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[Translate to English:] ATP-Synthase aus Chloroplasten

Struktur, Funktion und Regulation der Chloroplasten-ATP-Synthase

Die ATP-Synthase ist das Schlüsselenzym der Energiegewinnung. An ihr wird unter Energieaufwand aus ADP und Phosphat ATP gebildet. Zu diesem Zweck wird ADP und Phosphat an die katalytischen Bindungsstellen des Enzyms gebunden. Da das Enzym drei katalytische Untereinheiten besitzt (b-Untereinheiten), gibt es auch drei katalytische Bindungsstellen. Darüber hinaus gibt es "feste" Nukleotidbindungsstellen, die zur Regulation des Enzyms beitragen.

Charakterisierung der katalytischen Zentren

Charakterisierung der katalytischen Zentren der Chloroplasten-ATPase ist möglich zunächst durch Untersuchungen der stereochemischen Struktur des Substrates (Mg-ATP-Komplex) und der für die Bindung des Substrates erforderlichen Eigenschaften (Aminosäurereste) in der Bindungsstelle. Mit Hilfe chemischer Modifikation der Nukleotidbindungsstellen können diese Eigenschaften dann nachgewiesen werden. Die auf diese Weise gefundenen funktionellen Aminosäuren führten zu einem Modell des katalytischen Zentrums der Chloroplasten-ATPase, das die bindenden Peptidketten mit den entsprechenden Aminosäuren einbezieht. Weitere Ergebnisse ließen den Schluss zu, dass im Enzym eine substratinduzierte Konformationsänderung stattfindet, die sowohl α- als auch β-Untereinheiten betrifft und je nach Art des gebundenen Nukleotids einen anderen Bereich öffnet. Dieser Teil unserer Forschung wurde mit Sachmitteln des Sonderforschungsbereichs 189, Projekt B2 gefördert.

Molekulare Differenzierung zwischen aktiven und inaktiven Zuständen
der Chloroplasten-ATPase

 

Bei den Untersuchungen am membrangebundenen Enzym stellte sich heraus, dass das lichtaktivierte Enzym durch die Modifikatoren wesentlich effektiver und vollständiger gehemmt wird, als das inaktive (dunkel gehaltene). Hieraus ergaben sich die weiteren Untersuchungen der ATPase (isoliert oder membrangebunden) in verschiedenen Aktivierungszuständen. Das Ziel dieser Versuche war letztendlich die Aufklärung der Frage: Wird die katalytische Bindungsstelle durch eine Konformationsänderung geöffnet bzw. bei Abschaltung des Enzyms (im Dunkeln) geschlossen, oder gibt es lediglich einen Mechanismus, der den Substratumsatz im nicht aktiven Zustand des Enzyms verhindert. In der β-Untereinheit finden bei der Aktivierung bzw. Inaktivierung signifikante Konformationsänderungen statt, die die katalytische Stelle für bestimmte Reagenzien zugänglich bzw. unzugänglich macht.

Die Struktur des F1-Teils der mitochondrialen ATPasen ist durch die Kristallisation des Enzyms und anschließende Röntgenstrukturanalyse weitgehend aufgeklärt worden. Dennoch bleiben wichtige Fragen offen, speziell in Bezug auf Aktivierungs- und Deaktivierungsprozesse im Rahmen der Regulation der Chloroplasten-ATPase. Dieser Teil unserer Forschung wurde mit Sachmitteln des Sonderforschungsbereichs 189, Projekt B10 gefördert.

 

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