dc.contributor.author
Schönborn, Matthias
dc.date.accessioned
2018-06-07T15:40:34Z
dc.date.available
2018-01-08T14:46:26.729Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/1424
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-5626
dc.description.abstract
This work presents results from FTIR measurements on photosystem II. In a
previous project of our group, a custom made sample chamber was combined with
a Vertex 70 spectrom- eter (Bruker, USA) to facilitate fully automated
measurements (Süss 2011). In the current project, after several rectifications
of the setup, time-resolved step-scan measurements of photosystem II in H2O
and D2O have been completed successfully. Rapid-scan measurements showed that
the sample fully retains its activity through three to four days of
measurements. The influence of ammonium on photosystem II FTIR (rapid- scan)
difference spectra was reported for the first time for all S-state
transitions. Different methods to eliminate a signal in the microsecond to
millisecond domain caused by heating of the sample upon the application of an
actinic laser flash were introduced and discussed. Finally, the time-resolved
step-scan H2O and D2O datasets were carefully analyzed and discussed. The miss
factor of the rapid-scan and step-scan measurements was as low as 9%. In this
work seven electron and proton removal steps of the S-state cycle have been
identified using decay associated spectra obtained from different fitting
approaches. Their time constants and kinetic isotope effects have been
obtained. For the first time, the oxygen evolution spectrum in the S3 → S0
transition has been obtained: the vibrational modes which are involved in the
oxygen evolution step can be identified unambiguously. Conclusions about the
FTIR signature of YZ in intact photosystem II have been reported. The expected
kinetic behaviour can be observed in certain protein backbone modes. The time-
resolved step-scan and rapid-scan measurements show excellent agreement re-
garding the comparably slow acceptor side processes. The decay-associated
spectrum of a very fast phase (τ ≈ 20 μs) surprisingly shows agree- ment with
P680 and ChlZ spectra. Two pairs of symmetric and asymmetric carboxylate modes
match very well regarding the evolution in time in each S-state transition.
These features are remarkably influenced by ammonia treatment and indicate
substrate water movement during the catalytic cycle. It has been an important
goal to assign individual amino acid residues around the OEC to specific
vibrational modes, for example through the use of site-directed mutagenesis.
Once more modes can be assigned to specific amino acid residues, the reported
datasets can be revistited to obtain valuable information about the evolution
in time of these modes.
de
dc.description.abstract
Diese Arbeit präsentiert zeitaufgelöste FTIR-Spektren des Photosystem II. In
einem vo- rausgegangenem Projekt wurde ein kommerzielles Spektrometer (Vertex
70, Bruker, USA) durch einen vollautomatisierten Probenwechsler ergänzt (Süss
2011). In diesem Projekt wurden nach kritischen Modifizierungen des Aufbaus
erfolgreich zeitaufgelöste step-scan Messungen des PSII in H2O und D2O
durchgeführt. In dieser Arbeit belegen rapid-scan Messungen, dass das Protein
selbst während drei- bis viertägigen Messungen seine Aktivität behält. Der
Einfluss von Ammonium auf PSII FTIR Differenzspektren wurde zum ersten Mal für
sämtliche S-Zustandsübergänge präsentiert. Verschiedene Methoden zur
Kompensierung eines wärmeinduzierten Signals im Mikrose- kunden- bis
Millisekunden-Zeitbereich wurden vorgestellt und diskutiert. Schließlich wur-
den die zeitaufgelösten step-scan Messungen in H2O und D2O ausführlich
analysiert und diskutiert. Der Missfaktor der Messungen betrug nur 9%. Sieben
Elektronen- und Protonenabstraktionsschritte des S-Zustandszyklus können mit
Hilfe von Zerfallsspektren, die auf unterschiedliche Weise berechnet wurden,
in den step- scan Daten identifiziert werden. Die Zeitkonstanten und der
kinetische Isotopeneffekt dieser Schritte wurden berechnet. Zum ersten Mal
wurde das Sauerstoffentwicklungsspek- trum im S3 → S0-Übergang präsentiert.
Dadurch können nun eindeutige diejenigen Vibrationsmoden identifiziert werden,
die in diesem Übergang modifiziert werden. Diese Arbeit geht auch auf die
Signale von YZ -moden in intaktem PSII ein: das erwartete dynamische Verhalten
kann in Proteinstruktursignalen beobachtet werden. Das mit einer sehr
schnellen Phase (τ ≈ 20 μs) assoziierte Spektrum zeigt überraschen- derweise
Übereinstimmungen mit P680 und ChlZ -Spektren. Zwei Paare von symmetrischen
und asymmetrischen Carboxylatmoden spiegeln sehr gut ihr Verhalten im
Zeitbereich während der S-Zustandsübergänge. Diese Moden werden auch durch
Ammonium modifiziert und zeigen die Änderungen im Wasserstoffbrücken-
bindungsnetzwerk rund um den OEC während des katalytischen Zyklusses. Ein
wichtiges Ziel der derzeitigen PSII-Forschung ist es, spezifische FTIR-Signale
spezifis- chen Amminosäureresten zuzuordnen, beispielsweise durch
Punktmutationen. Die gewon- nenen Datensätze werden auch in Zukunft weitere
wichtige Informationen liefern können, sobald diese Zuordnungen getroffen
werden können.
de
dc.format.extent
vii, 305 Seiten
dc.rights.uri
http://creativecommons.org/licenses/by/2.0/de/
dc.subject
photosystem II
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik::530 Physik::530 Physik
dc.title
Time-resolved step-scan FTIR spectroscopy on photosystem II
dc.contributor.contact
mbs@mailbox.org
dc.contributor.firstReferee
Prof. Dr. Holger Dau
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Dr. Joachim Heberle
dc.date.accepted
2017-11-08
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000105887-7
dc.title.translated
Zeitaufgelöste step-scan FTIR Spektroskopie am Photosystem II
de
refubium.affiliation
Physik
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000105887
refubium.mycore.derivateId
FUDISS_derivate_000000022845
dcterms.accessRights.dnb
free
dcterms.accessRights.openaire
open access