Lineare Tetrapyrrole
Die Farbenvielfalt von Cyanobakterien, Rotalgen und Cryptophyten geht hauptsächlich auf die Zusammensetzung ihrer Lichtsammelkomplexe zurück, die je nach Art variieren kann. Diese Lichsammelkomplexe bestehen vorwiegend aus den Proteinen Phycocyanin (blau) und Phycoerythrin (rot) und bilden das sogenannte Phycobilisom.
Phycobilisomen ermöglichen diesen Organismen Licht zusätzlicher Wellenlängen zu sammeln, welches von den Chlorophyllen nicht mehr absorbiert werden kann (Grüne Lücke). Die Färbung dieser Phycobiliproteine geht auf kovalent gebundene Chromophore zurück, die der Klasse der Phycobiline angehören. Phycobiline sind lineare Tetrapyrrole, die durch Spaltung des ringförmigen Häm-Moleküls entstehen. Diese Spaltung wird von Hämoxygenasen katalysiert, woraus das Vorläufermolekül aller bekannten Phycobiline, das Biliverdin IXα, entsteht.
Biliverdin dient dann der Klasse von Ferredoxin-abhängigen Bilinreduktasen (FDBR) als Substrat. Dabei sind Phycocyanobilin (PCB) und Phycoerythrobilin (PEB) die am weitesten verbreiteten Phycobiline. Die Bildung von PCB wird von PcyA katalysiert; für die Synthese von PEB sind PebA und PebB verantwortlich. Biliverdin stellt das Substrat von PebA dar, welches dieses zum Intermediat Dihydrobiliverdin (DHBV) reduziert. Anschließend übermittelt PebA das DHBV an PebB, welches daraufhin PEB synthetisiert. Sowohl PebS als auch PcyX sind neue FDBRs, die einen viralen Ursprung besitzen (Cyanophagen) und die Synthese von PEB als einzelnes Enzym durchführen können.
In unserer Forschung interessieren wir uns für die Biosynthese der verschiedenen Phycobiline. Wir untersuchen die zugrunde liegenden Reaktionsmechanismen und die für die spezifischen Enzymaktivitäten erforderlichen strukturellen Eigenschaften. Die Forschung der viralen Enzyme ist ein neues Feld unserer Abteilung und ermöglicht einen Einblick in die Evolution der Tetrapyrrolbiosynthese und ihre Rolle im Ökosystem. Die FDBRs PebS und PcyX gehören dabei zu den in Phagen vorkommenden Hilfsstoffwechselgenen metabolischen Hilfsgenen (auxiliary metabolic genes, AMG), die in ihren Wirten exprimiert werden. In diesem Projekt wird der Einfluss dieser Gene auf die Photosynthese und den Lichtsammelkomplex untersucht, um ein detailliertes Verständnis des Einflusses von AMGs zu erhalten.