Kontrolle des Rotationsmechanismus einer einzelnen FoF1-ATP synthase in freitragenden Lipiddoppelschichten

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FoF1-ATP Synthasen produzieren und erhalten das [ATP]-Niveau in Zellen mithilfe einer internen Rotation von Untereinheiten. In Escherichia coli wird das Enzym durch die Protonen-motorische Kraft, PMF, angetrieben, die aus zwei Komponenten besteht: der Konzentrationsdifferenz von Protonen (ΔpH) und dem elektrischen Potential (Δψ) über die Membran. Rotation während der ATP Synthese wurde in vitro bei hohen ΔpH- und unbekannten Δψ-Werten nachgewiesen. In vivo ist der ΔpH-Wert klein und Δψ soll die treibende Kraft zur ATP Synthese sein. Demnach könnten die korrespondierenden ATP Syntheseraten deutlich kleiner sein. Wir wollen die spezifischen Rollen von ΔpH und Δψ quantitativ in Bezug auf die Rotationsmechanik messen. Im ersten Schritt werden wir unsere konfokale Einzelmolekül-Fluoreszenz-Resonanz-Energie-Transfer Methode zur Beobachtung der Rotation in einzelnen FoF1-ATP Synthasen mit der neuen 'black-lipid-membrane patch clamp'-Technik unseres Kooperationspartners kombinieren, die die Diffusion von Membranproteinen auf etwa 10 nm begrenzt. Konfokales Laserscanning und zeitkorrelierte Einzelphotonenzählung erlauben somit die Beoachtung von PMF-kontrollierter Rotation in einer einzelnen FoF1-ATP Synthase auf allen Zeitskalen von Nanosekunden bis Minuten für ATP Hydrolyse und Synthese ohne Oberflächenanbindung. Die Ergebnisse werden mit Messungen an rekonstituierten FoF1-ATP Synthasen verglichen, die im 'ABELtrap' (Anti-Brownian electrokintic trap) festgehalten werden.