Fachbereich 13 - Biologie
Institut für Zoophysiologie
Zoophysiologie (Prof. Dr. R. J. Paul)

Molekulare Physiologie des Daphnienhämoglobins

Hämoglobin (Hb), das extrazelluläre Atmungsprotein in der Hämolymphe von Daphnia, ist ein Multiunterheiten-Multidomänen-Makromolekül mit einem Molekulargewicht von ungefähr 500 kDa bei Daphnia magna. Bei dieser Art codieren mindestens vier Hb-Gene (dhb1-dhb4) für mindestens sieben unterschiedliche Typen von Hb-Proteinuntereinheiten (DHbA–DHbG) mit Molekulargewichten zwischen 36 und 41 kDa. Als Reaktion auf Veränderungen von Umweltfaktoren wie Sauerstoffkonzentration oder Temperatur ändert sich die Hämoglobinkonzentration in der Hämolymphe (bis um das 19fache). Zusätzlich ändert sich die Untereinheitenzusammensetzung der Makromoleküle, was mit Veränderungen in der Sauerstoffaffinität des Hämoglobins (bis um das 5fache) einhergeht.

Zur Zeit analysieren wir die Beziehungen zwischen Hb-Genen und Hb-Proteinuntereinheiten und die Makromolekülstruktur bei Hb-armen ("pale") und Hb-reichen ("red") Daphnia magna. Dabei werden (teilweise in Kooperation) molekularbiologische Methoden (z.B. Southern-Blot-Analyse, quantitative RT-PCR), proteinbiochemische Methoden (z.B. 2-D Gelelektrophorese, MALDI-Massenspektroskopie, Chromatofokussierung) und andere Techniken (z.B. in situ Hybridisierung, Computermodellierung der Makromolekülstruktur unter Verwendung elektronenmikroskopischer Bilder) eingesetzt, um die molekularen Ursachen der Heterogenität auf der Ebene der Hb-Proteinuntereinheiten herauszufinden, um die Struktur der Makromoleküle zu analysieren, und um Struktur und molekulare Funktion in Verbindung zu bringen. Ein zentraler Punkt dieser Studien ist die umweltabhängige Anpassung der Atmungsproteinfunktion auf der Ebene der Genexpression. Diese spezifische Form der Anpassung scheint mit den wenig entwickelten Fähigkeiten zur Homöostase bei den millimetergroßen Tieren zusammenzuhängen, welches eine effektive Kontrolle und Nutzung allosterischer Modulatoren verhindert.

Kernthemen:

• Molekularbiologie der Hb-Gene und Transkripte bei Daphnia
• Proteinbiochemie des Daphnienhämoglobine
• Gewebsspezifische Synthese der Daphnienhämoglobine

Beteiligte Wissenschaftler:

Prof. Dr. Rüdiger J. Paul, Dr. Bettina Zeis