Molekulargenetische Charakterisierung von Untereinheiten des Cytochrom b6f-Komplexes von Cyanobakterien der Gattung Anabaena

Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Open Access Type:	Primary Publication
Date:	17 January 2002
Referee:	Günter Hauska
Date of exam:	14 December 2001
Institutions:	Biology, Preclinical Medicine > Institut für Pflanzenwissenschaften > Alumni or Retired > Prof. Dr. Günter Hauska
Keywords:	Differenzierung , Elektronentransportkette , Rieske FeS-Protein , Cytochrom b6f-Komplex , Cyanobakterien , Heterocyste , cytochrome b6f complex, Rieske FeS protein
Dewey Decimal Classification:	500 Science > 570 Life sciences
Status:	Published
Refereed:	Yes, this version has been refereed
Created at the University of Regensburg:	Yes
Item ID:	9901

Abstract (German)

Cyanobakterielle Cytochrom b6f-Komplexe sind gemeinsamer Bestandteil sowohl des photosynthetischen als auch des respiratorischen Elektronentransports und spielen dadurch eine zentrale Rolle bei der Energieumwandlung der Zelle. Es gibt auch Hinweise auf eine regulatorische Rolle des b6f-Komplexes. Besonders interessant sind Untersuchungen in dieser Hinsicht bei einigen Vertretern filamentbildender ...

Abstract (German)

Cyanobakterielle Cytochrom b6f-Komplexe sind gemeinsamer Bestandteil sowohl des photosynthetischen als auch des respiratorischen Elektronentransports und spielen dadurch eine zentrale Rolle bei der Energieumwandlung der Zelle. Es gibt auch Hinweise auf eine regulatorische Rolle des b6f-Komplexes. Besonders interessant sind Untersuchungen in dieser Hinsicht bei einigen Vertretern filamentbildender Cyanobakterien wie Anabaena sp., die auf N-Mangel mit der Ausbildung spezialisierter Zellen reagieren. In den sogenannten Heterocysten garantieren die Inaktivierung von PS II und eine erhöhte Atmung die Entstehung eines mikroaeroben Klimas, das eine Aktivität der sauerstoffsensitiven Nitrogenase ermöglicht. Zusätzlich gewährleistet ein verstärkter zyklischer Elektronentransport um PSI und den b6f-Komplex die Deckung des erhöhten Energiebedarfes.
Mit einer Ausnahme werden die Untereinheiten des b6f-Komplexes von Anabaena variabilis und Anabaena PCC 7120 durch 'single copy' Gene codiert. Nur für das Gen des Rieske FeS-Proteins (PetC) treten mehreren Isoformen auf.
Alle vier Aminosäuresequenzen der PetC-Proteine von Anabaena PCC 7120 weisen die charakteristischen Merkmale von Rieske FeS-Proteinen auf. Die beobachtete Transkription spricht für eine Expression aller vier Gene bei Anabaena PCC 7120. Zumindest PetC1 ist auch assoziierte Untereinheit des b6f-Komplexes, wahrscheinlich sind aber auch alle alternativen Proteine wie bei Synechocystis PCC 6803 Untereinheiten eines b6f-Komplexes. Die Funktion von heterologen b6f-Komplexen mit alternativen Rieske-Untereinheiten ist bisher ungeklärt.
Während die petC2- und petC3-Deletionsstämme von Anabaena PCC 7120 phänotypisch keine Unterschiede zum WT zeigten, ist die Deletion von petC4 unter Stickstoffmangelbedingungen letal. Ohne PetC4 ist in Anabaena PCC 7120 die Differenzierung einer vegetativen Zelle zur Heterocyste in einem sehr frühen Stadium arretiert und eine N2-Fixierung unter aeroben Wachstumsbedingungen nicht möglich.

Translation of the abstract (English)

The cyanobacterial Cytochrome b6f complex is a common component of at least three electron transport chains These pathways are linear photosynthetic electron transport, respiratory electron transport from NAD(P)H or succinate to cytochrome oxidase(s) and cyclic electron transport around PSI. Therefore the Cyt b6f complex plays an essential role in photosynthesis and respiration in cyanobacteria, ...

Translation of the abstract (English)

The cyanobacterial Cytochrome b6f complex is a common component of at least three electron transport chains These pathways are linear photosynthetic electron transport, respiratory electron transport from NAD(P)H or succinate to cytochrome oxidase(s) and cyclic electron transport around PSI. Therefore the Cyt b6f complex plays an essential role in photosynthesis and respiration in cyanobacteria, especially during fixation of atmospheric N2 in several filamentous cyanobacterial strains, like Anabaena PCC 7120. In this organism nitrogen starvation induces the formation of specialized cells, so-called heterocysts, which protect nitrogenase from oxygen. To enable a microaerobic environment for nitrogenase, O2-evolving PSII is inactivated and respiration is increased. Furthermore nitrogenase in heterocysts has an additional requirement for ATP, which could be provided by accelerated cyclic electron transport around PSI. During this processes the b6f-complex probably is a key component in the regulation of electron transport via different pathways.
With one exception all subunits of the cytochrome b6f complex are encoded by a single copy gene in the genome of Anabaena variabilis and Anabaena PCC 7120. There are four genes for a Rieske FeS-protein in Anabaena PCC 7120, which are all expressed and probably incorporated into the cytochrome b6f complex.
Under standard growing conditions there are no significant differences between the ?petC strains and Anabaena PCC 7120 WT. Even after deprivation of nitrogen compounds in the medium the phenotype of the mutants resembled the WT excepting the petC4 deletion strain. This strain was not able to grow on atmospheric nitrogen, suggesting that petC4 deletion strain is not able to fix atmospheric N2 under aerobic conditions.

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