Spektroskopische Untersuchungen an einzelnen Lichtsammelkomplexen des Purpurbakteriums R. rubrum

Abstract

In dieser Arbeit wurde der Lichtsammelkomplex LH1 sowie der Kernkomplex RC-LH1 des Purpurbakteriums Rhodospirillum (R.) rubrum untersucht. Der LH1-Komplex ist ein ringförmiger Pigment-Protein-Komplex, der 32 stark gekoppelte Bakteriochlorophyll a Moleküle enthält. Die starke Kopplung führt zur Ausbildung exzitonischer Zustände, die sehr empfindlich auf Störungen energetischer und struktureller Art reagieren. Das Spektrum des ersten angeregten Zustandes wurde theoretisch berechnet und der Einfluß von Störungen auf die Lage der Energieniveaus wurde simuliert. Experimentell ist die Lage der exzitonischen Zustände mit polarisationsabhängiger Anregungsspektroskopie bei tiefen Temperaturen untersucht worden, um Informationen über eventuelle Störungen des LH1-Komplexes zu erhalten. Diese Art von Untersuchungen am LH1-Komplex sowie an dem strukturell ähnlichen LH2-Komplex von Rhodopseudomonas acidophila wurden bereits in der Arbeitsgruppe von J.Köhler (Universität Bayreuth) durchgeführt, wobei die Komplexe in einer Polymermatrix immobilisiert waren. In der vorliegenden Arbeit wurden Detergens-solubilisierte LH1-Komplexe sowie zum ersten Mal Komplexe in künstlichen, der natürlichen Umgebung der Komplexe ähnlichen Lipiddoppelschichten (Membranen) untersucht. Als Detergens wurde dabei das Phospholipid 1,2 Diheptanoyl-sn-Phosphatidylcholin (DHPC)verwendet,und die Membranen bestanden aus dem Phopholipid Dioleoyl-sl rac-Phosphatidylcholin (DOPC). Weiterhin wurden mit Fluoreszenz-Korrelationsspektroskopie (FCS) die Diffusionkonstanten des Lichtsammelkomplexes und der Lipide in der Membran bestimmt und außerdem wurden Messungen des Photon-Antibunching an einzelnen Lichtsammelkomplexen bei Raumtemperatur sowie bei T=1,8 K präsentiert.

In this work the effect of the environment and the reaction center (RC) upon the geometrical arrangement of the bacteriochlorophyll a (BChla) molecules in the light-harvesting 1 (LH1) complex from Rhodospirillum (R.) rubrum has been examined using single molecule spectroscopy. We performed fluorescence spectroscopy as well as fluorescence excitation spectroscopy on single LH1 and RC-LH1 complexes at T=1.8 K using a home-built confocal microscope. The particular optical properties, resulting from the circular arrangement of the 32 BChla molecules, serve as an extremely sensitive probe for deformation or disorder present in the ring. Individual complexes were studied in two different environments: (1) solubilized in the phospholipid detergent 1,2 diheptanoyl-sn-phosphatidylcholine (DHPC) and (2) reconstituted into a membrane bilayer composed of the phospholipid dioleoyl-sl rac-phosphatidylcholine (DOPC). Both types of samples were immobilized on a freshly cleaved mica surface. For the membrane-reconstituted complexes we determined the lateral diffusion coefficient for the lipids as well as for the LH1 complexes in the DOPC bilayer by using fluorescence correlation spectroscopy (FCS) at room temperature. With the same technique, we measured non-classical effects like photon antibunching and photon bunching of the fluorescence photons from single complexes at room temperature as well as at T=1,8 K. Both effects open the possibility to study dynamic processes such as the energy transfer from the BChla to the carotinoids at the single molecule level.