Untersuchung der Fluoreszenzdynamik im Antennensystem des Chlorophyll d-haltigen Cyanobakteriums Acaryochloris marina

Inhaltsverzeichnis

• Fachlicher Hintergrund
• Einleitung
• Lichtsammelkomplex und photochemisches Reaktionszentrum höherer Pflanzen
• Evolution und charakteristischer Aufbau von Cyanobakterien, insbesondere Acaryochloris marina (A.marina)
• Struktur und Absorption der Hauptpigmente des A.marina Lichtsammelkomplexes
• Relaxationsprozesse, Fluoreszenz und Anregungsenergietransfer
• Ratengleichungssysteme gekoppelter Fluorophore
• Förster-Resonanz-Energie-Transfer (FRET)
• Pikosekunden- Fluoreszenzspektrometer
• Grundlagen des Single-Photon-Counting Messprinzips
• Doppelt korrelierte Einzelphotonendetektion mit Zeit- und Wellenlängenauflösung
• Variation der Anregungswellenlänge und kryostatische Messungen
• Optische Fehlerquellen
• Elektronische Fehlerquellen
• Datenanalyse
• Decays, Decay associated spectra (DAS) und Instrumental response function
• Methode der Minimierung der Fehlerquadratsumme
• SANTAS
• Bestimmung der Anpassungsunsicherheit
• Geeignete Vorgehensweise bei lokalen Anpassungen
• Diskussion des Anpassungsprozesses, Alternativvorschläge
• Analyse der Anregungszustandsdynamik im Antennensystem von Acaryochloris marina bei Raumtemperatur
• Fluoreszenzdynamik nach Anregung bei 632 nm
• Einfluss von DCMU auf die Fluoreszenzkinetik
• Diskussion der Fluoreszenzkomponenten
• Gaußbandenanalyse der DAS bei 632 nm Anregungswellenlänge
• Fluoreszenzdynamik bei 600 nm Anregung
• Bestimmung der Transferzeiten im PS II Antennensystem
• Analyse der Anregungszustandsdynamik im Antennensystem von Acaryochloris marina bei kryostatischen Temperaturen
• Entkopplung der PBP Antenne vom photochemischen Reaktionszentrum bei niedrigen physiologischen Temperaturen
• Simulationen zum Auflösungsvermögen
• Abstandsbestimmung über FRET
• Fazit zur Anregungszustandsdynamik und Struktur des Antennensystems von A.marina

Zielsetzung und Themenschwerpunkte

Diese Arbeit untersucht die Fluoreszenzdynamik des Cyanobakteriums Acaryochloris marina, das sich durch einen einzigartigen Aufbau seines lichtsammelnden Antennensystems auszeichnet. Ziel ist es, die Dynamik der Anregungsenergietransfers in diesem System mithilfe zeitaufgelöster Fluoreszenzspektroskopie zu erforschen.

Die wichtigsten Themenschwerpunkte sind:

• Charakterisierung der Fluoreszenzspektren von Acaryochloris marina bei verschiedenen Temperaturen und Anregungswellenlängen.
• Analyse der Abklingkinetiken und deren Zuordnung zu verschiedenen Fluoreszenzkomponenten im PBP und Chl d Bereich.
• Bestimmung der Transferzeiten zwischen den verschiedenen Antennenkomponenten und deren Abhängigkeit von der Temperatur.
• Untersuchung der Entkopplung der PBP Antenne vom photochemischen Reaktionszentrum bei niedrigen Temperaturen.
• Abschätzung des räumlichen Abstands zwischen den Pigmenten der PBP Antenne und des Chl d-haltigen LHC mithilfe der Förster-Resonanz-Energie-Transfer-Theorie.

Zusammenfassung der Kapitel

• **Fachlicher Hintergrund:** Dieses Kapitel führt in die Thematik des Lichtsammelkomplexes und der photochemischen Reaktionszentren ein. Es beleuchtet die Besonderheiten des Cyanobakteriums A.marina, insbesondere seinen einzigartigen Aufbau des lichtsammelnden Antennensystems. Weiterhin werden grundlegende physikalische Prozesse wie Fluoreszenz und Anregungsenergietransfer sowie die Theorie des Förster-Resonanz-Energie-Transfers (FRET) behandelt.
• **Pikosekunden-Fluoreszenzspektrometer:** Dieses Kapitel beschreibt die experimentelle Apparatur, die für die Messung der zeitaufgelösten Fluoreszenzspektren verwendet wurde. Es werden die Grundlagen des Single-Photon-Counting-Messprinzips, die Doppeltkorrelierte Einzelphotonendetektion sowie die Optimierung der Apparatur für die Durchführung der geplanten Untersuchungen erläutert.
• **Datenanalyse:** Dieses Kapitel behandelt die Methoden zur Analyse der gemessenen Fluoreszenzspektren. Es werden die Begriffe Decays, Decay associated spectra (DAS) und Instrumental response function definiert und die Methode der Minimierung der Fehlerquadratsumme erläutert. Weiterhin wird das Programm SANTAS vorgestellt, welches zur Analyse der Daten eingesetzt wurde.
• **Analyse der Anregungszustandsdynamik im Antennensystem von Acaryochloris marina bei Raumtemperatur:** Dieses Kapitel präsentiert die Ergebnisse der Fluoreszenzmessungen an A.marina bei Raumtemperatur. Die Abklingkinetiken werden analysiert und den verschiedenen Fluoreszenzkomponenten im PBP und Chl d Bereich zugeordnet. Die Transferzeiten zwischen den Antennenkomponenten werden bestimmt und die Auswirkungen von DCMU auf die Fluoreszenzkinetik werden untersucht.
• **Analyse der Anregungszustandsdynamik im Antennensystem von Acaryochloris marina bei kryostatischen Temperaturen:** Dieses Kapitel beschreibt die Ergebnisse der Fluoreszenzmessungen an A.marina bei kryostatischen Temperaturen. Die Abklingkinetiken werden analysiert und es werden die Unterschiede in der Fluoreszenzdynamik bei verschiedenen Anregungswellenlängen untersucht.
• **Entkopplung der PBP Antenne vom photochemischen Reaktionszentrum bei niedrigen physiologischen Temperaturen:** Dieses Kapitel präsentiert die Ergebnisse der Untersuchungen zur Entkopplung der PBP Antenne vom photochemischen Reaktionszentrum bei niedrigen Temperaturen. Es werden die Auswirkungen der Temperatur auf die Fluoreszenzdynamik und die Abklingkinetiken diskutiert.

Schlüsselwörter

Die Arbeit beschäftigt sich mit der Fluoreszenzdynamik im Antennensystem des Cyanobakteriums Acaryochloris marina. Im Fokus stehen die Analyse der zeitaufgelösten Fluoreszenzspektren, die Bestimmung der Transferzeiten zwischen den Antennenkomponenten, die Untersuchung der Entkopplung der PBP Antenne vom photochemischen Reaktionszentrum bei niedrigen Temperaturen und die Abschätzung des räumlichen Abstands zwischen den Pigmenten der PBP Antenne und des Chl d-haltigen LHC mithilfe der Förster-Resonanz-Energie-Transfer-Theorie.