Untersuchung der Fluoreszenzdynamik im Antennensystem des Chlorophyll d-haltigen Cyanobakteriums Acaryochloris marina

Diplomarbeit aus dem Jahr 2005 im Fachbereich Physik - Optik, Note: 1.0, Technische Universität Berlin, Sprache: Deutsch, Abstract: Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Fluoreszenzdynamik in ganzen Zellen von Acaryochloris marina
(A.marina) durch Anregung mittels verschiedener gepulster Lichtquellen mit unterschiedlichen
Anregungswellenlängen bei physiologischen und kryostatischen Temperaturen untersucht.
A.marina ist ein erst 1996 entdecktes Cyanobakterium, welches wegen einer bisher einzigartigen
molekularen Zusammensetzung des lichtsammelnden Antennensystems wissenschaftlich sehr
interessant ist. Während höhere Pflanzen und andere Cyanobakterien überwiegend Chlorophyll a und
b als Hauptpigmente des membraninternen Lichtsammelkomplexes (LHC) aufweisen, enthält der LHC
von A.marina fast ausschließlich Chl d. Bei Chl d ist die langwellige Absorptionsbande im Vergleich
zu Chl a und Chl b um mehr als 30 nm rotverschoben. Dies ermöglicht A.marina, den nahen
Infrarotbereich des Sonnenlichtes zur Photosynthese zu nutzen und auf engem Raum symbiontisch mit
anderen Cyanobakterien zusammenzuleben. Auch die membranexterne Phycobiliproteinantenne (PBP
Antenne) von A. marina hat einen anderen Aufbau als in typischen Cyanobakterien.
Aus dem energetisch niedrigeren Anregungszustand des Chl d und der Struktur der LHC- und PBP Antenne
ergeben sich wesentliche Fragen zum Anregungsenergietransfer in A.marina.
Aus der Analyse der Fluoreszenzdynamik bei physiologischen Temperaturen konnte auf die Dynamik
der Exzitonen im Antennensystem rückgeschlossen werden. Dazu wurden die gewonnenen Messdaten
mit Hilfe eines Kompartimentierungsmodells analysiert und iterativ mit den Messdaten abgeglichen.
Dies ermöglichte die quantitative Erfassung der auftretenden Exzitonen- und Elektronentransferzeiten.
Es zeigte sich insbesondere, dass der Transfer vom terminalen Ende der PBP Antenne in die Chl dhaltige
Core-Antenne mit einer Zeitkonstanten von 60 ps abläuft und damit schneller ist, als bei
anderen Cyanobakterien.
Durch eine Simulation konnte gezeigt werden, dass die Zeitkonstante einer schnellen
Fluoreszenzkomponente an der Grenze des Auflösungsvermögens verkürzt wiedergegeben wird.
Eine Abschätzung des räumlichen Abstands zwischen den nächsten Nachbarn der Pigmente der PBP
Antenne und des Chl d-haltigen LHC aus den gemessenen Spektren mit Hilfe der Theorie des Förster-Resonanz-Energie-Transfers (FRET) unter der Annahme gekoppelter Dipole, ergab einen centercenter
Abstand von 3,3 nm