Dokument: Chloroplastidäre F-ATPase – Molekulare Regulation durch das Phytotoxin Tentoxin

Titel:	Chloroplastidäre F-ATPase – Molekulare Regulation durch das Phytotoxin Tentoxin
Weiterer Titel:	Chloroplast F-ATPase - Molecular regulation by the phytotoxin tentoxin
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=7568
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20080423-100635-3
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Meiß, Erik [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 5,92 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 14.04.2008 / geändert 14.04.2008
Beitragende:	Prof. Dr. Groth, Georg [Gutachter] PD Dr. Schumann, Jürgen [Gutachter]
Stichwörter:	F-ATPase, Tentoxin
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Die FoF1-ATP-Synthase ist ein ubiquitäres Enzym des Energiestoffwechsels bei Bakterien, Pflanzen und Tieren. Dort stellt es unter aeroben Bedingungen den Hauptteil des zellulären ATP bereit. Durch biochemische Untersuchungen, die Aufklärung der Struktur, sowie der direkten Beobachtung der Rotation als Prinzip des Arbeitsmechanismus, konnten die grundlegenden Prozesse der katalytischen Umsetzung bestimmt werden. Die Regulation, vor allem des chloroplastidären Enzyms, ist hingegen komplex und mechanistisch wenig verstanden. In der vorliegenden Arbeit wurde zum ersten Mal der regulierende Einfluss von Tentoxin, einem pflanzenspezifischem Inhibitor auf den F1-Komplex des thermophilen Cyanobakteriums Thermosynechococcus elongatus untersucht. Zunächst wurden grundlegende Katalyseparameter des noch nicht in der Literatur charakterisierten Enzyms bestimmt und die aus anderen Spezies beschriebene wildtypische Sensitivität gegenüber Tentoxin nachgewiesen. Das Toxin inhibiert dabei in nano- bis mikromolaren Konzentrationen die ATPase-Reaktion, wohingegen bei mikro- bis millimolaren Konzentrationen eine Überaktivierung beobachtet wird. Durch Kombination von biochemischen Experimenten mit Einzelmoleküluntersuchungen konnte gezeigt werden, dass der inhibierende Einfluss von niedrigen Tentoxin- Konzentrationen durch eine Störung des binding-change-Mechanismus verursacht wird. Der gebundene Inhibitor verhindert dabei die sequenzielle Umwandlung der katalytischen Nukleotidbindestellen direkt nach der Substratbindung. Dies führt zu einer stark herabgesetzten Rotationsgeschwindigkeit der zentralen Untereinheit Gamma. Die hydrolytische Spaltung von ATP ist, genauso wie die Produktfreisetzung, dagegen nicht betroffen. Die Reaktivierung durch Tentoxin konnte zum ersten Mal in zwei Teilprozesse aufgelöst werden. Zum einen wird die Störung der katalytischen Sequenz, welche die Grundlage der Toxininhibierung darstellt, teilweise wieder aufgehoben. Die Rotationsgeschwindigkeit der zentralen Gamma-Untereinheit erhöht sich dadurch, erreicht aber nicht die ursprüngliche Umdrehungsgeschwindigkeit des Enzyms ohne Tentoxin. Zum anderen zeigt der reaktivierte F1-Komplex während der ATP-Hydrolyse praktisch keine Inaktivierung durch ADP. Diese, bei allen F-ATPasen konservierte Hemmung, führt zu einem völligen Stopp der Rotation. Durch hohe Konzentrationen an Tentoxin ist somit der Anteil aktiver Enzyme zu jedem Zeitpunkt deutlich erhöht. FoF1-ATP-synthases play a central role in the energy transduction pathways of bacteria, plants and animals. Under aerobic conditions they produce most of the cellular ATP. The basic enzymatic mechanism was elucidated by biochemical and spectroscopic experiments, as well as the direct observation of the rotational catalysis. However, the regulation, especially of the chloroplast enzyme, is complex and poorly understood. The goal of this work was to investigate the regulatory effects of tentoxin, a plantspecific inhibitor of ATP-synthases, on the F1-complex of the thermophilic cyanobacterium Thermosynechococcus elongatus. In the beginning basic catalytic parameters of this in the literature not yet characterised complex were determined and the sensitivity against tentoxin was demonstrated. Therefore tentoxin inhibits the ATP-hydrolysis reaction in the range from nano- to micromolar concentrations, whereas it overstimulates the enzymatic reaction from mirco- to millimolar tentoxin concentrations. In a combination of biochemical and single molecule experiments it was shown that the inhibitory effects of low tentoxin concentrations is due to an inhibition of the binding-change-mechanism. Bound inhibitor affects the catalytic sequence directly after substrate binding. This leads to a strongly impaired rotation of the central gamma-subunit. In contrast, the events of ATP-cleavage and product release are unharmed. By using these experimental techniques, it could be demonstrated for the first time that the overstimulation by high tentoxin concentrations can be divided in two contrary processes. First, like in inhibition the catalytic sequence is disturbed, but to a lesser extent. Therefore the rotational speed accelerates again, but did not reach the level of untreated complexes. Second, reactivation by high tentoxin concentrations is coupled with a strongly reduced ADP-inactivation, a common inhibition process of F-ATPases. This inactivation normally leads to a complete stop of rotation and is abolished by high tentoxin concentrations. Recapitulating these results, the missing ADP-inactivation overcompensates the little inhibitory effect and leads to a overactivated F-ATPase at high tentoxin concentrations.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Biologie » Biochemie der Pflanzen
Dokument erstellt am:	14.04.2008
Dateien geändert am:	14.04.2008
Promotionsantrag am:	16.10.0006
Datum der Promotion:	08.11.0006