Funktionelle Analyse von Proteinen der Gpr1/Fun34/yaaH ...

Einleitung
Stoffwechselwege gestört werden (Krebs et al., 1983). Ethanol gelangt ebenfalls durch passive
Diffusion in die Zelle, was aber im Gegensatz zu schwachen Säuren unabhängig vom
pH-Wert erfolgt. Schwache organische Säuren und Ethanol verändern in der Zelle verschiedene
Prozesse, wie den Ionen- und Nährstofftransport, die Proteinsynthese, die Morphogenese,
die Membranstruktur sowie die Fettsäure- und Phospholipidzusammensetzung der
Membran (Mishra, 1993; Sikkema et al., 1995). Dies führt in vielen Fällen zum Zelltod.
Schwache Säuren sind bei niedrigem pH-Wert antimikrobiell wirksam, dagegen wirkt Ethanol
unabhängig vom pH-Wert zelltoxisch. Aufgrund dieser Eigenschaften werden Ethanol und
verschiedene organische Säuren, wie Milch- und Essigsäure, seit langer Zeit zur Konservierung
von Lebensmitteln eingesetzt. Im Gegensatz zu den gut untersuchten intrazellulären
Prozessen, die durch Ethanol und organische Säuren ausgelöst werden, ist über die molekularen
Mechanismen zur Anpassung an diese Stressbedingungen nur wenig bekannt. Einige
Mikroorganismen können sich an höhere Konzentrationen von organischen Säuren und
Ethanol anpassen und diese als Kohlenstoff- und Energiequelle nutzen. Für das Wachstum
auf nicht fermentierbaren C-Quellen sind ein intakter Glyoxylatzyklus und die Gluconeogenese
notwendig. Weiterhin müssen sich die Mikroorganismen wirksam gegen die toxischen
Effekte der Substrate schützen. Dies kann u. a. durch kontrollierte Aufnahme oder aktive
Ausfuhr der toxischen Bestandteile erfolgen. Obwohl von der Existenz aktiver Transportsysteme
für die anionische Form von Acetat ausgegangen wird (Casal et al., 1996; Geros et al.,
2000), konnte bisher in keinem Organismus ein spezifisches Molekül für die intrazelluläre
Aufnahme dieses Anions isoliert und charakterisiert werden. In S. cerevisiae konnten allerdings
verschiedene Membranproteine, die für das Wachstum von Zellen unter schwachem
Säurestress wichtig sind, wie z. B. Hsp30p, Pdr12p (pleiotropic drug resistance) und Azr1p
(acetic acid and azole resistance), charakterisiert werden.
In Bakterien sind verschiedene Prozesse bekannt, die der Wirkung von schwachen Säuren
entgegenwirken. Ziel dieser Mechanismen ist die Aufrechterhaltung der Nährstoff- und Energieversorgung
sowie des cytoplasmatischen pH-Wertes. Weiterhin ist der Schutz von Proteinen
und der DNA notwendig. Vor allem gastrointestinale Mikroorganismen haben Mechanismen
entwickelt, um den extrem niedrigen pH-Wert von 1,5 im Magen zu überleben (Boot
et al., 2002). Allerdings wird dieser niedrige pH-Wert hauptsächlich durch Salzsäure verursacht.
Es muss zwischen der Stressantwort von Zellen allein auf starke Säuren und der Stressantwort
auf niedrigen pH-Wert im Zusammenspiel mit schwachen Säuren unterschieden werden.
Im Gegensatz zu starken Säuren (z. B. Salzsäure) liegen schwache Säuren bei niedrigem
pH-Wert in ihrer undissoziierten Form vor und gelangen durch passive Diffusion in die
Zelle.
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