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Biochemical characterization of Fucoxanthin Chlorophyll a/c binding proteins in the diatom Phaeodactylum tricornutum

By Jidnyasa Joshi

Abstract

Diatoms contribute largely to the total primary production of the ecosphere and are key players in global biogeochemical cycles. Their chloroplasts are surrounded by four membranes owing to their secondary endosymbiotic origin. Their thylakoids are arranged into three parallel bands and differentiation of thylakoid membranes into grana or stroma is not observed. The fucoxanthin chlorophyll a/c binding proteins act as the light harvesting proteins and play a role in photoprotection during excess light as well. The diatom genome encodes three different families of antenna proteins. Family I are the classical light harvesting proteins called "Lhcf". Family II are the red algae related Lhca-R1/2 proteins called "Lhcr" and family III are the photoprotective LI818 related proteins called "Lhcx".\ud All known Fcps have a molecular weight in the range of 17-23 kDa. They are membrane proteins and have shorter loops and termini compared to LHCs of higher plants and are therefore extremely hydrophobic. This makes the isolation of single specific Fcps using routine protein purification techniques difficult.\ud The purification of a specific Fcp containing complex has not been achieved so far and until this is done several questions concerning light harvesting antenna systems of diatoms cannot be answered. For e.g. Which proteins interact specifically? Are various Fcps differently pigmented? Which pigments interact with each other and how? Which proteins contribute to photosystem specific antenna systems? Can pure Fcps be reconstituted into crystals like LHCII proteins? In order to answer these questions specific Fcp containing complexes have to be purified. ...Diatomeen tragen maßgeblich zu der Primärproduktion der Ökosphäre bei und sind Hauptakteure in den globalen biogeochemischen Stoffkreisläufen. Ihre Chloroplasten sind aufgrund ihrer Entstehung durch sekundäre Endosymbiose von vier Membranen umgeben. Die Thylakoide sind in drei parallelen Bändern angeordnet und eine Differenzierung der Thylakoidmembranen in Grana- und Stromathylakoide liegt nicht vor. Die Fucoxanthin – Chlorophyll a/c – Bindeproteine fungieren hauptsächlich als Lichtsammelproteine und besitzen darüber hinaus auch eine Schutzfunktion bei überschüssiger Lichteinstrahlung.\ud Die Genomsequenzen von Diatomeen kodieren drei verschiedene Familien von Antennenproteinen: Proteine der Familie I sind die klassischen Lichtsammelproteine und werden als "Lhcf" bezeichnet. Familie II Proteine sind durch ihre strukturelle Ähnlichkeit zu dem einzigen membranintrinsischen Lichtsammelprotein der Rotalgen, lhca-R1/2, charakterisiert. Sie werden demnach auch als "Lhcr"-Proteine bezeichnet. Die Proteine der Familie III besitzen Lichtschutzfunktion und werden als "Lhcx" bezeichnet. Sie zeichnen sich durch ihre nahe Verwandtschaft zu den LI818-Proteinen der Grünalgen aus.\ud Alle bekannten Fcps besitzen eine relative ähnliche molekulare Masse in der Größenordnung von 17 – 21 kDa. Als Membranproteine sind sie zudem stark hydrophob, was eine Trennung spezifischer Fcp-Komplexe voneinander über die üblichen Proteinisolationsmethoden zusätzlich erschwert.\ud Die Isolation spezifischer Fcp-Komplexe konnte bisher nicht erreicht werden und aus diesem Grund sind bestimmte Fragestellungen betreffend der Lichtsammelproteine der Diatomeen immer noch unbeantwortet. Zum Beispiel, welche Proteine interagieren spezifisch miteinander? Sind die verschiedenen Fcps unterschiedlich pigmentiert? Welche Pigmente interagieren miteinander und auf welche Art und Weise? Welche Proteine sind Bestandteil von photosystem-spezifischen Antennensystemen? Ist es möglich, isolierte Fcp-Komplexe zu kristallisieren, um ihre dreidimensionale Struktur aufzuklären, wie es bereits bei LHCII-Proteinen gelungen ist? Um all diese Fragen beantworten zu können, ist es unabdingbar, Fcp-Komplexe spezifisch zu isolieren. ..

Topics: ddc:570
Year: 2012
OAI identifier: oai:publikationen.ub.uni-frankfurt.de:24465

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Citations

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