Acetabularia-Rhodopsin, eine lichtgetriebene Protonenpumpe aus einem autotrophen Eukaryoten
Acetabularia rhodopsin, a light-driven proton pump from an autotrophic eukaryote
David Ewers
Doctoral thesis
Date of Examination:
2005-11-03
Date of issue:
2006-10-23
Advisor:
Gradmann, Dietrich Prof. Dr.
Referee:
Tischner, Rudolf Prof. Dr.
Referee:
Schaefer, Matthias Prof. Dr.
Referee:
Waldmann, Michael Prof. Dr.
Persistent Address: http://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-0006-AC2A-7
Files in this item
Name:
ewers.pdf
Size:
2,1 MB
Format:
PDF
Description:
Dissertation
Abstract
English
A rhodopsin from Acetabularia acetabulum (AR) is characterized by molecular genetic and electophysiological means. On the basis of a published, incomplete sequence, the whole transcript of an opsin was isolated and cloned as complementary desoxy ribonucleic acid (cDNA) by reverse transcription and polymerase chain reaction, and sequenced. Analysis of the deduced amino acid sequence reveals a hypothetical protein that shares the primary and secondary structure of type 1 rhodopsins. It shows 21% identity with and 38% similarity to bacteriorhodopsin (BR). In addition to the rhodopsins' common seven transmembrane helices, AR seems to have an eighth helix at the C-terminus. Judging from characteristic, conserved amino acids found in the active center of the protein, AR is expected to be a light-driven proton pump. To characterize the electrical properties of AR, it was functionally expressed in oocytes of Xenopus laevis. Under voltage clamp, AR is found to indeed mediate a light-driven transport of protons against their electrochemical gradient. The stationary, positive current shows a sigmoidal voltage dependence. AR is the first rhodopsin of a eukaryote autotroph that is shown to function as an active ion transporter. The light induced current through AR is reminescent of the fast photoelectric effect in Acetabularia, as it follows the onset of light after < 50 μs, is half maximal at a light intensity of > 10^20 photos per square meter and second, and has an action spectrum peaking at 520 nm (550 nm in vivo).
Keywords: Acetabularia; bacteriorhodopsin; Xenopus oocytes; proton pump
Other Languages
Ein Rhodopsin aus Acetabularia acetabulum (AR) wird mit molekulargenetischen und elektrophysiologischen Mitteln charakterisiert. Mithilfe der reversen Transkription und der Polymerasekettenreaktion wurde auf der Grundlage einer veröffentlichten, unvollständigen Sequenz, das gesamte Transkript eines Opsins in Form komplementärer Desoxyribonukleinsäure isoliert, kloniert und sequenziert. Das aus der abgeleitete Aminosäurensequenz resultierende hypothetische Protein hat eine mit den Rhodopsinen des Typs 1 übereinstimmende Primär- und Sekundärstruktur. Die Aminosäurensequenz von AR zeigt 21% Identität und 38% Ähnlichkeit mit Bacteriorhodopsin. Es scheint außer den für Rhodopsine typischen sieben transmembranen Helices noch ein weiteres Transmembransegment in Nähe des C-Terminus zu besitzen. Aufgrund charakteristischer konservierter Aminosäuren im aktiven Zentrum des Proteins wird in AR eine lichtgetriebene Protonenpumpe vermutet. Um AR elektrophysiologisch zu charakterisieren, wurde es in Oozyten von Xenopus laevis funktionell exprimiert. Voltage-clamp-Untersuchungen bestätigten den lichtgetriebenen Transport von Protonen durch AR gegen ihren elektrochemischen Gradienten. Der stationäre positive Strom ist spannungsabhängig mit einer sigmoiden I(V)-Kurve. AR ist das erste in einem autotrophen Eukaryoten nachgewiesene Rhodopsin, das als aktiver Ionentransporter fungiert. Der lichtinduzierte Strom durch AR zeigt Ähnlichkeiten mit dem schnellen photoelektrischen Effekt in Acetabularia. So folgt die Antwort < 50 μs auf Licht an , hat eine halbmaximale Lichtintensität von > 10^20 Photonen pro Quadratmeter und Sekunde, und das Maximum des Aktionsspektrums liegt bei 520 nm (550 nm in vivo).
Schlagwörter: Acetabularia; Bacteriorhodopsin; Xenopus-Oocyten; Protonenpumpe
