Forschungsbericht 1997/98 - Inhalt Forschungsbericht 1997/98

Fakultät für Biologie

Suchen nach:
Experimentelle Ökologie und Ökosystembiologie Gentechnologie/Mikrobiologie

1. Fakultät für Biologie  >>  B. Spezielle Darstellung

Lehrstuhl für Zellphysiologie

Homepage: http://www.uni-bielefeld.de/biologie/Zellphysiologie

I. Forschungsarbeiten

(a) Beteiligte Wissenschaftler
  Hochschullehrer: Prof. Dr. GH. Schmid, Prof. Dr. E. Pistorius, Prof. Dr. K. P. BaderWissenschaftliche Mitarbeiter: Dr. R. Abdel-Basset (Alexander von Humboldt-Stiftung), Dipl.-Biol. K. Alfermann, Dipl.-Biol. P. Exss-Sonne , Dr. A. Gau (DFG), Dipl.-Biol.'in A. Glaser (DFG), Dr. O. Kruse, Dr. K.P. Michel (DFG), Dr. A. Radunz, Dipl.-Biol.'in K. Schmidt, Dipl.-Biol.'in S. Spiegel, Dipl.-Biol. J. Tölle (GrFG-NW)

Gäste: Prof. Dr. K. Strzalka (Jagellonische Universität, Krakow, Polen), Prof. Dr. W.I Gruszecki (Maria-Curie-Sklodowska Universität, Lublin, Polen), Dr. J. Kruk (Jagellonische Universität, Krakow, Polen), Dr. K. Burda (Henryk Niewodniczanski Institute of Nuclear Physics, Krakow, Polen), Dr. V.A. Boichenko (Institute of Soil Science and Photosynthesis, Russian Academy of Sciences, Pushchino, Russia), Prof. Dr. P. He (Central South Forestry Universtiy), Dr. H. Yi (Central South Forestry University)

(b) Darstellung der Forschungsthemen

1. Struktur und Funktion der photosynthetischen Membran
Die Veränderung der Struktur des Photosyntheseapparates als Folge der Anzucht von Pflanzen unter dem erhöhten CO2-Gehalt von 700 ppm CO2 in Luft wurde an der Euphorbiacee Aleurites montana (dem chinesischen Tung Oil Baum) untersucht. Konsequenzen des erhöhten CO2-Gehaltes (wie er in etwa 50 Jahren auf der Erde vorherrschen wird) für Photosynthese und Photorespiration sowie die Interaktion von erhöhtem CO2 (700 ppm) mit dem Luftschadstoff SO2 (0.3 ppm) wurden charakterisiert (Bader, Radunz, Schmid).

2. Photosynthetische Wasserspaltung
Der Mechanismus der photosynthetischen Wasserspaltung wurde mit den Methoden der Massenspektrometrie an dem fädigen Cyanobakterium Oscillatoria chalybea untersucht. Es konnte gezeigt werden, daß das wasserspaltende Enzymsystem des fädigen Cyanobakteriums Oscillatoria chalybea vier Sauerstoffmoleküle kooperativ bindet. In den folgenden Untersuchungen wird mit dieser Methode unter Verwendung von H218O untersucht, wann und wie das Substratwasser in die Wasseroxidase eintritt. Messungen der kinetischen und stöchiometrischen Verhältnisse sollen Aufschluss über die Reaktionsmechanismen der Photolyse des Wassers in den fädigen Cyanobakterien geben (Bader, Schmid).

3. Struktur von Photosystem II in dem fädigen Cyanobakterium Oscillatoria chalybea
Immunologische Untersuchungen mit einem monospezifischen Antiserum gegen ?Tocochinon zeigen, daß Photosystem II von Oscillatoria dort, wo das System der Chloroplasten Höherer Pflanzen Plastochinon trägt, das Prenyllipid ?Tocochinon hat. So trägt das D1-/D2-System ?Tocochinon. Darüber hinaus enthält ein wohl zu Photosystem II gehörendes Peptid mit der ungefähren Masse von 15 kDa ebenfalls dieses Chinon. Konsequenzen dieser andersartigen Struktur für die Funktion in den fädigen Cyanobakterien werden untersucht (Bader, Radunz, Schmid).

4. Adaptation von Cyanobakterien an Nährstoffmangel
Für optimales Wachstum müssen photosynthetische Organismen sich permanent ihrer jeweiligen Umwelt anpassen. Wir untersuchen die Adaptation von Cyanobakterien an Eisenmangel mit biochemischen, genetischen und immuncytochemischen Methoden (Michel, Exss-Sonne, Tölle, Krüger und Pistorius in Zusammenarbeit mit Prof. Ruppels und Prof. Pühlers Gruppe).

5. Photosystem II-Peptide
Eine der offenen Fragen bezüglich Photosystem II ist nach wie vor die Lokalisation des für die Wasseroxidation essentiellen Manganclusters. Ein niedermolekulares Protein (PsbY) wurde identifiziert, das in Cyanobakterien, Algen und Pflanzen vorhanden ist und eine manganbindende Kapazität besitzt (Gau und Pistorius in Zusammenarbeit mit Dr. Thole in Hannover und Prof. Herrmanns Gruppe in München).

6. Cyanophycin-Synthese in Cyanobakterien
Cyanophycin ist ein Speicherpeptid, das nur in Cyanobakterien synthetisiert wird und aus den Aminosäuren Asparaginsäure und Arginin besteht. Da Cyanophycin als Ausgangssubstanz für Polyaspartat genutzt werden kann, besteht auch ein industrielles Interesse an dieser Substanz. In Zusammenarbeit mit Prof. Ruppel und Dipl.-Biol. Stephan werden Untersuchungen zur Optimierung der Cyanophycin-Produktion und über die komplexe Interaktion zwischen L-Arginin-Stoffwechsel und Photosynthese durchgeführt (Pistorius).

7. Redox-Regulationsmechanismen photoautotropher Zellen
Redoxkontrolle enzymatischer Prozesse in Thylakoidmembranen am Beispiel der Lichtenergieverteilung: Konstruktion und Screening von Insertions-"State transition"-Deletionsmutanten aus der einzelligen Grünalge Chlamydomonas reinhardtii mit dem Ziel der Lokalisierung/Charakterisierung an der Redoxregulation beteiligter Genprodukte (Kruse).


II. Drittmittelprojekte
  1. Prof. Dr. Georg H. Schmid: "Massenspektrometrische Untersuchungen zum Mechanismus der photosynthetischen Wasseroxidation in Cyanobakterien und Chloroplasten Höherer Pflanzen. Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
  2. Prof. Dr. Georg H. Schmid und Prof. Dr. P. He: "Langzeiteffekt des Luftschadstoffes SO2 in Kombination mit natürlichen Stressfaktoren auf den Tung Oil Tree" (Aleurites fordii Hemsl.) (DFG)
  3. Prof. Dr. Georg H. Schmid und Prof. Dr. K. Strzalka: "Untersuchungen zur Lokalisierung und zur Funktion des ??Tocopherolchinons in der Photosynthesemembran". Kooperationsprojekt: DFG/ Polnische Akademie der Wissenschaft.
  4. Prof. Dr. Georg H. Schmid und Prof. Dr. K. Strzalka: "Wechselwirkungen von ??Tocopherolchinon und den Carotinoiden des Xanthophyllzyklus' mit Membranen und deren Bedeutung für Redoxprozesse bei der Photosynthese. Kooperationsprojekt DFG/Polnischen Akademie der Wissenschaft.
  5. Prof. Dr. Georg H. Schmid und Prof. Dr. K. Strzalka: "Bedeutung von Carotinoiden und Prenyllipiden für Energieübertragungsprozesse in Photosystem II". Kooperationsprojekt DFG/Polnischen Akademie der Wissenschaft.
  6. Prof. Dr. Elfriede K. Pistorius: "Untersuchungen über die Adaption der Cyanobakterien Synechcoccus PCC 6301 und Synechococcus PCC 7942 an Eisen- und Mangan-Mangelbedingungen" DFG
  7. Prof. Dr. Elfriede K. Pistorius: "Untersuchungen zur Identifizierung des manganbindenden Zentrums im Photosystem II-Komplex" DFG
  8. Dr. Olaf Kruse: "Untersuchungen zu Struktur und Funktion membrangebundener Cytochrome am Beispiel des im Photosystem II-Komplex integrierten Cytochrom b559-Proteins durch Überexprimierung der für die Untereinheiten codierenden Gene und anschließender Rekonstitution." DFG
  9. Prof. Dr. Klaus P. Bader: "Hydrogen gas exchange of photosynthetic organisms." (Alexander von Humboldt-Stiftung)
  10. Prof. Dr. Klaus P. Bader and Prof. Dr. V.A. Boichenko: "Functions of photosystem II? and photosystem II? units in higher plants." DFG


III. Publikationen
  1. S. Spiegel, K. Burda, K.P. Bader and G.H. Schmid: Independently Acting Oxygen-Forming Complexes of Photosystem II in Cyanobacteria. A Study in the Filamentous Cyanobacterium Oscillatoria chalybea. Z. Naturforsch. 51c, 169-174, 1997.
  2. W.I. Gruszecki, K. Strzalka, A. Radunz and G.H. Schmid: Cyclic Electron Flow Around Photosystem II as Examined by Photosynthetic Oxygen Evolution Induced by Short Light Flashes. Z. Naturforsch. 51c, 175-179, 1997.
  3. P. He, A. Radunz, K.P. Bader and G.H. Schmid: A Quantitative Evaluation of the Lipid Composition of Leaves of Aleurites montana as a Consequence of Growth under 0.3 ppm SO2 in the Atmosphere. Z. Naturforsch. 52c, 325-328.1997.
  4. V.A. Boichenko, K.P. Bader, V.V. Klimov & G.H. Schmid: Mass spectrometric study of Photosystem II heterogeneity in oxygen and nitrogen production: Effects of magnesium and of phosphorylation of pea thylakoids. Photosynth. Res. 52, 49-55, 1997.
  5. J. Kruk, K. Burda, A. Radunz, K. Strzalka and G.H. Schmid: Antagonistic Effects of ?-Tocopherol and ?-Tocoquinone in the Regulation of Cyclic Electron Transport around Photosystem II. Z. Naturforsch. 52c, 766-774, 1997.
  6. R. Abdel-Basset and K.P. Bader: Characterization of hydrogen photoevolution in Oscillatoria chalybea detected by means of mass spectrometry Z. Naturforsch., 52c, 775-781, 1997.
  7. A. Engels, U. Kahmann, H.G. Ruppel and E.K. Pistorius: Isolation, partial characterization and localization of a dihydrolipoamide dehydrogenase from the cyanobacterium Synechocystis PCC 6803. Biochim. Biophys. Acta 1340, 33-44, 1997.
  8. A. Engels and E.K. Pistorius: Characterization of a gene encoding dihydrolipoamide dehydrogenase of the cyano-bacterium Synechocystis sp. strain PCC 6803. Microbiol. 143, 3543-3553, 1997.
  9. A. Künne, E.K. Pistorius and E. de Groot: Characterization of polypeptides in Euglena gracilis which are synthesized in a circadian manner. European J. Cell Biol. 73, 175-181, 1997.
  10. K. Künzler, W. Eichenberger and A. Radunz: Intracellular Localization of Two Betaine Lipids by Cell Fractionation and Immunomicroscopy. Z. Naturforsch. 52b, 487-495, 1997.
  11. P. He, K. P. Bader, A. Radunz, U. Kahmann, G. H. Ruppel and G. H. Schmid: Gas Exchange Characteristics in Leaves of the Euphorbiacea Aleurites montana as Consequence of Growth under 700 ppm CO2 in Air. A Study on Photosynthesis and Photorespiration in the Chinese Tung-oil Tree. Z. Naturforsch. 53c, 151-158, 1998.
  12. A. Radunz, P. He and G. H. Schmid: Analysis of the Seed Lipids of Aleurites montana. Z. Natuforsch. 53c, 305-310, 1998.
  13. J. Kruk, K. Burda, G.H. Schmid, A. Radunz and K. Strzalka: Function of Plastoquinones B and C as Electron Acceptors in Photosystem II and Fatty Acid Analysis of Plastoquinone B. Photosynth. Res. 58, 203-209, 1998.
  14. K.-P. Michel, P. Exss-Sonne, G. Scholten-Beck, U. Kahmann, H.G. Ruppel and E.K. Pistorius: Immunocytochemical localization of IdiA, a protein expressed under iron or manganese limitation in the mesophilic cyanobacterium Synechococcus PCC 6301 and the thermophilic cyanobacterium Synechococcus elongatus. Planta 205, 73-81, 1998.
  15. A.E Gau, H.H. Thole, A. Sokolenko, L. Altschmied, R.G. Herrmann and E.K. Pistorius: PsbY, a novel manganese-binding low molecular mass protein associated with photosystem II. Mol. Gen. Genet. 260, 56-68, 1998.
  16. A. Künne, E.K. Pistorius, K. Kloppstech and E. de Groot: Circadian synthesis of light-harvesting-chlorophyll-proteins in Euglena gracilis is under translational control. Z. Naturforsch. 53c, 1017-1026, 1998.
  17. R. Abdel-Basset and K.P. Bader: Physiological analyses of the hydrogen gas exchange in cyanobacteria. J. Photochem. Photobiol. B:Biol., 43(2), 146-151, 1998.
  18. V.A. Boichenko and K.P. Bader: Verification of the Z-scheme in Chlamydomonas mutants with photosystem I deficiency. Photosynth. Res., (56)1, 113-115, 1998.
  19. R. Abdel-Basset, S. Spiegel and K. P. Bader: Saturation of cyanobacterial photoevolution of molecular hydrogen by photosynthetic redox components. J. Photochem. Photobiol. B:Biol., (47)1, 31-38, 1998.


IV. Promotionen
  1. Susanne Spiegel (1998): "Charakterisierung der photosynthetischen Wasserspaltung prokaryontischer und eukaryontischer Organismen unter besonderer Berücksichtigung struktureller und funktioneller Wechselwirkungen von Photosystem II-Komplexen."
  2. Anja Röben (1997): "Physiologische Untersuchungen zu Stickstoff- und Sauerstoffgaswechsel in Oscillatoria chalybea."


Verhaltensforschung Stoffwechselphysiologie und Biochemie der Pflanzen