Signal propagation across the membrane by cytokine receptor signalling involves a complex interplay of receptor-ligand interactions, allostery and conformational changes. Type I interferons (IFNs) exert their biological activities through binding to a shared receptor consisting of the type II cytokine receptor subunits IFNAR1 and IFNAR2. The aim of this thesis was to establish biochemical and biophysical approaches for exploring in vitro interactions and conformational changes accompanying the formation of type I IFN receptor complex. For these purposes, in this work a versatile combination of covalent vs. non-covalent reversible site-specific protein modification chemistries was exploited for their surface immobilization, incorporation of fluorescence probes or crosslinkers. The generic bioorthogonal strategy of PPTase-catalysed covalent modification of ybbR short peptide tag fused to a protein of interest enabled highly efficient site-directed fluorescence labelling of wild type IFNα2 and mutants, IFNAR1 and IFNAR2 receptors as well as their functional immobilization onto surfaces. These modified proteins were confirmed to be active by studying their interactions in ligand-receptor surface binding assays in real time by total internal reflection fluorescence spectroscopy and reflectance interference. A rapid quantitative surface assay for probing binding kinetics of proteins captured directly via His-tags from cell supernatants was established and employed for screening of IFNAR1 mutants in order to identify the residues responsible for differential recognition of various IFN subtypes. Thus the fine-tuned IFN binding chemistries through few ligand-specific interaction points as the basis for receptor plasticity was identified. Site-specific covalent immobilization allowed exploring cooperativity in ligand recognition by the receptor subunits. The observed small allosteric effect is apparently not related to the potential contact of membrane-proximal receptor domains but probably mediated through conformational cross-communication of binding sites on the ligand. Substantial conformational changes of IFNAR1 upon ligand binding were exploited as fluorescence readout to monitor the assembly of ternary complexes on artificial membranes. This enabled exploring the life times of ternary complexes with IFNα2 combined mutants targeting binding to IFNAR1 and IFNAR2 and corroborated to the suggestion that the differential physiological activity of IFN subtypes is related to the total ternary complex affinity and not to ligand affinity towards individual receptor subunits. Finally, in vitro stabilization of dual-colour labelled weakly interacting IFNα2/IFNAR1/IFNAR2 complex by means of an entropic clamp was implemented, enabling to analyze ternary complexes by fluorescence cross-correlation spectroscopy Förster resonance energy transfer on the single molecule level. These novel tools will prove valuable for unravelling the subtle interplay of interactions and conformational changes in cytokine receptor complexes.

The aim of my PhD research was to develop and establish techniques for surface functionalization of nanoparticles, which can be employed to study the dynamics, function and activity of recombinantly expressed as well as endogenous proteins inside living cells. A prerequisite to achieve this goal was the ability to bio-functionalize nanoparticles with proteins in the cytoplasm of living cells. The HaloTag technology was utilized for generic site-specific targeting of nanoparticles to proteins. Fast and efficient targeting of nanoparticles to proteins was then achieved by using an engineered clickHTL exhibiting fast reactivity towards the HaloTag-enzyme. Application of this approach to track individual proteins in the outer membrane of mitochondria revealed that the physicochemical properties of the nanoparticles biased the mobility of the targeted proteins. To circumvent this, a model nanoparticle was systematically engineered in order to identify physicochemical properties that are important for tracking intracellular membrane proteins without affecting their diffusion dynamics. Nanoparticles exhibiting stealth properties were finally obtained upon densely coating the nanoparticle surface with PEG2k. These particles were mono-functionalization with clickHTL, to ensure labeling in a 1:1 stoichiometry, and could be successfully used for unbiased tracking of individual membrane proteins. Beyond the observation of proteins, generic approaches that allow intracellular manipulation and probing of protein activities are desired. To this end, 500 nm superparamagnetic nanoparticles were used as mobile nanoscopic hotspots self-assebled into active signaling platforms. Inside living cells, precise and accurate manipulation of endogeneous Rac1 activity was possible at different subcellular locations and over extended time periods. These experiments demonstrated that Rac1 signaling is dependent on the subcellular-context by spatial isolation of distinct signaling pathways. Furthermore, these MNPs provided well defined platforms for selective spectroscopy in order to quantify bait-prey protein interactions in the cytoplasm as was demonstrated by the interaction of cdc42 and N-WASP.

Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Konservierung elektrophysiologischer Charakteristika von Proteintranslokasen aus verschiedenen Organismen untersucht. Die Sec61/Sec61p Komplexe aus rauen Mikrosomen von Canis familiaris und Saccharomyces cerevisiae bilden ionenpermeable Poren mit einer hohen Leitfähigkeit in planaren Lipidmembranen. In Säugerzellen werden diese durch einen Calcium-Calmodulin (Ca2+-CaM)-vermittelten negativen Feedback-Mechanismus reguliert. Im Rahmen dieser Arbeit konnte die Spezifität der zugrundeliegenden Interaktion von Ca2+-CaM mit der α-Untereinheit des Sec61 Komplexes belegt werden. Es wurde gezeigt, dass der Calmodulin Antagonist Ophiobolin A in der Lage ist, die Inhibition der Ionenpermeation durch Sec61 aufzuheben. Des Weiteren wurde anhand elektrophysiologischer Messungen nachgewiesen, dass dieser Ca2+-CaM-vermittelte Regulationsmechanismus in der Hefe S. cerevisiae nicht vorhanden ist. Dies wird auf eine kritische Variation in der Primärstruktur des Hefe-Proteins zurückgeführt, welche die Bindung von Calmodulin an den N-Terminus von Sec61p verhindert. Der bakterielle SecYEG Komplex aus E. coli konnte erfolgreich in Proteoliposomen rekonstituiert werden. Die Funktionalität des Translokons wurde in in vitro proOmpA Importexperimenten nachgewiesen. Mittels dieser Proteoliposomen sollten SecYEG Poren in den planaren Bilayer integriert werden. Sowohl für den inaktiven als auch für den durch die Anwesenheit von Substraten oder Bindepartnern aktivierten Komplex konnten keine ionenpermeablen Poren in der Membran nachgewiesen werden. Dies lässt darauf schließen, dass im Gegensatz zu den homologen Komplexen in Eukaryoten, der bakterielle Sec Komplex intrinsisch die Permeabilitätsbarriere für Ionen aufrechterhält. Die vorliegenden Ergebnisse legen nahe, dass weder die Ausbildung ionenpermeabler Poren, noch deren Regulation zwischen den Sec Komplexen von Bakterien, Hefen und Säugern vollständig konserviert ist. In einem zweiten Teilprojekt wurden auf der Suche nach der zentralen Proteinimportpore in der äußeren Mitochondrienmembran von Trypanosoma brucei zwei mögliche Kandidaten, TbSam50 und ATOM, anhand elektrophysiologischer Untersuchungen verglichen. Beide waren in der Lage in planaren Bilayern ionenpermeable Poren auszubilden. Die elektrophysiologischen Grundcharakteristika dieser Poren, wie der hohe Leitwert und die Selektivität für Kationen sowie die beobachtete Interaktion mit mitochondrialen Präsequenzen, stimmen gut mit einer potentiellen Funktion als Proteinimportpore überein. Eine detaillierte Untersuchung der Einzelkanaleigenschaften zeigte, dass TbSam50 beträcht-liche Ähnlichkeiten zu homologen Proteinen in Hefen und menschlichen Zellen aufweist. Somit bestätigen die hier präsentierten Ergebnisse die Identifikation von TbSam50 als Kern der trypanosomalen Assemblierungsmaschinerie für β-barrel Proteine in der äußeren Mitochondrienmembran. Besonderheiten in der Beeinflussung der Kanaleigenschaften durch mitochondriale Präpeptide, insbesondere die erhöhte Verweildauer des Kanals im geschlossenen Zustand, weisen darauf hin, dass TbSam50 keine duale Funktion als β-barrel Insertase und Proteintranslokase besitzt. Hingegen lieferte die elektrophysiologische Charakterisierung von ATOM Hinweise, welche die Identifikation dieses Proteins als porenbildende Untereinheit des mitochondrialen Proteinimportapparates in T. brucei bestätigen. Darüber hinaus zeigten Vergleiche der elektrophysiologischen Charakteristika, insbesondere des Schaltverhaltens und der Anzahl porenbildender Untereinheiten pro aktiver Einheit im artifiziellen Bilayer, dass ATOM stärkere Ähnlichkeiten zu Proteintranslokasen bakterieller Abstammung aufweist, als zu Tom40, der generellen Importpore der Eukaryoten. Dies unterstützt das auf Sequenzvergleichen basierende Model, dass ATOM ein evolutives Relikt repräsentiert, anhand dessen die Entwicklung der mitochondrialen Proteinimportmaschinerie aus einer bakteriellen, Omp85-artigen Protein-exportpore abgeleitet werden kann.

Die zwei Nanomotoren der rotierenden ATP-Synthase sind über einen zentralen Rotor und einen peripheren Stiel miteinander gekoppelt. Während der katalytisch aktive F1-Teil in drei 120°-Schritten rotiert, benötigt der ionentranslozierende FO-Teil in Escherichia coli zehn Schritte für eine Rotation um 360°. Angesichts dieses Symmetriemissverhältnisses wurde eine elastische Kopplung der beiden Domänen als Voraussetzung für die katalytische Funktionalität des Enzyms angesehen. Der elastische Bereich des Rotors wurde an den Kontaktflächen der globulären Domänen der gamma- und epsilon-Untereinheit zum c10-Ring lokalisiert und mit einer Torsionsfederkonstanten von 68 pNnm bestimmt. In dieser Arbeit wurde die Torsionsfederkonstante des ab2c10-Komplexes anhand der Beobachtung von bis zu dreizehn Einzelmolekülen mit einer Torsionsfederkonstanten von 1300 pNnm bestimmt. Neben ihrer hervorragenden Eigenschaft zur Formung einer realitätsnahen und natürlichen Umgebung für Membranproteine sind die Eigenschaften von Phospholipidmembranen intrinsisch hinsichtlich ihrer chemischen und mechanischen Stabilität begrenzt. Künstliche Membranen aus ABA-Triblockcopolymer haben sich als vielversprechender, stabiler Lipidersatz erwiesen. Durch Variation der Stöchiometrie der Blöcke können die physikochemischen Eigenschaften des Triblocks verändert werden. Die ATP-Synthase aus E. coli konnte unter Erhalt der Funktionalität in Polymervesikel (Polymerosomen) eingebaut werden. Allerdings war die Aktivität nicht eindeutig der Polymerumgebung zuzuordnen, da die Enzympräparation in Gegenwart von natürlichem Lidid durchgeführt wurde. Der Einbau des Enzyms, das auf drei unterschiedliche Arten lipidfrei präpariert wurde, in Polymerosomen konnte auch unter Verwendung von drei unterschiedlichen Rekonstitutionsmethoden weder durch funktionelle Tests noch immunologisch nachgewiesen werden.

Functional immobilization and lateral organization of proteins into micro- and nanopatterns is an important prerequisite for miniaturizing analytical and biotechnological devices. In this thesis I present novel and versatile approaches for high contrast surface micropatterning of proteins, artificial membranes and live cells based on maleimide photochemistry. The patterning strategy is carried-out on glass substrates exploiting a poly(ethylene glycol) PEG polymer layer as a compatible scaffold. The flexible PEG cushion prevents unspecific proteins attachment and cell adhesion to surfaces. The versatility of this method is demonstrated by means of different orthogonal chemistries using covalent- and affinity- based interactions for protein immobilization. Furthermore, using maleimide based alkyl-thiol chemistry, I utilized the patterning approach for capturing liposomes and proteoliposomes onto surfaces. Formation of fluid patterned polymer-supported membranes demonstrating lateral diffusion of lipids and proteins was confirmed by biophysical assays. A similar approach was used for micropatterning of transmembrane proteins in surface adhered live cells.

Die F-ATP-Synthase nutzt die elektrochemische Differenz des Protons über eine Membran zur Synthese von ATP. Sie setzt sich aus dem katalytisch aktiven F1-Teil und dem membranständigen FO-Teil zusammen. In FO wird durch die protonenmotorische Kraft (pmf) ein Drehmoment erzeugt, das zur Synthese von ATP in den 3 katalytischen Untereinheiten genutzt wird. Mechanisch gesehen besteht das Motorenzym aus einem Rotor, der sich gegen einen Stator dreht. Ein an FO gekoppeltes Actinfilament diente als Reporter für die Orientierung und Biegsamkeit der Rotoruntereinheiten. Das molekulare Koordinatensystem, gewonnen aus der Kristallstruktur der mitochondrialen F-ATP-Synthase, wurde mit den Koordinatensystem des aktiven Enzyms aus E. coli korreliert. Das ATP hydrolysierende Enzym wartet auf die Bindung von ATP, gefolgt von einem 80°-Schritt. Anschließend wird während des katalytischen Wartezustands ATP hydrolysiert, gefolgt von einem 40°-Schritt. Mittels einer Disulfidbrücke zwischen Rotor und Stator wurde das aktive Enzym in einer Orientierung festgehalten, die der Kristallstruktur entspricht. Diese Orientierung stimmt mit der Stellung des aktiven Enzyms sowohl im katalytischen Wartezustand als auch im ADP-inhibierten Zustand überein. In der Kristallstruktur sind 2 katalytische Zentren mit Nukleotiden besetzt. Dagegen sind im aktiven Enzym während der katalytischen Pause alle 3 katalytischen Zentren besetzt. Durch Schließen von Disulfidbrücken zwischen Rotor und Stator wurden die inneren Elastizitätsparameter des inhibierten und elastisch relaxierten Enzyms anhand des Ausschlags des Actinfilaments bestimmt. Der elastisch biegsame Bereich liegt zwischen den Angriffspunkten der thermodynamischen Kräft, d.h. der pmf in FO und dem Phophatpotential in F1. Die Energie des Drehmoments wird in den Rotoruntereinheiten elastisch gespeichert und anschließend für die Synthese von ATP genutzt. Die elastische Kopplung sorgt für eine hohe kinetische Effizienz und eine hohe Umsatzrate.

Colicin A is a water-soluble toxin that forms a voltage-gated channel in the cytoplasmic membrane of target bacteria. In the present thesis, we aimed at studying the closed channel state, the membrane insertion mechanism, the acidic pH induced molten globule state and the interaction of colicin A in living E. coli cells. For that, we used Electron Paramagnetic Resonance (EPR) spectroscopy in combination with site-directed spin labeling (SDSL) method to explore the structural details of colicin A. The EPR studies of the membrane-bound colicin A (reconstituted into proteoliposomes) suggest the transmembrane orientation of the hydrophobic hairpin in the closed channel state. The pH dependent membrane insertion studies indicate that the membrane binding efficiency is significantly enhanced at pH < 3. Moreover, in the presence of a membrane potential, the pH induced membrane-bound state is able to open channels in the liposomes. The membrane-bound conformation (induced by acidic pH) is similar to the conformation of reconstituted colicin A which support the umbrella model for the closed channel state of colicin A. The studies on pH dependent conformational changes suggest that colicin A forms a molten globule at pH 2. The molecular details of pH induced conformational changes were analyzed by molecular dynamic simulations. The results of the MD simulations agree with the EPR results. Conformational changes of colicin A upon interaction with living E. coli cells could also be followed. Comparison between colicin A in wild type (WT) cells and tolB knock-out mutants suggest that the observed conformational changes originate from colicin A which has been already translocated to the inner membrane.

In this work 3 different proteins are subjected to investigations on their structural, dynamic and functional properties by SDSL EPR spectroscopy, combined with in silico structure prediction and modeling: the pore-forming bacterial toxin colicin A in its membrane-bound form and its corresponding immunity protein Cai, and the Na+/proline symporter PutP. Colicin A (ColA) is a plasmid-encoded water-soluble pore-forming toxin produced by certain E. coli strains that kills unprotected cells of related strains by inserting a pore-forming subdomain into the cytoplasmic membrane to form voltage-dependent ion channels. Detailed structural data for the membrane-bound channel, in the closed as well as in the open state, is still missing, thus in the present study, the in vitro investigation by site-directed spin labeling and EPR spectroscopy has been substantially extended. The results indicate that a larger fraction of the protein than previously suggested penetrates into the hydrophobic core of the membrane, and distance measurements by pulse and cw EPR spectroscopy provide evidence that ColA in lipid bilayer membranes forms an oligomeric structure. Pulse EPR distance measurements under in vivo conditions reveal clear indications for an oligomeric ColA structure also in vivo. The results of all EPR measurements were combined to construct a dimer model for the colicin A closed channel state conformation. The immunity protein Cai, an integral inner membrane protein, protects the producing E. coli cell from the cytotoxic activity of its corresponding toxin (colicin A), by preventing channel opening by a yet unknown mechanism. ESR measurements for single spin label probes attached to ColA in the presence and absence of the immunity protein Cai reveal a clear influence on the ColA helices of the pore-forming domain in the presence of Cai as previously postulated. The data suggest that Cai induces a conformational change in/for the voltage sensor helix H6 of ColA, forming a “locked” inactive channel conformation that is not capable of voltage sensing and channel opening. Initial experiments with spin labeled wt-Cai in the presence and absence of unlabeled ColA suggest a more compact structure in the presence of ColA. PutP is an integral membrane protein located in the cytoplasmic membrane of E. coli, being responsible for the coupled transport of Na+ and proline in a 1:1 stoichiometry. It belongs to the family of sodium solute symporters (SSSF). Three dimensional structural data for PutP are at the moment not available, but a homology model has been developed based on the crystal structure of another member of this protein family, the Na+/galactose symporter vSGLT of Vibrio parahaemolyticus. The observed periodicity in spin label mobility and polarity measurements suggest a secondary structure of the extracellular Loop eL4 of PutP of two α-helical segments eL4a and eL4b, and imply the idea of eL4 functioning as an external gate to the SSSF. The ligand-induced changes observed in mobility, polarity and accessibility upon substrate binding support this notion, thus providing further insights into the mechanistic basis of sodium solute symport.

In this work, the evolutionary biophysics approach is applied to the two of the largest protein superfamilies present in human genomes, namely P-loop fold nucleoside triphosphatases (P-loop NTPases) and G-protein coupled receptors (GPCRs). This approach combines comparative analysis of protein structures and sequences with molecular modeling techniques in order to reveal not only the conservation of particular residues among proteins within each superfamily but also their role in the fundamental mechanisms underlying common functions. The study of the hydrolysis activation mechanism in P-loop NTPases started with the molecular dynamics simulations of Mg-NTP complexes (Mg-ATP and Mg-GTP) in the presence of K+, NH4+, and Na+ ions. These simulations showed that in the presence of large cations (K+ and NH4+), the conformation of the phosphate chain of ATP and GTP is extended, with large distances between alpha- and gamma-phosphates. This conformation is similar to the shape of ATP and GTP molecules (or their analogs) in the crystal structures of various P-loop NTPases. To clarify the role of monovalent cations in P-loop NTPases, MD simulations were conducted for two cation-dependent GTPases: tRNA modification GTPase MnmE and translation factor EF-Tu. MD simulations of Mg-GTP/EF-Tu complex bound to the tRNA and ribosome fragment in the presence of K+ ions have shown consistent binding of a potassium ion from the solution between alpha- and gamma-phosphates (AG site), similar to the cation binding in MnmE and other cation-dependent P-loop GTPases. In both proteins, binding of K+ ion in the AG site led to the rotation of gamma-phosphate, making this group more eclipsed with alpha-phosphate. The new rotated position of gamma-phosphate was stabilized by a novel H-bond with the backbone nitrogen of the K-3 residue (relative to the ubiquitously conserved Lys) of the P-loop motif. The activation mechanism observed in MD simulations of MnmE and EF-Tu could be envisioned as basic for P-loop NTPases, as these cation-dependent proteins are among the most ancient members of the P-loop superfamily. This mechanism was used as a basis for extensive comparative analysis of representative proteins from all major classes of P-loop NTPases. Based on the established conservation and presence of the key features in active sites of P-loop NTPases, the chain of events where rotation of gamma-phosphate triggers the nucleophilic attack and gamma-phosphate cleavage has been proposed as the basic universal activation mechanism of NTP hydrolysis in P-loop NTPases. The second part of this work explores the activation of GPCRs as sodium-translocating receptors. Crystal structures of the novel Na-pumping microbial rhodopsin along with the recent avalanche of GPCR structures provided the basis for comparative structure analysis, focused on investigating the similarities in the Na-binding sites of the two superfamilies. Structure superposition of GPCRs and microbial rhodopsins (MRs) based on comparison of their Na-binding sites was used to produce structure-guided sequence alignments of the two superfamilies. The only residue universally conserved between the two superfamilies was Trp in the helix 6/F (Trp6.48 in GPCRs). In both families, the signaling mechanism directly involves this residue, which is likely to be an ancient feature inherited from the common ancestor of MRs and GPCRs – the Na-pumping light-activated rhodopsin. The similarity of GPCRs with light-activated sodium pumps endorses the suggestion that GPCRs may also function as Na+ ion translocators. A model of GPCR activation accompanied by translocation of Na+ was constructed to demonstrate how this mechanism can explain the voltage sensitivity of certain Class A GPCRs. Two modes of activation were modeled – one where Na+ ion is transported into the cytoplasm and the one where Na+ ion is expelled to the intracellular space. The two modes quantitatively describe the behavior of voltage-activated and voltage-suppressed GPCRs, respectively. Finally, further structure scrutiny and rotamer analysis provided a plausible pathway of Na+ transmembrane translocation through the helical bundle of GPCRs.

Zu den Eigenschaften eukaryotischer Zellen gehört ihre Kompartimentierung, welche durch die Abtrennung verschiedener Reaktionsräume durch Lipiddoppelschichten erreicht wird. Verschiedene Vesikel-Transportwege verbinden diese Kompartimente miteinander, einer dieser Wege in der Hefe Saccharomyces cerevisiae ist der sogenannte ALP-Weg. Dieser gehört zu den biosynthetischen Wegen, über die neue Proteine an ihren Bestimmungsort gebracht werden, in diesem Falle die Vakuole. Ausgehend vom Golgi-Apparat werden die Vesikel dieses Weges mit Hilfe des Adaptorproteinkomplexes-3 (AP-3) gebildet. Ein weiteres Protein, das eine spezifische Funktion in diesem Weg übernimmt, ist Vps41. Ein aktuelles Modell beschreibt seine Funktion in der Aufnahme der Vesikel an der Vakuole. Es konnte gezeigt werden, das Vps41 mit der sogenannten ear-Domäne von Apl5, einer Untereinheit des AP-3- Komplexes, interagiert. In dieser Arbeit konnte ich nachweisen, dass die Interaktionsstelle im Vps41 innerhalb einer konservierten PEST-Domäne liegt. Eine Deletion dieser Domäne beeinflußte die Funktion des Proteins im ALP-Weg jedoch nicht die in der homotypischen Vakuolenfusion und im CPY-Weg. Eine weitere Eingrenzung des deletierten Bereiches zeigte, dass die PEST-Domäne eine Sequenz enthält, die einem Di-Leucin- Sortierungssignal ähnlich ist. Dieses konnte ich als minimal notwendigen Bereich für die Wechselwirkung mit der Apl5-ear-Domäne bestimmen. Meine Daten zeigen, dass dieser Bereich des Proteins notwendig ist für das Docking der AP-3-Vesikel an der Vakuole. Weiterhin konnte ich eine kompetitive Bindung von Liposomen und Apl5 an die N-terminale Hälfte von Vps41 zeigen. Zusammengefasst und mit aktuellen Veröffentlichungen in Zusammhang gebracht, ergänzen meine Daten das Modell der Funktion von Vps41 in der Vesikelaufnahme an der Vakuole: Vps41 wird durch die Rab-GTPase Ypt7, als deren Effektorprotein, an späte Endosomen gebunden. An dieser stark gekrümmten Membran taucht ein kürzlich identifiziertes ALPS (amphipathic lipid packing sensor)-Motiv im Vps41 in die Membran des Organells ein und zieht so den N-terminalen Bereich mit der Bindestelle für die AP-3-Vesikel an die Oberfläche des Organells wodurch eine verfrühte Fusion der AP-3-Vesikel mit dem Endosom verhindert wird. Erst nach der Reifung zur Vakuole wird die PEST-Domäne für die Bindung an Apl5 verfügbar, da sich die Membrankrümmung ändert. Zusätzlich wird das ALPS-Motiv phosphoryliert, so dass dieses nicht mehr in die Membran eintauchen kann. Erst jetzt ist eine Interaktion zwischen Apl5 und Vps41 und damit eine Fusion der AP-3-Vesikel mit der Vakuole möglich. Der zweite Teil dieser Arbeit beschäftigt sich mit der Protonentranslokation durch den Fo-Teil der ATP-Synthase aus Escherichia coli. Durch Mutagenese wurden ATP-Synthasen hergestellt, in denen die beiden für den Protonentransport essentiellen Aminosäurereste D61 in der Untereinheit c und R210 in der Untereinheit a in der α-Helix in der sie liegen, entweder einzeln oder beide zusammen, um je eine Helixwindung nach oben oder unten verschoben wurden. Dies führt zu einer Verlängerung bzw. Verkürzung der Protonenzu- und austrittskanäle. Durch die Untersuchung der Funktionalität dieser ATPasen auf sowohl aktives und passives Protonenpumpen, als auch ATP-Synthese konnte ich zeigen, daß die Position der beiden essentiellen Aminosäurereste cD61 und aR210 zueinander nicht entscheidend ist. Werden beide Reste in die gleiche Richtung verschoben, so daß ihre Position zueinander gleich bleibt, kommt es unabhängig von der Richtung immer zu einem kompletten Funktionsverlust. Weiterhin läßt sich aus meinen Daten folgern, daß die Position des Restes aR210 in der Mitte der Membran wichtig ist. Beim Verschieben des Restes auf die Position 206 (a-up) geht die gesamte Funktion des Fo-Teiles verloren, während das Verschieben auf die Position 214 (a-down) zu einem passiven Ausströmen der Protonen durch den Fo-Teil führt. Die Position des Restes cD61 in der Membran ist flexibler. Obwohl die Repositionierung des Aspartats auf die Position 57 (c-up) jegliche Funktionalität des Fo-Teiles beeinträchtigt, ermöglicht ein Verschieben auf die Position 65 (c-down) aktives und passives Protonenpumpen, sowie die Synthese von ATP.