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Struktur funktioneller Module von energiewandelnden Systemen in Prokaryoten / SPP 1070

Structure of Functional Modules from Energy-Transducing Complexes in Prokaryotes

16.09.2003

Programmbeschreibung / Programme Summary

Die Vorgänge und Systeme der Energiewandlung, d.h. Erzeugung und Verbrauch für die Zelle nützlicher Energieformen und -intermediate, sind phänomenologisch weitgehend aufgeklärt. Aktuelle Fragestellungen in diesem Gebiet richten sich deshalb zunehmend auf die Struktur der daran beteiligten Enzymkomplexe bzw. Membranproteine, auf ihre Assemblierung und auf die Einbindung in übergeordnete Regulationsnetzwerke. Die Vergabe der Nobelpreise von 1988 und 1997 an H. Michel bzw. J. Walker für die Strukturaufklärung energiewandelnder Enzymkomplexe spiegelt die internationale Anerkennung für dieses Gebiet wider. Die bekannten, beispielhaften Strukturen eröffnen neue, präzisere Fragestellungen. Zur atomaren Beschreibung erscheint jedoch eine breite Basis notwendig, um die unterschiedlichen Mechanismen korrekt verstehen zu können. Im Schwerpunktprogramm 1070 werden auf Grund der vielfältigen molekularen und präparativen Zugangsmöglichkeiten und besonders der verhältnismäßig einfachen Minimalstrukturen Systeme aus Mikroorganismen untersucht, bei denen entweder (i) eine Strukturaufklärung aussichtsreich erscheint, (ii) die strukturelle Definition wichtiger Funktionselemente (Module) möglich ist, oder (iii) die Assemblierung aus Untereinheiten zum Verständnis von Struktur und Mechanismus beitragen. Zur Strukturaufklärung sollen neben der ’klassischen’ Röntgenstrukturanalyse von Einkristallen auch andere biophysikalische Methoden wie z.B. NMR, ESR, Elektronenmikroskopie, UV-Vis und FTIR-Spektroskopie sowie biochemische und molekularbiologische Methoden eingesetzt werden. Ziel der Untersuchungen ist das Verständnis der Energiewandlung in unterschiedlichen löslichen und membrangebundenen Systemen auf molekularer Ebene sowie des komplexen Netzwerks der physikochemischen und biochemischen Zusammenhänge.

The priority programme is focused on structural elements of ’molecular machines’ related to energy-converting systems from prokaryotes which represent central principles of bioenergetics. The process of energy conversion in enzyme complexes can be separated into functions of energy input and output, as well as coupling of these two aspects, mediated by conformational changes of the respective proteins. These partial functions can frequently be assigned to particular modules or protein domains. Prokaryotes are ideal model organisms with respect to the evolutions of the modular structure of energy converting systems usually being relatively simple, minimal structures. From the diversity of biological solutions, three groups of energy converting systems are selected representing major aspects of possible mechanisms. (A) Redox-driven proton translocating systems, however, excluding those which use oxygen as acceptor, (B) primary and secondary transport systems, excluding light-driven systems as well as group translocation, and (C) ATP-driven cytoplasmic electron transport systems. For structure analysis, besides X-ray crystallography also other methods, e.g. NMR, EPR, electron microscopy, X-ray small angle scattering, UV-Vis, and FT-IR spectroscopy, as well as biochemical and molecular biology methods shall be applied. From Bacteria and Archaea, objects for these studies will be selected in which (i) structural analysis seems to be promising, (ii) a structural definition of functional elements (modules) is possible, and/or (iii) the assembly of which contributes to analysis of structure and mechanism.

Sprecher / Spokesperson:

Professor Dr. Reinhard Krämer
Institut für Biochemie der Universität zu Köln
Zülpicher Straße 47 · 50674 Köln
Tel.: (0221) 470-6461 · Fax.: (0221) 470-5091
E-Mail: r.kraemer@uni-koeln.de

Further Information: www.uni-koeln.de/math-nat-fak/biochemie/kraemer/akrk.html