Charakterisierung des mitochondrialen Proteoms von Grünalgen

Abstract

Mitochondrien sind die Kraftwerke der Zelle. Die mitochondriale Atmung stellt einen Großteil der Energie für den zellulären Stoffwechsel mittels oxidativer Phosphorylierung (OXPHOS) zur Verfügung. Diese Reaktion wird durch ein System von fünf Proteinkomplexen realisiert: NADH Dehydrogenase (Komplex I), Succinat Dehydrogenase (Komplex II), Cytochrom bc1 Komplex (Komplex III), Cytochrom c Oxidase (Komplex IV) und F0-F1 ATP Synthase (Komplex V). Dabei können sich die Komplexe I, III und IV zu Superkomplexen zusammenlagern, wodurch Stabilität und Effizienz des Systems verbessert werden können. In Pflanzen steht die mitochondriale Energiegewinnung zudem in Wechselwirkung mit der durch die Photosynthese. In dieser Arbeit wird das OXPHOS System der Grünalge Polytomella sp. charakterisiert, welche im Verlauf der Evolution ihre Photosynthesefunktion verloren hat. Anpassungen der mitochondrialen Energiegewinnung an ihre heterotrophe Lebensweise werden durch den Vergleich ihrer OXPHOS Komplexe mit denen der eng verwandten, photosynthetisch aktiven Grünalge Chlamydomonas reinhardtii, sowie der Modellpflanze Arabidopsis thaliana analysiert. Dafür wurden zunächst mittels 2D Blau Nativer (BN) / SDS PAGE mitochondriale Proteinkomplexe dieser Organismen charakterisiert. Ein direkter Vergleich zwischen Polytomella sp. und C. reinhardtii mittels fluoreszenzbasierter differentielle Gelelektrophorese zeigte sowohl Unterschiede in Aufbau sowie Intensität vieler Untereinheiten. Durch massenspektrometrische (MS) Analyse wurden diese Proteine identifiziert. Durch In-Gel Aktivitätsfärbung der Komplexe I und IV konnten bei Polytomella sp. große Superkomplexe aufgezeigt werden, die in der 2D BN/SDS-PAGE aufgrund von Überlagerung mit andere großen Proteinkomplexen nicht zu erkennen waren. Mithilfe von Large-Pore BN PAGE konnten infolgedessen zwei Superkomplexe visualisiert werden, bei denen es sich um I+IV6 und I+III4 handeln könnte. Eine Shotgun MS Analyse der beiden Grünalgen führte zum Nachweis weiterer Proteine, die im Rahmen der gelbasierten Experimente nicht nachgewiesen werden konnten. Diese Arbeit ermöglicht damit einen Einblick in die Besonderheiten des pflanzlichen OXPHOS Systems der heterotrophen Grünalge Polytomella sp. im Vergleich zu den photoautotrophen Systemen in C. reinhardtii bzw. A. thaliana.