Magnesium Chelatase - a Key Enzyme in Chlorophyll Biosynthesis

Sammanfattning: Popular Abstract in Swedish Klorofyllsyntes är en viktig process i naturen. De gröna pigmenten utgör en viktig del i fotosyntesen där de absorberar och överför solenergi till fotosyntetiska reaktionscentra. Magnesium kelatas katalyserar insättandet av en magnesium (II) jon i protoporfyrin IX, vilket är det första specifika steget i klorofyllsyntesen. Magnesium kelatas består av tre proteiner, som kallas för I-, D- och H-subenheterna. Den huvudsakliga målsättningen med den här avhandlingen har varit att karaktärisera det 70 kDa stora D-proteinet. Analys av dess aminosyra sekvens visar att proteinet innehåller en N-terminal atypisk AAA-domän (ATPases associated with various cellular activities) och en C-terminal integrin I domän. Den tre-dimensionella strukturen av I-subenheten hos Rhodobacter capsulatus har tidigare bestämts med röntgen kristallografi och elektron mikroskopering. Dessa studier har visat att proteinet bildar en hexamerisk ring struktur. I den här avhandlingen presenteras för första gången en rekonstruktion av den tre-dimensionella strukturen av ett ID-komplex vid 23 Å upplösning. Strukturen visar att proteinerna bildar ett stort komplex bestående av två hexameriska ringar. Vidare presenteras en grundläggande karaktärisering av fem recessiva korn mutanter, vilka alla är defekta i magnesium kelatas D-subenheten. Bristen av klorofyll i dessa mutanter visade sig vara orsakade av ett instabilt D-protein. D-subenheten hos R. capsulatus studerades även in vitro där det observerades att inaktiva mutanter hade en dominant effekt på magnesium kelatas aktiviteten, vilket indikerar att D-subenheterna arbetar kooperativt. Den dominanta effekten visade sig att vara beroende av hur proverna, innehållande alla magnesium kelatas proteinerna, hade preparerats före analys. Resultaten presenterade i denna avhandling föreslår att en möjlig funktion av D-subenheten är att utgöra en funktionell stabiliserande hexamerisk plattform för den mer instabila och ATP hydrolyserande I-subenheten. En majoritet av proteinerna som är involverade i det fotosyntetiska maskineriet är kodade av gener från det nukleära genomet. Klorofyll intermediärer har tidigare visats fungera som signalmolekyler mellan kloroplast och cellkärnan. I denna avhandling presenteras även en studie angående signalering mellan kloroplast och cellkärna hos korn mutanter defekta i magnesium kelatas och magnesium protoporfyrin IX monometylester cyklas med hjälp av microarray teknologi.