Wolfgang Lubitz (* 1949) ist ein deutscher Chemiker und Biophysiker . Er ist derzeit emeritierter Direktor am Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion . Bekannt ist er für seine Arbeiten zu bakteriellen photosynthetischen Reaktionszentren [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] , Hydrogenase- Enzymen [ 4 ] und dem Sauerstoff-entwickelnden Komplex [ 5 ] [ 6 ] , für die er verschiedene biophysikalische Methoden einsetzte. Seine Beiträge zur Elektronenspinresonanz (ESR) und deren Anwendung in chemischen und biologischen Systemen wurden mit einer Festschrift gewürdigt. [ 7 ]

Bildung und Karriere

Er studierte von 1969 bis 1974 Chemie an der Freien Universität Berlin und promovierte dort bis 1977. Von 1977 bis 1982 habilitierte er sich in Organischer Chemie an der Freien Universität Berlin mit dem Schwerpunkt Elektronenspinresonanz (ESR) und Doppelresonanzmethoden wie ENDOR /TRIPLE. Von 1979 bis 1989 war er als Assistenzprofessor und später als außerordentlicher Professor am Fachbereich Chemie der Freien Universität Berlin tätig. Von 1983 bis 1984 forschte er als Max-Kade-Stipendiat am Fachbereich Physik der UC San Diego bei George Feher zu ESR und ENDOR in der Photosynthese . 1989 wurde er außerordentlicher Professor für Experimentalphysik an der Universität Stuttgart . 1991 kehrte er als ordentlicher Professor und Lehrstuhlinhaber für Physikalische Chemie an das Max-Volmer-Institut der Technischen Universität Berlin zurück . Er blieb bis 2000, als er Wissenschaftliches Mitglied der Max-Planck-Gesellschaft und Direktor des Max-Planck-Instituts für Strahlenchemie (2003 umbenannt in Max-Planck-Institut für Bioanorganische Chemie und 2012 in Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion ) in Mülheim an der Ruhr , Nordrhein-Westfalen , wurde. Im selben Jahr wurde er Honorarprofessor der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf . Von 2004 bis 2012 war er Geschäftsführender Direktor des Max-Planck-Instituts und ist derzeit emeritierter Direktor des Max-Planck - Instituts für Chemische Energiekonversion . [ 8 ] Seit 2004 ist er Mitglied des Beirats der Lindauer Nobelpreisträgertagungen und seit 2015 dessen Vizepräsident. [ 9 ]

Forschung

Seine Forschungsschwerpunkte liegen auf den Elementarprozessen der Photosynthese und katalytischen Metallzentren in Metalloproteinen . Er ist Experte für die Anwendung der EPR-Spektroskopie und quantenchemischer Berechnungen. Er hat über 500 Publikationen mit mehr als 25.000 Zitierungen veröffentlicht. [ 10 ]

EPR-Spektroskopie

Im Laufe seiner Karriere spielte die EPR-Spektroskopie eine wichtige Rolle als biophysikalische Methode zur Untersuchung von Radikalen, Radikalpaaren, Triplettzuständen und Metallzentren in Chemie und Biochemie. [ 1 ] [ 11 ] [ 5 ] Besonderes Augenmerk lag dabei auf Methoden, die die Hyperfeinkopplung zwischen Elektronenspin und Kernspin auflösen können . Neben den etablierten Techniken der Elektronenspin-Echo-Modulation (ESEEM) und der Elektron-Kern-Doppelresonanz (ENDOR) entwickelte und nutzte seine Arbeitsgruppe die Elektron-Elektron-Doppelresonanz-detektierte NMR (EDNMR) in einem breiten Mikrowellenfrequenzbereich. [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] Diese Techniken wurden von ihm und seiner Arbeitsgruppe zur umfassenden Untersuchung bakterieller photosynthetischer Reaktionszentren , ihrer Donor-Akzeptor-Modellkomplexe, des Photosystems I , des Photosystems II [ 1 ] [ 5 ] sowie verschiedener Hydrogenasen eingesetzt. [ 11 ] [ 4 ]

Sauerstoffentwickelnder Komplex

In seiner frühen Karriere konzentrierte er sich hauptsächlich auf bakterielle photosynthetische Reaktionszentren sowie auf oxygenische Photosysteme I und II [ 1 ] . Er und seine Arbeitsgruppe untersuchten lichtinduzierte Chlorophyll- Donor- [ 2 ] und Chinon-Akzeptor-Radikalionen [ 3 ] der primären Elektronentransferkette. Später fokussierte sich seine Forschung auf den Wasserspaltungszyklus (S-Zustände) von Photosystem II mithilfe fortschrittlicher Multifrequenz-Puls-EPR-, ENDOR- und EDNMR-Techniken. Seiner Gruppe gelang es, die blitzinduzierten, durch Gefrieren fixierten paramagnetischen Zustände S <sub>0</sub> , S<sub> 2</sub> und S <sub> 3</sub> (S <sub>1</sub> ist diamagnetisch und S <sub>4 </sub> ein transienter Zustand) des katalytischen Clusters Mn<sub> 4 </sub> Ca<sub> 1</sub> O <sub> x </sub> nachzuweisen und zu charakterisieren . Durch sorgfältige Spektralanalyse – unterstützt durch quantenchemische Berechnungen – konnten die Oxidations- und Spinzustände aller Mn- Ionen sowie deren Spinkopplung für alle Zwischenprodukte des katalytischen Zyklus bestimmt werden. [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] Weiterführende Arbeiten mit fortgeschrittenen Puls-EPR-Techniken, wie z. B. EDNMR, haben zu Erkenntnissen über die Wasserbindung [ 18 ] und einem Vorschlag für eine effiziente OO-Bindungsbildung im Endzustand des Zyklus geführt. [ 15 ] [ 6 ]

[NiFe]- und [FeFe]-Hydrogenase

Es wurden umfangreiche Arbeiten zur [NiFe]-Hydrogenase durchgeführt , in denen die magnetischen Tensoren gemessen und mit quantenchemischen Berechnungen in Zusammenhang gebracht wurden. [ 11 ] [ 4 ] Durch diese Arbeiten wurden die Strukturen aller Zwischenprodukte im Aktivierungsweg und im katalytischen Zyklus der [NiFe]-Hydrogenasen aufgeklärt. Im Zuge dieser Arbeiten wurde ein Röntgenkristallographie- Beugungsmodell der [NiFe]-Hydrogenase mit einer Auflösung von 0,89 Ångström erstellt. [ 19 ]

Similar work has been accomplished for the [FeFe]-hydrogenases.[4] A key contribution of his research was the EPR spectroscopic evidence of an azapropane-dithiolate-ligand (ADT-ligand) in the dithiol bridge of the [FeFe]-hydrogenase active site [20] and the determination of the magnitude and orientation of the g-tensor using single crystal EPR.[21] The ADT-ligand was later confirmed by artificial maturation of [FeFe]-hydrogenases.[22] Using artificial maturation, the protein could be generated without the co-factor (apoprotein) using E. coli mutagenesis and a synthetically created active site could be inserted,[22][23][24] which has opened new vistas in hydrogenase research.[25]

Awards and recognition

  • Otto-Klung-Preis für Chemie, FU Berlin (1978)
  • Max-Kade-Fellowship, New York (1983)
  • International Zavoisky Award, Russian and Tatarstan Academy of Sciences, Kazan, Russia (2002)
  • Bruker Prize, Royal Society of Chemistry, ESR group, U.K. (2003)
  • Fellow of the Royal Society of Chemistry. U.K. (2004)
  • Gold Medal of the International EPR Society (2005)
  • Honorary doctorate Dr. h. c., Uppsala University, Sweden (2008)
  • Fellow of ISMAR (International Society of Magnetic Resonance) (2010)
  • Foreign Member of the Academy of Sciences of the Republic of Tatarstan (2012)
  • Honorary doctorate, Dr. h.c., Université d'Aix-Marseille, France (2014)
  • Robert Bunsen Vorlesung, Deutsche Bunsen-Gesellschaft für Physikalische Chemie e.V. (2017)
  • Fellow of the International EPR Society (2017)

References

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