Sub-nanoskopische Ladungsverschiebungen im ubichinon-reduzierenden Zentrum N des Cytochrom-bc1-Komplexes von Rhodobacter capsulatus

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Das beantragte Projekt soll den Mechanismus der Ubichinon-Reduktion im Cytochrom-bc1-Komplex klären. Dieses Schlüssel-Enzym der Energieumwandlung oxidiert Ubichinol-Moleküle von einer Membranenseite, um dann Ubichinon-Moleküle von anderen Membranseite zu reduzieren. Der Vorgang ist von subnanoskopischen Verschiebungen von Protonen und Elektronen begleitet und führt zur Erzeugung des Membranpotentials. Der bc1–Komplex ist gleichzeitig die wichtigste Quelle von reaktiver Sauerstoffspezies (RSS). RSS bilden sich als Nebenprodukte bei der Wechselwirkung zwischen Sauerstoff-Atomen und Semichinon-Radikalen, die bei der Katalyse als Intermediate beteiligt sind. Die Akkumulation der durch RSS beschädigten Stoffe in den Zellen führt zur Alterung und dann zum Tod. Deswegen ist es wichtig, die Semichinon-Chemie innerhalb des Enzyms zu klären. Der bc1–Komplex wird in Membranvesikeln aus phototrophen Bakterien untersucht, wo die Enzym-Reaktion mit Lichtblitzen getriggert werden kann. Bisherige Untersuchungen des bc1–Komplexes an der Universität Osnabrück wurden mithilfe optischer Spektroskopie durchgeführt. Es ist dabei gelungen, durch das Variieren der Lichtblitz-Intensität und durch die Verlangsamung der Enzymreaktion mittels Zn2+-Ionen die einzelne Schritte des Reaktionszyklus nachzuweisen. Im neuen Vorhaben sollen die Proben nach dem Lichtblitz sofort eingefroren werden, um die Untersuchungen der Semichinon-Radikalen mithilfe ESR-Spektroskopie zu ermöglichen. Die Entwicklung von Methoden zum schnellen Einfrieren von beleuchteten Proben ist ein weiteres Ziel des Projektes. Eine einzigartige Kombination von biophysikalischen Methoden soll helfen, den Reaktionsmechanismus des bc1 zu klären.