mn ions with oxidation states MnIIIMnIVMnIVMnIV. This state is paramagnetic and thus allows its chemical properties to be studied by electron paramagnetic resonance (EPR) and related techniques. In my thesis, I will describe how high-field EPR spectroscopy combined with substrate water labeling provides powerful tools to measure the interaction of the substrate with the Mn cluster, identifying the sites where the two substrates bind to the cluster, thus constraining the mechanism of biological water oxidation and providing new information where an oxo/oxyl mechanism takes place, involving one of the exchangeable μ-oxo bridges. These results have important consequences for the development of 1st row transition metal catalysts of enhanced efficiency. | |||||||
| Lizenz: |  Urheberrechtsschutz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät | |||||||
| Dokument erstellt am: | 22.01.2019 | |||||||
| Dateien geändert am: | 22.01.2019 | |||||||
| Datum der Promotion: | 16.02.2018 |
