Statische und zeitaufgelöste FTIR Differenzspektroskopie an Kanalrhodopsinen aus Chlamydomonas reinhardtii und Volvox carteri

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Kanalrhodopsine sind licht-gesteuerte Ionenkanäle, die an der Phototaxis von verschiedenen Mikroalgen beteiligt sind, indem sie wenige Millisekunden nach der Lichtabsorption die Leifähigkeit der Zellmembran verändern und dadurch die Zelle depolarisieren. Aufgrund dieser Eigenschaften sind in der letzten Zeit einige vielversprechende Anwendungen speziell in den Neurowissenschaften möglich geworden. So wurden Kanalrhodopsine beispielsweise in den Neuronen verschiedener Organismen exprimiert, um dort licht-induziert Aktionspotenziale zu erzeugen. Dies eröffnet völlig neue Perspektiven in der Erforschung und Behandlung neuronaler Erkrankungen. Trotz dieser Erfolge ist die molekulare Basis der Photoreaktion und der Ionenleitung weitgehend unbekannt. Kürzlich ist es gelungen, Kanalrhodopsine funktional zu exprimieren und UV/ Vis spektroskopisch und elektrophysiologisch zu untersuchen. Dadurch wurden Informationen über den Protonierungsgrad der Schiffbase, welche den Chromophor mit dem Apoprotein verbindet, und über die Änderung der Leitfähigkeit des Kanals während des Photozyklus verfügbar. Im beantragten Projekt soll der Photozyklus der Kanalrhodopsine durch eine Kombination aus statischer und zeitaufgelöster UV/ Vis- und FTIR- Differenzspektroskopie kinetisch und mechanistisch auf molekularer Basis charakterisiert werden. Insbesondere soll die Untersuchung verschiedener Punktmutationen durch Vergleiche mit dem Wildtyp zu einem tieferen Verständnis der molekularen Vorgänge beim Photozyklus führen.