Strukturelle und funktionelle Charakterisierung zweier glycolytischer Enzyme des hyperthermophilen Archaeums Thermoproteus tenax

Priv.-Doz. Dr. rer. nat. Schramm, Alexander

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Hauptziel dieser Arbeit war es, die strukturellen und funktionellen Eigenschaften der Triosephosphat-Isomerase (TIM) und der Pyruvat-Kinase (PK) des hyperthermophilen Archaeums T. tenax zu charakterisieren und damit einen Beitrag zur Aufklärung der Regulation des Embden-Meyerhof-Parnas-Weges (EMP-Weg) in diesem Organismus zu leisten. Auf der Basis der Struktur- und Funktionsdaten sollte auch eine Analyse thermoadaptiver Merkmale sowie phylogenetischer Studien durchgeführt werden. Im ersten Teil der Arbeit wurde das TIM-kodierende tpi-Gen aus T. tenax kloniert und sequenziert. Zu vergleichende Untersuchungen wurde die TIM von T. tenax ebenso wie die TIMs des mesophilen Methanogenen M. bryantii und des hyperthermophilen Methanogenen M. fervidus in E. coli experimentiert. Das tpi-Gen von T. tenax ist mit dem Aconitase-Gen assoziiert und wird nach preliminären Untersuchungen möglicherweise mit diesem kotranskribiert. Dabei liegt die Kopienzahl der Transkripte unter heterotrophen Wachstumsbedingungen deutlich höher als unter autotrophen und spricht für die Regulation auf Transkriptebene. Die TIM von T. tenax liegt nach den vorliegenden Untersuchungen ebenso wie die TIMs der hyperthermophilen Euryarchaeota M. fervidus und p. woesei als Tetramer vor. Im Gegensatz dazu sind alle bekannten TIMs aus Eucarya und Bacteria sowie die TIM von M. bryantii Dimere. Dies bestätigt einen Trend zur Bildung höherer Aggredationsformen, der inzwischen auch bei anderen Enzymen aus hyperthermophilen Organismen vorgefunden wurde und unter dem Aspekt der Thermoadaption interpretiert wird. Der zweite Teil der Arbeit setzt sich mit der strukturellen und funktionellen Charakterisierung der PK auseinander. Das PK-kodierende pyk-Gen liegt isoliert im Genom von T.tenax und wird als monocistronische mRNS abgelesen. Die pyk-Transkriptmenge liegt in heterotrophen Zellen höher als in autotrophen Zellen und korreliert mit der PK-Aktivität in Zellen, die unter den entsprechenden trophischen Bedingungen angezogen wurden. Neben dieser Regulation auf Transkriptebene liegt eine Regulationsmöglichkeit auf Proteinebene vor: Das Enzym weist eine positive Bindungskooperativität für das Substrat Phosphoenolpyruvat sowie Mg 2+- bzw. Mn 2+-Ionen auf. Die Ergebnisse deuten daraufhin, dass die PK neben der nicht-phosphorylierenden GAPDH einen wichtigen Kontrollpunkt im EMP-Weg von T. tenax darstellt, über den der Organismus in die Lage versetzt wird, den Kohlenstofflux durch den Abbauweg kurzfristig (auf Proteinebene) und langfristig (durch genetische Regulation) zu ändern. Die phylogenetische Analyse zeigt, dass sich im Verlauf der Evolution zwei Großgruppen von PKs (PK I und PK II) gebildet haben. Die PKs der Eucarya, einige Enzyme von gram-positiven und gram-negativen Bacteria gehören zu der Großgruppe PK I, während die andere Gruppe (PK II) einen Großteil der gram-negativen Bacteria, Myco- und Corynebacteria, plastidäre Enzyme sowie die Archaea als monophyletische Gruppe umfaßt. Die Topologie des Baums legt nahe, dass die eucaryalen PKs von einem proteobacterialen Vorläuferenzym abstammen.
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Dokumententyp:
Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Fakultät / Institut:
Fakultät für Biologie » Mikrobiologie
Dewey Dezimal-Klassifikation:
500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Stichwörter:
Archaea, Thermoproteus, Thermostabilität, Glykose
Sprache:
Deutsch
Kollektion / Status:
Dissertationen / Dokument veröffentlicht
Datum der Promotion:
28.04.1999
Dokument erstellt am:
28.04.1999
Promotionsantrag am:
12.11.1999
Dateien geändert am:
28.04.1999
Medientyp:
Text