Online Publikation - im ZESS - Universität Siegen

EXPERIMENTELLE GRUNDLAGEN 15
da hier die Co-Metabolite und Effektoren nicht eingezeichnet sind. Rot hervorgehoben
sind zwei wichtige Reaktionswege, die Glykolyse und der Zitronensäurezyklus, die
Teil des Zentralstoffwechsels sind. Andere Reaktionswege münden entweder in den
Zentralstoffwechsel, um beispielsweise benötigte Metabolite zu liefern, oder entsprin-
gen von ihnen für die Biosynthese.
Obwohl durch diesen Ansatz viel über die Organisation des Stoffwechsels heraus-
gefunden werden konnte, ist nach wie vor unklar, ob sich die einzelnen Bestandteile
im Reagenzglas (in-vitro) - gereinigt und isoliert von allen anderen - anders als in der
lebenden Zelle verhalten (in-vivo, Abb. 2.2). Die wichtigsten Gründe dafür sind:
• Viele Substanzen, die durch die Reinigung entfernt wurden, hatten vielleicht
doch eine Einwirkung auf das Enzym.
• In Abb. 2.1 kann man sehen, dass vom Metabolit Pyruvat aus viele Linien abge-
hen. Das bedeutet, dass hier viele Enzyme um das Pyruvat als Substrat konkur-
rieren. In-vitro waren sie jedoch getrennt voneinander und man beobachtete das
Verhalten ohne die Konkurrenz.
• Die Enzymkonzentrationen in-vivo sind wesentlich höher als bei in-vitro Experi-
menten.
• Selbst nach Jahrzehnten der Enzymforschung sind noch immer nicht alle Funk-
tionsweisen der Enzyme im Zentralstoffwechsel entdeckt [Wiechert, 2002], was
zur Folge hat, dass die Aufzeichnungen im Reaktionsnetzwerk (Abb. 2.1) unvoll-
ständig sind.
2.2. E. coli und C. glutamicum als Modellorganismen
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Wie das in 1.3 vorgestellte C. glutamicum, ist auch E. coli erfolgreich im Einsatz in in-
dustriellen Produktionsprozessen und wird beispielsweise zur Herstellung von Insu-
lin, Penicillin Acylase, Tryptophan oder Ethanol verwendet. Wie C. glutamicum gehört
es zu der Klasse der Prokaryonten, die im Gegensatz zu den Eukaryonten einfacher
aufgebaut und kleiner als 1 µm sind.
Unter den E. coli Bakterien gibt es pathogene Stämme, die Infektionen in Darm,
Blase, Lunge und Nervensystem hervorrufen können [Blattner et al., 1997]. Andere
Stämme sind aber als Darmbakterium wichtige Helfer im Körper von Mensch und
Tier. E. coli ist in der Lage außerhalb seines natürlichen Umfeldes zu überleben, mit
einer Vielzahl von chemischen Umgebungsbedingungen fertig zu werden und sich
trotzdem rasch zu vermehren. Im Labor ist das Kultivieren von E.coli-Stämmen nicht