Struktur und Funktion von Lumazinprotein, einem optischen Transponder aus lumineszenten Bakterien

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Einige fluoreszierende Proteine (z. B. Lumazinprotein, Gelb-fluoreszierendes Protein, Blau-fluoreszierendes Protein) wirken als optische Transponder in lumineszierenden Photobakterien. Sie werden durch bakterielle Luciferase via Förster Transfer angeregt. Ihr Beitrag zur Biolumineszenz ist eine erhöhte Quantenausbeute und eine Verschiebung des Emissionsspektrums. Wir planen die Untersuchung des Lumazinproteins, des Emitterproteins von Photobacterium leiognathi. Ein Molekül 6,7-Dimethyl-8-ribityllumazin, welches nicht-kovalent an das 21 kDa Protein gebunden ist, wirkt hierbei als Fluorophor. Die Wechselwirkung des Proteins mit dem Fluorophor soll dabei unter Verwendung von multinuclearer NMR, EPR, ENDOR, Fluoreszenzspektroskopie und Röntgenstrukturanalyse untersucht werden. Für alle der genannten Methoden werden wir eine Vielzahl an stabilisotop-markierten Fluorophoren (2H,13C,15N) und stabilisotop-markiertes Lumazinprotein einsetzen. Die Markierungen sollen jeweils an verschiedenen Positionen sowohl im Liganden als auch im Enzym erfolgen (Selektivmarkierung). Die Bindungsstelle des Fluorophors im Protein soll ferner durch gerichtete Mutagenese gezielt verändert werden. Durch die Kombination der gerichteten Mutagenese mit spektroskopischen Methoden erwarten wir sowohl strukturelle als auch Information über die Dynamik der Protein/Ligand-Wechselwirkung und somit ein detailliertes Verständnis der Funktion des Proteins d.h. seiner Rolle bei der Erhöhung der Lumineszenz via gesteigerter Quantenausbeute.