Untersuchung der Fluoreszenzdynamik im Antennensystem des Chlorophyll d-haltigen Cyanobakteriums Acaryochloris marina

Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Fluoreszenzdynamik in ganzen Zellen von Acaryochloris marina (A.marina) durch Anregung mittels verschiedener gepulster Lichtquellen mit unterschiedlichen Anregungswellenlängen bei physiologischen und kryostatischen Temperaturen untersucht. A.marina ist ein erst 1996 entdecktes Cyanobakterium, welches wegen einer bisher einzigartigen molekularen Zusammensetzung des lichtsammelnden Antennensystems wissenschaftlich sehr interessant ist. Während höhere Pflanzen und andere Cyanobakterien überwiegend Chlorophyll a und b als Hauptpigmente des membraninternen Lichtsammelkomplexes (LHC) aufweisen, enthält der LHC von A.marina fast ausschließlich Chl d. Bei Chl d ist die langwellige Absorptionsbande im Vergleich zu Chl a und Chl b um mehr als 30 nm rotverschoben. Dies ermöglicht A.marina, den nahen Infrarotbereich des Sonnenlichtes zur Photosynthese zu nutzen und auf engem Raum symbiontisch mit anderen Cyanobakterien zusammenzuleben. Auch die membranexterne Phycobiliproteinantenne (PBP Antenne) von A. marina hat einen anderen Aufbau als in typischen Cyanobakterien. Aus dem energetisch niedrigeren Anregungszustand des Chl d und der Struktur der LHC- und PBP Antenne ergeben sich wesentliche Fragen zum Anregungsenergietransfer in A.marina. Aus der Analyse der Fluoreszenzdynamik bei physiologischen Temperaturen konnte auf die Dynamik der Exzitonen im Antennensystem rückgeschlossen werden. Dazu wurden die gewonnenen Messdaten mit Hilfe eines Kompartimentierungsmodells analysiert und iterativ mit den Messdaten abgeglichen. Dies ermöglichte die quantitative Erfassung der auftretenden Exzitonen- und Elektronentransferzeiten. Es zeigte sich insbesondere, dass der Transfer vom terminalen Ende der PBP Antenne in die Chl dhaltige Core-Antenne mit einer Zeitkonstanten von 60 ps abläuft und damit schneller ist, als bei anderen Cyanobakterien. Durch eine Simulation konnte gezeigt werden, dass die Zeitkonstante einer schnellen Fluoreszenzkomponente an der Grenze des Auflösungsvermögens verkürzt wiedergegeben wird. Eine Abschätzung des räumlichen Abstands zwischen den nächsten Nachbarn der Pigmente der PBP Antenne und des Chl d-haltigen LHC aus den gemessenen Spektren mit Hilfe der Theorie des Förster-Resonanz-Energie-Transfers (FRET) unter der Annahme gekoppelter Dipole, ergab einen centercenter Abstand von 3,3 nm

Klappentext

Diplomarbeit aus dem Jahr 2005 im Fachbereich Physik - Optik, Note: 1.0, Technische Universität Berlin, Sprache: Deutsch, Abstract: Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Fluoreszenzdynamik in ganzen Zellen von Acaryochloris marina (A.marina) durch Anregung mittels verschiedener gepulster Lichtquellen mit unterschiedlichen Anregungswellenlängen bei physiologischen und kryostatischen Temperaturen untersucht. A.marina ist ein erst 1996 entdecktes Cyanobakterium, welches wegen einer bisher einzigartigen molekularen Zusammensetzung des lichtsammelnden Antennensystems wissenschaftlich sehr interessant ist. Während höhere Pflanzen und andere Cyanobakterien überwiegend Chlorophyll a und b als Hauptpigmente des membraninternen Lichtsammelkomplexes (LHC) aufweisen, enthält der LHC von A.marina fast ausschließlich Chl d. Bei Chl d ist die langwellige Absorptionsbande im Vergleich zu Chl a und Chl b um mehr als 30 nm rotverschoben. Dies ermöglicht A.marina, den nahen Infrarotbereich des Sonnenlichtes zur Photosynthese zu nutzen und auf engem Raum symbiontisch mit anderen Cyanobakterien zusammenzuleben. Auch die membranexterne Phycobiliproteinantenne (PBP Antenne) von A. marina hat einen anderen Aufbau als in typischen Cyanobakterien. Aus dem energetisch niedrigeren Anregungszustand des Chl d und der Struktur der LHC- und PBP Antenne ergeben sich wesentliche Fragen zum Anregungsenergietransfer in A.marina. Aus der Analyse der Fluoreszenzdynamik bei physiologischen Temperaturen konnte auf die Dynamik der Exzitonen im Antennensystem rückgeschlossen werden. Dazu wurden die gewonnenen Messdaten mit Hilfe eines Kompartimentierungsmodells analysiert und iterativ mit den Messdaten abgeglichen. Dies ermöglichte die quantitative Erfassung der auftretenden Exzitonen- und Elektronentransferzeiten. Es zeigte sich insbesondere, dass der Transfer vom terminalen Ende der PBP Antenne in die Chl dhaltige Core-Antenne mit einer Zeitkonstanten von 60 ps abläuft und damit schneller ist, als bei anderen Cyanobakterien. Durch eine Simulation konnte gezeigt werden, dass die Zeitkonstante einer schnellen Fluoreszenzkomponente an der Grenze des Auflösungsvermögens verkürzt wiedergegeben wird. Eine Abschätzung des räumlichen Abstands zwischen den nächsten Nachbarn der Pigmente der PBP Antenne und des Chl d-haltigen LHC aus den gemessenen Spektren mit Hilfe der Theorie des Förster-Resonanz-Energie-Transfers (FRET) unter der Annahme gekoppelter Dipole, ergab einen centercenter Abstand von 3,3 nm