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Christian Sören Janke

• In dieser Arbeit wurde das Protein OR1 ausführlich charakterisiert und die Grundlage für weitere Studien an diesem Protein gelegt. Die Zielsetzung dieser Arbeit bestand primär in der biophysikalischen Analyse eines eukaryotischen Proteorhodopsins, da bislang keine Daten zu diesen vorlagen. Dieser Ansatz ist vergleichbar mit der Studie am BR ähnlichen Rhodopsin aus dem Pilz Leptosphaeria maculans (Waschuk et al. 2005). Auch wenn man aus den Eigenschaften von OR1 keine Signatur für eukaryotische PRs herausfiltern kann, so weist OR1 eine Reihe von Charakteristika auf, die es wert sind weiterbearbeitet zu werden. Zu den hervorzuhebenden Ergebnissen dieser Arbeit zählen: (1) OR1 zeigte in der methylotrophen Hefe Pichia pastoris ein hohes Expressionsniveau weit über der gewohnten Ausbeute bei Membranproteinen. (2) OR1 offenbarte sich als Proteorhodopsin mit BR ähnlichen Eigenschaften wie dem niedrigen pKs-Wert des Protonenakzeptors und damit guten Protonenpumpeigenschaften über einen großen pH-Bereich. Auch bindet OR1 keinen zweiten Chromophor, was die nahen Verwandten GR und XR hingegen tun. (3) OR1 demonstriert, dass die Konfiguration des komplexen Gegenions von Proteorhodopsinen stark variiert und sich anscheinend flexibel den physiologischen Erfordernissen des jeweiligen Organismus anpasst. In diesem Zusammenhang spielt auch das konservierte Histidin eine Rolle, da es den primären Protonenakzeptor beeinflusst. Bei OR1 stellte sich heraus, dass das Histidin den pKs Wert der D100 Position nicht signifikant beeinflusst. (4) OR1 wurde mit 13C und 15N Atomen erfolgreich markiert und das entwickelte Protokoll für die Rekonstitution bewährte sich. Die Proteoliposomen des Wildtyps gaben sehr gut aufgelöste Festkörper-NMR Spektren. In Zukunft sind somit ausführliche NMR Studien an OR1 möglich.
• With this work, a basal characterization of the proteorhodopsin OR1 has been published. This initial analysis sets the basis for further studies on this protein. This work focused primarily on the biophysical analysis of a eukaryotic proteorhodopsin (PR). Up to now OR1 is the only studied eukaryotic PR. The approach is comparable to the study on the BR like rhodopsin from the fungus Leptosphaeria maculans (Waschuk et al. 2005). Although no specific properties of eukaryotic PRs could be identified for OR1 so far, still the protein exhibits a number of characteristics which are worth further investigation. In particular, the following results of this work are highlighted: (1) OR1 shows a high level of expression in the methylotrophic yeast Pichia pastoris. The expression level exceeds the usual yields of membrane proteins. (2) OR1 revealed itself as proteorhodopsin with BR like properties, notably, the low pKa of the proton acceptor and good proton pumping properties over a wide pH range. Moreover, OR1 does not bind a second chromophor, although it shares the highest sequence homologies to GR and XR. (3) OR1 demonstrated that the configuration of the complex counterion of proteorhodopsins varies significantly and is apparently flexible enough to adapt to the physiological needs of the organism. In this context, the conserved histidine plays the role of a modulator of the primary proton acceptor. In OR1, the histidine does not significantly affect the pKa value of the D100 position. (4) OR1 was labelled successfully with 13C and 15N atoms and an efficient labelling protocol for solid state NMR spectroscopy was developed. The proteoliposomes of the wild type gave very well-resolved NMR spectra. In the future, detailed NMR studies of OR1 are therefore possible.