Zugänglichkeit einzelner Domänen des Lichtsammelkomplexes LHCII

Abstract

Das Membranprotein LHCII ist ein Lichtsammelkomplex der höheren Pflanzen, der in vitro, ausgehend von bakteriell überexprimiertem Apoprotein, als Monomer und als Trimer rekonstituiert werden kann. Um Strukturunterschiede zwischen Monomeren und Trimeren zu bestimmen, wurden ortsspezifische Derivatisierungen des Proteins durchgeführt. Dazu wurden verschiedene Mutationen am LHCII vorgenommen. Das einzige Cystein des nativen, maturen LHCII wurde zunächst in ein Serin umgewandelt. Ausgehend von dieser Mutante wurden an fünf Positionen singuläre Cysteine eingefügt. Zugänglichkeitsuntersuchungen mit dem thiolreaktiven Farbstoff Rhodamine Red-Maleimid zeigten zum Teil Unterschiede zwischen Monomeren und Trimeren auf. Außerdem deutete eine zweiphasige Markierungskinetik eines der rekombinanten LHCII auf mindestens zwei konformelle Populationen in Detergenslösung. Die Beobachtungen dieser Arbeit wurden zudem genutzt, um im Strukturmodell des LHCII unklare Positionen näher zu beschreiben. Schließlich wurden einige der LHCII mit angekoppeltem Fluoreszenzfarbstoff spektroskopisch charakterisiert.

The membrane protein LHCII is a light-harvesting complex of higher plants that can be reconstituted in vitro in its monomeric and trimeric form, starting from its bacterially expressed apoprotein. For the determination of structural differences between monomeric an trimeric form, site-specific labelling was used. For this purpose, first several mutations were introduced in the LHCII. The only cysteine of native mature LHCII was changed into a serine. Starting from this LHCII-mutant, singular cysteines were introduced at five positions. Accessibility measurements with the thiolreactive dye Rhodamine Red maleimide showed a partially different behaviour of monomers and trimers. Moreover, biphasic labelling kinetics indicated the presence of (at least) two conformational populations of recombinant LHCII in detergent solution. Additionally, the observations of this thesis helped to elucidate the positioning of protein domains that are not well resolved in the structural model of LHCII. Finally, a number of fluorescence-labelled LHCII derivatives were characterized.