@phdthesis{Uflewski2021,
  author    = {Uflewski, Michal},
  title     = {Characterizing the regulation of proton antiport across the thylakoid membrane},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {122},
  year      = {2021},
  abstract  = {Die Energie, die zum Antrieb photochemischer Reaktionen ben{\"o}tigt wird, stammt aus der Ladungstrennung an der Thylakoidmembran. Aufrgrund des Unterschieds in der Protonenkonzentration zwischen dem Stroma der Chloroplasten und dem Thylakoidlumen wird eine Protonenmotorische Kraft (pmf) erzeugt. Die pmf setzt sich aus dem Protonengradienten (ΔpH) und dem Membranpotential (ΔΨ) zusammen, die gemeinsam die ATP-Synthese antreiben. In der Natur schwankt die Energiemenge, die die Photosynthese antreibt, aufgrund h{\"a}ufiger {\"A}nderungen der Lichtintensit{\"a}t. Der Thylakoid-Ionentransport kann den Energiefluss durch einen Photosyntheseapparat an die Lichtverf{\"u}gbarkeit anpassen, indem er die pmf-Zusammensetzung ver{\"a}ndert. Die Dissipation von ΔΨ verringert die Ladungsrekombination am Photosystem II, so dass ein Anstieg der ΔpH-Komponente eine R{\"u}ckkopplung zur Herabregulierung der Photosynthese ausl{\"o}sen kann. Der durch den K+-Austausch-Antiporter 3 (KEA3) gesteuerte K+/H+-Antiport reduziert den ΔpH-Anteil von pmf und d{\"a}mpft dadurch das nicht-photochemische Quenching (NPQ). Infolgedessen erh{\"o}ht sich die Photosyntheseeffizienz beim {\"U}bergang zu geringerer Lichtintensit{\"a}t. Ziel dieser Arbeit war es, Antworten auf Fragen zur Regulierung der KEA3-Aktivit{\"a}t und ihrer Rolle in der Pflanzenentwicklung zu finden. Die vorgestellten Daten zeigen, dass KEA3 in Pflanzen, denen der Chloroplasten-ATP-Synthase-Assembly-Faktor CGL160 fehlt und die eine verminderte ATP-Synthase-Aktivit{\"a}t aufweisen, eine zentrale Rolle bei der Regulierung der Photosynthese und des Pflanzenwachstums unter station{\"a}ren Bedingungen spielt. Das Fehlen von KEA3 in der cgl160-Mutante f{\"u}hrt zu einer starken Beeintr{\"a}chtigung des Wachstums, da die Photosynthese aufgrund des erh{\"o}hten pH-abh{\"a}ngigen NPQs und des verringerten Elektronenflusses durch den Cytochrom b6f-Komplex eingeschr{\"a}nkt ist. Die {\"U}berexpression von KEA3 in der cgl160-Mutante erh{\"o}ht die Ladungsrekombination im Photosystem II und f{\"o}rdert die Photosynthese. In Zeiten geringer ATP-Synthase-Aktivit{\"a}t profitieren die Pflanzen also von der KEA3-Aktivit{\"a}t. KEA3 unterliegt einer Dimerisierung {\"u}ber seinen regulatorischen C-Terminus (RCT). Der RCT reagiert auf Ver{\"a}nderungen der Lichtintensit{\"a}t, da die Pflanzen, die KEA3 ohne diese Dom{\"a}ne exprimieren, einen reduzierten Lichtschutzmechanismus bei Lichtintensit{\"a}tsschwankungen aufweisen. Allerdings fixieren diese Pflanzen w{\"a}hrend der Photosynthese-Induktionsphase mehr Kohlenstoff als Gegenleistung f{\"u}r einen langfristigen Photoprotektor, was die regulierende Rolle von KEA3 in der Pflanzenentwicklung zeigt. Der KEA3-RCT ist dem Thylakoidstroma zugewandt, so dass seine Regulierung von lichtinduzierten Ver{\"a}nderungen in der Stroma-Umgebung abh{\"a}ngt. Die Regulierung der KEA3-Aktivit{\"a}t {\"u}berschneidet sich mit den pH-{\"A}nderungen im Stroma, die bei Lichtschwankungen auftreten. Es hat sich gezeigt, dass ATP und ADP eine Affinit{\"a}t zum heterolog exprimierten KEA3 RCT haben. Eine solche Wechselwirkung verursacht Konformations{\"a}nderungen in der RCT-Struktur. Die Faltung der RCT-Liganden-Interaktion h{\"a}ngt vom pH-Wert der Umgebung ab. Mit einer Kombination aus Bioinformatik und In-vitro-Ansatz wurde die ATP-Bindungsstelle am RCT lokalisiert. Das Einf{\"u}gen einer Punktmutation in der KEA3-RCT Bindungsstelle in planta f{\"u}hrte zu einer Deregulierung der Antiporteraktivit{\"a}t beim {\"U}bergang zu wenig Licht. Die in dieser Arbeit vorgestellten Daten erm{\"o}glichten es uns, die Rolle von KEA3 bei der Anpassung der Photosynthese umfassender zu bewerten und Modelle zur Regulierung der KEA3-Aktivit{\"a}t w{\"a}hrend des {\"U}bergangs zwischen verschiedenen Lichtintensit{\"a}ten vorzuschlagen.},
  language  = {en}
}