Cluster: Integrale Konzepte der Katalyse II(E3/D3) Die Aufdeckung des lichtgetriebenen Photosystem II-spezifischen Reparaturmechanismus: Kristallisation von Mn-freiem PSII und dessen strukturelle/funktionelle Analyse

Das Photosystem II (PSII), welches zur oxygenen Photosynthese befähigt, besitzt die einzigartige Fähigkeit mithilfe von Licht (des sichtbaren Wellenlängen-Bereichs) am Mn4CaO5-Cluster Wasser zu oxidieren (daher auch „water-oxidizing-complex“, WOC). Während der letzten zehn Jahre wurde ein bedeutender Fortschritt in der Aufklärung der molekularen WOC-Struktur durch die Anwendung von Proteinkristallografie und Röntgenabsorptionsspektroskopie des cyanobakteriellen PSII Kernkomplexes (PSIIcc) erreicht. Dies liefert eine solide Basis für die weitere Analyse der immer noch wenig verstandenen molekularen Mechanismen der Wasseroxidation. Ein Vorhaben dieses Projektes ist die Verbesserung der Kristallqualität von monomeren und dimeren PSIIcc für eine Auflösung von mindestens 2.0 Å. Die erhaltenen Strukturdaten sollen zum besseren Verständnis des katalytischen Prozesses mit Hilfe von Daten aus verschiedenen spektroskopischen Messungen an Einzelkristallen von PSIIcc (ERP-, EXAFS- und XAS-Spektroskopie) kombiniert werden. Den zweiten zentralen Untersuchungsgegenstand unseres Projektes bildet der lichtgetriebene Reparaturmechanismus der Wasseroxidation/des WOC im PSIIcc, der höchstwahrscheinlich einen essentiellen Beitrag bei der Entwicklung von artifiziellen/künstlichen Wasseroxidations-Katalysatoren liefern könnte. Hierfür sollen PSIIcc-Kristalle einerseits als Assemblierungsintermediate und andererseits als apo-Form (Mn freies PSIIcc) gewonnen werden. Diese Strukturdaten würden tiefere Einblicke in die strukturellen Änderungen geben, die während des Reparatur-Zyklusses durchlaufen werden.