Untersuchungen zum Mechanismus der Glutamatsekretion in$\textit{Corynebacterium glutamicum}$

Hoischen, C.

Book/Report

FZJ-2018-03358

Untersuchungen zum Mechanismus der Glutamatsekretion in$\textit{Corynebacterium glutamicum}$

Hoischen, C. (Corresponding author)FZJ*

1990
Forschungszentrum Jülich GmbH Zentralbibliothek, Verlag Jülich

Jülich : Forschungszentrum Jülich GmbH Zentralbibliothek, Verlag, Berichte des Forschungszentrums Jülich 2413, III, 130 p. (1990)

Please use a persistent id in citations: http://hdl.handle.net/2128/18822

Report No.: Juel-2413

Abstract: In der vorliegenden Arbeit wurden Untersuchungen zum Mechanismus der Glutamatsekretion unter Biotinlimitierung bei dem biotinauxotrophen Glutamatproduzenten Corynebacterium glutamicumn durchgeführt. Dabei kam der neuentwickelten Methode der Kurzzeitfermentation ein besonderer Stellenwert zu. 1) Die zwei in der Literatur für die Glutamatsekretion beschriebenen Modelle, Modell I ("leak") und Modell II ("Inversionscarrier") wurden auf ihre Gültigkeit für die Glutamatsekretion hin untersucht. Durch eingehende biochemische und bioenergetische Analyse des Sekretionsprozesses konnte Modell I eindeutig ausgeschlossen werden. Auch Modell II stellte sich als zumindest sehr unwahrscheinlich heraus. Die Ergebnisse sprachen für ein drittes bisher in der Literatur noch nicht vorgeschlagenes Modell, einen energieabhängigen, regulierten Sekretionscarrier. 2) Biotinlimitierte Glutamatproduzenten wiesen im Vergleich zu biotinsupplementierten Nichtproduzenten einen reduzierten Lipidgehalt und eine veränderte Lipidzusammensetzung auf. 3) In einem neuartigen experimentellen Ansatz wurden Produzenten durch Biotinaddition innerhalb eines sehr kurzen Zeitraums in der Glutamatsekretion gehemmt. Dabei wurden innerhalb der ersten Minuten nach dem Umschalten von hoher zu niedriger Sekretion Veränderungen in der Fettsäure- und der Phospholipidzusammensetzung und in der Sekretionsrate analysiert. 4) Es stellte sich heraus, daß die mit der Biotinaddition einhergehenden Veränderungen in Zusammensetzung und Gehalt der Phospholipide und Fettsäuren zeitlich nicht mit der schnellen Sekretionshemmungeinhergingen. Es wurden weder eine spezifische Fettsäure noch ein spezifisches Phospholipid gefunden, die die Sekretion regulieren könnten. Eine effiziente Glutamatsekretion trat nur dann auf, wenn der Lipidgehalt der Zellen reduziert war. Obgleich Membranveränderungen für eine hohe Sekretionsaktivität eine notwendige Voraussetzung darstellen, reichen sie allein nicht aus, um einen effizienten Export herbeizuführen. 5) Die für die Glutamatsekretion am ehesten als Triebkräfte erwarteten energetischen Parameter, das Membranpotential und der Glutamatkonzentrationsgradient (int > ext), konnten als Triebkräfte ausgeschlossen werden, da die Zellen auch bei gleichzeitigem Ausschalten beider Parameter mit unverändert hoher Rate Glutamat sezernierten. 6) Die effiziente Glutamatsekretion korrelierte im Verlauf einer Vielzahl unterschiedlicher Experimente einzig und allein mit der Adeninnukleotidzusammensetzung der Zellen. Produzenten besaßengegenüber Nichtproduzenten einen stark erhöhten ATP-Gehalt. Das Verhältnis ATP/ADP und die energy charge wiesen bei Produzenten ebenfalls wesentlich höhere Werte auf. Durch Absenkung des ATPGehalts, bzw. des Verhältnisses ATP/ADP und der energy charge sank unter allen getesteten Bedingungen zeitgleich die Sekretionsrate. 7) Ein Modell für den Mechanismus der carrierkatalysierten Glutamatsekretion, das die notwendigen Veränderungen in der Cytoplasmamembramund die Veränderungen in der Adeninnukleotidzusammensetzung mit einbezieht, wurde konzipiert und diskutiert.

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