id,collection,dc.contributor.author,dc.contributor.firstReferee,dc.contributor.furtherReferee,dc.contributor.gender,dc.date.accepted,dc.date.accessioned,dc.date.available,dc.date.issued,dc.description.abstract[de],dc.description.abstract[en],dc.format.extent,dc.identifier.uri,dc.identifier.urn,dc.language,dc.rights.uri,dc.subject.ddc,dc.subject[en],dc.title,dc.type,dcterms.accessRights.dnb,dcterms.accessRights.openaire,dcterms.accessRights.proquest,dcterms.format,refubium.affiliation "7f1ad798-bf27-44f9-950d-80aaaef23ba4","fub188/14","Assunção, Ricardo","Dau, Holger","Zouni, Athina","male","2022-10-28","2022-11-21T09:02:14Z","2022-11-21T09:02:14Z","2022","Photosystem II ist ein Schlüsselenzym der oxygenen Photosynthese, das als Oxidoreduktase die Wasserspaltung ermöglicht. Neben dieser Eigenschaft, hat das Enzym in den letzten Jahrzehnten zudem weitere Aufmerksamkeit als Vorlage für die Entwicklung synthetischer Katalysatoren für die Gewinnung von Brennstoffen mittels Sonnenenergie erhalten. Durch die Nutzung verschiedener Methoden wie Röntgenkristallographie, Spektroskopie oder Computersimulationen konnten grundlegende Erkenntnisse über dessen Funktion und Struktur gewonnen werden, wobei einige Fragen aber weiterhin offenblieben. So ist weiterhin unklar, welche Wassermoleküle als Substrat dienen, wie die O-O-Bindung im Detail erfolgt, welche Protonierungsdynamiken im Reaktionszentrum ablaufen und wie sich strukturelle und molekulare Umorientierungen im Proteinkomplex , wie z.B. die Einlagerung rot-verschobener Pigmente auf den katalytischen Zyklus auswirken. Um die ersten beiden Fragen zu adressieren, wurden im Rahmen dieser Arbeit, temperaturabhängige und zeitaufgelöste Sauerstoffmessungen mit Ammonium, einem Substratwasseranalogon, das direkt an den PSII-Mangan-Cluster bindet, durchgeführt. Diese zeigen drei Bindungsmöglichkeiten in der unmittelbaren Nähe des Mn-Clusters, mit einer als mögliche Substratwasserbindungsstelle. Weitere Sauerstoffpolarografie-Experimente mit PSII-Varianten bei denen Wasserstoffbrücken-bildende Aminosäuren ausgetauscht wurden, ermöglichten die Untersuchung der Protonierunsgdynamiken um den OEC (oxygen evolving center) und unterstützen die Hypothese, dass der breite Kanal mit E65 als Hauptprotonenweg im S3→S0 Übergang fungiert. Durch temperaturabhängige EXAFS-Studien an dunkel-adaptiertem PSII konnte ein Umschlagpunkt des Debye-Waller-Faktors bei 200 K bestimmt werden, der auch dem Temperaturpunkt entspricht, an dem der S-Zyklus zum Erliegen kommt. Diese Ergebnisse unterstützen, dass Vibrationsmobilität und molekularer Umorientierung während der S-Zyklus-Übergänge eine entscheidende Rolle spielen und in Verbindung mit dem im Vergleich zur Theorie deutlich verlangsamten τ-Wert beim Elektrontransfer vom OEC zu YZ●+ stehen könnten. Abschließende Untersuchungen an einer PSII-Variante mit rot-verschobenen Chlorophyllmolekülen, zeigte eine deutliche Verlangsamung der Sauerstofffreisetzung und eine Erhöhung in ΔG‡ um 40 meV im Vergleich zu gewöhnlichen Chlorophyll a-PSII-Varianten. Diese Unterschiede stützen die Hypothese, dass mindestens ein Chlorophyllmolekül im Reaktionszentrum durch ein rot-verschobenes Chlorophyll ersetzt wurde.","Photosystem II is a large oxidoreductase protein complex with a crucial role in oxygenic photosynthesis where it makes use of its unique catalytic ability to facilitate water oxidation. Apart from this fundamental importance, the research on this protein has attracted extra attention over the last couple decades as PSII also serves as a paragon for the development of synthetic catalysts for solar fuel production. Consequently, great advancements have been made, with important contributions from crystallography, spectroscopy, and computational methods, so that the structure and reactive cycle of PSII is now much better understood. Although some questions remain open, like the identities of the substrate water molecules, the type of mechanism involved in the formation of the O-O bond, the proton dynamics around the reaction center of PSII, the role of structural and molecular reorganizations and the impact of special features, like red-shifted pigments in the catalytic cycle. To tackle the first question, and indirectly the second, a temperature dependent study of the interaction of ammonia, a substrate water analogue that binds directly to the Mn-cluster of PSII, was performed. From it, three possible binding spots directly to or in the close vicinity of the Mn-cluster were suggested, one of which might be a substrate water binding site. Further O2 polarography measurements of several PSII cores with unique point mutations of H-bond active residues offered a broader perspective on the protonation dynamics away from the OEC specially identing the broad channel as the most probable H+ pathway in S3→S0, with E65 as a key participant in this process. As most dynamics of the S-state cycle freeze out below 200 K, an investigation of dark-adapted PSII by means of a temperature-dependent EXAFS study identified a breakpoint in the Debye-Waller factor at this exact temperature point, revealing the importance of vibrational mobility and molecular reorganizations in the S-state transitions, which may relate to the much slower τ-value than theoretically predicted for the ET from OEC → YZ●+. Lastly, the study of PSII containing red-shifted chlorophylls showed for FRL C. thermalis a significant slowdown of the O2 release and an increase in a ΔG‡ 40 mev higher than the average value found for common PSIIs, further supporting that the reaction center of PSII from FRL C. thermalis have at least one Chl replaced by a red-shifted one.","XII, 187 Seiten","https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/36677||http://dx.doi.org/10.17169/refubium-36390","urn:nbn:de:kobv:188-refubium-36677-1","eng","https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/","500 Natural sciences and mathematics::530 Physics::530 Physics","Photosystem II||Oxygen Polarography||Activation energy||Manganese complex||Oxygen evolution","Dynamics and kinetics of the O2-evolution step in Photosystem II: a time-resolved polarography and X-ray spectroscopy study","Dissertation","free","open access","accept","Text","Physik"