@PhdThesis{diss_mods_00006078, author = {Forberich, Bj{\"o}rn}, title = {Der NDH-1-Komplex von Synechocystis PCC6803:Modularer Aufbau und physiologische Relevanz.}, year = {2011}, publisher = {Christian-Albrechts-Universit{\"a}t zu Kiel}, address = {Kiel}, keywords = {Cyanobakterien; Respiration; Photosynthese; zyklischer Elektronentransport; cyanobacteria; photosynthesis; cyclic electron transport}, abstract = {Die unter dem Begriff NDH-1-Komplex zusammengefassten NAD(P)H:Chinon-Oxidoreduktasen von Synechocystis PCC 6803 entsprechen funktionell und im Aufbau dem Respirations-Komplex I aus Bakterien (NUO) und sind verwandt mit dem Komplex I in Mitochondrien und dem NDH-1-Komplex aus Plastiden. Der bakterielle wie auch der mitochondriale Komplex I sind Bestandteil der Atmungskette. Der plastid{\"a}re NDH-1 ist sowohl am zyklischen Elektronentransport der Photosynthese als auch an der Chlororespiration beteiligt. Die cyanobakteriellen NDH-1-Komplexe nehmen eine Sonderstellung ein, da sie neben dem respiratorischen und dem photosynthetischen Elektronentransport auch noch an der CO2-Fixierung teilnehmen. Diese unterschiedlichen Funktionen werden durch einen modularen Aufbau erm{\"o}glicht, der zu unterschiedlichen NDH-1-Komplexen f{\"u}hrt (S, M, L und MS). Ob es sich dabei unter anderem um Zwischenprodukte oder Zerfallsprodukte dieses labilen Komplexes handelt, ist noch offen. Die Erweiterung des NDH-1M zum NDH-1L-Komplex geschieht durch die Anlagerung der Untereinheiten NdhD und NdhF an dem membranst{\"a}ndigen Teil. Von den NdhD-und NdhF-Untereinheiten sind im Genom von Synechocystis und der meisten Cyanobakterien mehrere Homologe vorhanden, die in bestimmten paarweisen Kombinationen eingesetzt werden und so die funktionelle Vielfalt erm{\"o}glichen. Die Beteiligung der Untereinheiten NdhD3 und NdhD4 an der CO2-Fixierung wurde bereits beschrieben. Die Lokalisierung dieser unterschiedlichen NDH-1-Komplexe geh{\"o}rt aber neben der genauen Funktionsweise und den immer noch nicht identifizierten NAD(P)H-reduzierenden Untereinheiten zu den offenen Fragen der Forschung am NDH-1-Komplex. In der vorliegenden Arbeit wurden Untersuchungen zur Bedeutung der verschiedenen NdhD-Untereinheiten (mit Fokus auf NdhD1 und NdhD2) f{\"u}r die Lokalisierung der NDH-1-Komplexe in Thylakoid- oder Plasmamembran und der ausge{\"u}bten physiologischen Funktion durchgef{\"u}hrt. Lokalisierungsstudien mit isolierten Membranen und Immungold-Analysen zeigten, dass die NDH-1-Komplexe (M und L) {\"u}berwiegend in der Thylakoidmembran, in Spuren aber auch als NDH-1M in der Plasmamembran vorhanden sind. Im Verlauf dieser Arbeit wurden noch erforderliche ndhD-Mutanten hergestellt und charakterisiert, um gezielt das NdhD1, das zusammen mit dem NdhF1 und dem NDH-1M den NDH-1L bildet, zu untersuchen. Von diesen besitzt die D1234-Mutante keine der vier NdhD-Untereinheiten mehr. Western-Blot-Analysen nach nativer Proteinauftrennung im BN-Gel zeigten, dass die D1234-Mutante die erste beschriebene Synechocystis-Mutante ist, die nur noch den NDH-1M-Komplex assembliert. Mit dieser Methode und den neuen selbst hergestellten Mutanten gelang es erstmals, die unterschiedlichen NDH-1L- und NDH-1MS-Komplexe im BN-Gel eindeutig zu identifizieren. Dass der NDH-1M-Komplex auch aktiv und (wenn auch stark eingeschr{\"a}nkt) an der Reduktion des PQ-Pools beteiligt ist, konnte u.a. durch Messung der Reaktionsgeschwindigkeiten vom PS I mit dem Dual-PAM belegt werden. Bei dieser Mutante f{\"a}llt auch die Akzeptorseiten-Limitierung des PS I geringer aus als in einer ebenfalls untersuchten Mutante ohne NDH-1-Komplex, d.h. der NDH-1M kann im geringen Umfang NADP+ als Elektronenakzeptor des PS I bereitstellen. Wachstumskurven von verschiedenen NDH-1-Mutanten machten deutlich, dass f{\"u}r ein ungest{\"o}rtes photoautotrophes als auch mixotrophes Wachstum der NDH-1M alleine nicht ausreichend ist. Erst wenn durch das NdhD1 der NDH-1L-Komplex gebildet werden kann, ist ein dem WT vergleichbares Wachstum m{\"o}glich. Dies gilt mit leichten Einschr{\"a}nkungen auch f{\"u}r das NdhD2 (Bestandteil des NDH-1L'). Phylogenetische Analysen ergaben zudem, dass die Verwandtschaft der als NdhD5 und NdhD6 annotierten Proteine zu den {\"u}brigen NdhD-Untereinheiten (NdhD1-NdhD4) so gering ausf{\"a}llt, dass diese beiden wohl keine redundante Funktion aus{\"u}ben k{\"o}nnen. Somit k{\"o}nnen sie aus dem Kreis der potentiellen NdhD-Untereinheiten ausgeschlossen werden und wurden nicht weiter analysiert.}, url = {https://macau.uni-kiel.de/receive/diss_mods_00006078}, file = {:https://macau.uni-kiel.de/servlets/MCRFileNodeServlet/dissertation_derivate_00003603/Dissertation_Bjoern_Forberich.pdf:PDF}, language = {de} }