Momentaufnahmen der photosynthetischen Wasseroxidation: simultane Röntgenspektroskopie und Kristallografie
In diesem Projekt liegt der Fokus auf der Untersuchung der gesamten Proteinstruktur und -Dynamik des Membran-gebundenen Proteinkomplexes Photosystem II (PSII) einerseits und des Sauerstoff-produzierenden Komplexes („oxygen-evolving complex” OEC) andererseits, welcher die lichtgetriebene Wasseroxidation katalysiert. Mithilfe der umfangreichen Expertise aller beteiligten Kooperations-/Projektpartner wollen wir den Mechanismus der Wasserstoffoxidation – d.h. die Oxidation von Wasser zu molekularem Sauerstoff – durch den OEC (im Detail) aufklären. Dabei dient die methodische Kopplung von Röntgen-Kristallografie und -Spektroskopie zur ganzheitlichen Beleuchtung/Untersuchung der OEC- Proteinstruktur und Veränderungen in der lokalen Umgebung (von Mn und Ca).
Mittelgeber
Sonstige internationale öffentliche Mittelgeber
Laufzeit
Projektstart: 11/2013
Projektende: 10/2016
Forschungsbereiche
Biochemie und Biophysik der Pflanzen, Biophysik, Grundlagen der Biologie und Medizin, Lebenswissenschaften, Molekülchemie, Naturwissenschaften, Physikalische Chemie, Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie, Strukturbiologie
Forschungsfelder
Erneuerbare Energien, Membran
Publikationen
Kern, J., Tran, R., Alonso-Mori, R., Koroidov, S., Echols, N., Hattne, J., Ibrahim M., Gul, S, Laksmono, H., Sierra, R. G., Gildea, R. J., Han, G., Hellmich, J., Lassalle-Kaiser, B., Chatterjee, R., Brewster, A. S., Stan, C. A., Glöckner, C., Lampe, A., DiFiore, D., Milathianaki, D., Fry, A. R., Seibert, M. M., Koglin, J. E., Gallo, E., Uhlig, J., Sokaras, D., Weng, T.-C., Zwart, P. H., Skinner, D. E., Bogan, M. J., Messerschmidt, M., Glatzel, P., Williams, G. J., Boutet, S., Adams, P. D., Zouni, A., Messinger, J., Sauter, N. K., Bergmann, U., Yano, J., and Yachandra, V. K., Taking snapshots of photosynthetic water oxidation using femtosecond X-ray diffraction and spectroscopy Nat. Commun. 2014, 5, DOI: 10.1038/ncomms5371
http://www.nature.com/ncomms/2014/140709/ncomms5371/full/ncomms5371.html
Hellmich J, Bommer M, Burkhardt A, Ibrahim M, Kern J, Meents A, Müh F, Dobbek H, Zouni A, Native-like Photosystem II Superstructure at 2.44 Å Resolution through Detergent Extraction from the Protein Crystal, Structure 2014, 22, 1607-1615
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0969212614003141
Tran R., Kern J., Hattne J., Kroidov S., Hellmich J., Alonso-Mori R., Sauter N.K., Bergmann U., Messinger J., Zouni A., Yano J., Yachandra V.K., The Mn4Ca photosynthetic water-oxidation catalyst studied by simultaneous X-ray spectroscopy and crystallography using an X-ray free-electron laser, Phil. Trans. R. Soc. B (2014): 2014369 20130324, DOI: 10.1098/rstb.2013.0324
http://rstb.royalsocietypublishing.org/content/369/1647/20130324.short
Müh F, DiFiore D, and Zouni A, Influence of poly(ethylene glycol) on the micelle formation of alkyl maltosides used in membrane protein crystallization, Physical Chemistry Chemical Physics 03/2015; 17(17). DOI: 10.1039/C5CP00431D
http://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2015/cp/c5cp00431d
Skandary S, Hussels M, Konrad A, Renger T, Müh F, Bommer M, Zouni A, Meixner A.J, and Brecht M, Variation of Exciton-Vibrational Coupling in Photosystem II Core Complexes from Thermosynechococcus elongatus As Revealed by Single-Molecule Spectroscopy, The Journal of Physical Chemistry B 02/2015; 119(11). DOI:10.1021/jp510631x
http://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/jp510631x
Ibrahim M, Chatterjee R, Hellmich J, Tran R, Bommer M, Yachandra V.K, Yano J, Kern J and Zouni A, Improvements in serial femtosecond crystallography of photosystem II by optimizing crystal uniformity using microseeding procedures, Structural Dynamics 07/2015; 2(4):041705. DOI: 10.1063/1.4919741
http://scitation.aip.org/docserver/fulltext/aca/journal/sdy/2/4/1.4919741.pdf?expires=1450093182&id=id&accname=guest&checksum=672DFADEE075FB166A97D58C8E322C17
Young ID, Ibrahim M, Chatterjee R, Gul S, Koroidov S, Brewster AS, Tran R, Alonso-Mori R, Kroll T, Michels-Clark T, Laksmono H, Sierra RG, Stan CA, Hussein R, Zhang M, Douthit L, Kubin M, de Lichtenberg C, Pham LV, Nilsson H, Cheah MH, Shevela D, Saracini C, Bean MA, Seuffert I, Sokaras D, Weng TC. Pastor E,…, Zouni A, Messinger J, Bergmann U, Sauter NK, Kern J, Yanchandra VK, Junko Yano. Structure of photosystem II and substrate binding at room temperature. Nature 540, 453–457 (15 December 2016) doi:10.1038/nature20161
http://www.nature.com/nature/journal/v540/n7633/full/nature20161.html
Alonso-Mori R, Asa K, Bergmann U, Brewster AS, Chatterjee R, Cooper JK, Frei HM, Fuller FD, Goggins E, Gul S, Fukuzawa H, Iablonskyi D, Ibrahim M, Katayama T, Kroll T, Kumagai Y, McClure BA, Messinger J, Motomura K, Nagaya K, Nishiyama T, Saracini C, Sato Y, Sauter NK, Sokaras D, Takanashi T, Togashi T, Ueda K, Weare WW, Weng TC, Yabashi M, Yachandra VK, Young ID, Zouni A, Kern JF, Yano J. Towards characterization of photo-excited electron transfer and catalysis in natural and artificial systems using XFELs. Faraday Discuss. 2016 Dec 16;194:621-638. doi: 10.1039/c6fd00084c.
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/27711803
Baxter E.L, Aquila L, Alonso-Mori R, Barnes C.O, Bonagura C.A, Brehmer W, Brunger A.T, Calero G, Caradoc-Davies T.T, Chatterjee R, Degrado W.F, Fraser J.S, Ibrahim M, Kern J, Kobilka B.K, Kruse A.C, Larsson K.M, Lemke, H.T, Lyubimov A.Y, Manglik A, McPhillips S.E, Norgren E, Pang S.S, Soltis S.M, Song J, Thomaston J, Tsai Y, Weis W.I, Woldeyes R.A, Yachandra V, Yano J, Zouni A, and Cohen A.E, High-density grids for efficient data collection from multiple crystals, Acta Crystallographica Section D Structural Biology 01/2016; 72(1). DOI: 10.1107/S2059798315020847
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26894529
Roessler CG, Agarwal R, Allaire M, Alonso-Mori R, Andi B, Bachega JF, Bommer M, Brewster AS, Browne MC, Chatterjee R, Cho E, Cohen AE, Cowan M, Datwani S, Davidson VL, Defever J, Eaton B, Ellson R, Feng Y, Ghislain LP, Glownia JM, Han G, Hattne J, Hellmich J, Héroux A, Ibrahim M, Kern J, Kuczewski A, Lemke HT, Liu P, Majlof L, McClintock WM, Myers S, Nelsen S, Olechno J, Orville AM, Sauter NK, Soares AS, Soltis SM, Song H, Stearns RG, Tran R, Tsai Y, Uervirojnangkoorn M, Wilmot CM, Yachandra V, Yano J, Yukl ET, Zhu D, Zouni A. Acoustic Injectors for Drop-On-Demand Serial Femtosecond Crystallography. Structure. 2016 Apr 5;24(4):631-40. doi: 10.1016/j.str.2016.02.007. Epub 2016 Mar 17.
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0969212616000526
Sierra R.G, Gati C, Laksmono H, Han Dao E, Gul S, Fuller F, Kern J, Chatterjee R, Ibrahim M, Brewster A.S, Young I.D, Michels-Clark T, Aquila A, Liang M, Hunter M.S, Koglin J.E, Boutet S, Junco E.A, Hayes B, Bogan M.J, Hampton C.Y, Puglisi E.V, Sauter N.K, Stan C.A, Zouni A, Yano J, Yachandra V.K, Soltis S.M, Puglisi J.D, and DeMirci H, Concentric-flow electrokinetic injector enables serial crystallography of ribosome and photosystem II, Nature Methods.11/2015; DOI: 10.1038/nmeth.3667
http://www.nature.com/nmeth/journal/vaop/ncurrent/pdf/nmeth.3667.pdf
