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

1 Einleitung
1.1 Stressantwort von Mikroorganismen
Einleitung
Zellen haben die Fähigkeit auf Veränderungen von Umweltbedingungen, die physikalischen
oder chemischen Ursprungs sein können, zu reagieren. Es handelt sich hierbei um Faktoren
wie Temperatur, Druck, Strahlung, Salzkonzentration, Wassergehalt, Ionen, toxische chemische
Wirkstoffe, pH-Wert und Verfügbarkeit von Nährstoffen. Die spezifischen Reaktionen
erfordern ein komplexes Netzwerk an Signaltransduktionen. Die Adaptation an diese Bedingungen
durch Anpassung der Genexpression und des Zellmetabolismus gewährleistet
Wachstum und Vermehrung der Zellen.
1.1.1 Nährstoffmangel
Nährstoffmangel führt in Hefezellen, in Abhängigkeit von der jeweils fehlenden Nährstoffkomponente,
zur Veränderung und Anpassung des zellulären Metabolismus an die neuen
Bedingungen.
Saccharomyces cerevisiae gehört zu den fakultativ anaeroben Hefen. Eine Besonderheit von
S. cerevisiae ist, dass sie unter aeroben und anaeroben Bedingungen Hexose-Zucker (z. B.
Glucose, Fructose) vergären kann. Nicht vergärbare Substrate, wie z. B. Ethanol, Lactat oder
Acetat, werden im oxidativen Metabolismus verwertet. Wächst S. cerevisiae als Batchkultur
in Medium mit Glucose als C-Quelle, so kann das Wachstum in verschiedene Phasen unterteilt
werden. Die erste Phase ist durch schnelles Wachstum charakterisiert, Glucose wird
vergärt und gleichzeitig werden die für oxidativen Metabolismus notwendigen Gene reprimiert.
Nach dem Glucoseverbrauch kommt es zum diauxischen Shift, d. h. die Hefezelle
stellt ihren Stoffwechsel auf die aerobe Verwertung von Ethanol um. Dieser Prozess hat eine
kurze lag-Phase zur Folge. Während des diauxischen Shifts werden die durch Glucose reprimierten
Gene dereprimiert und die Kultur adaptiert ihren Metabolismus an die Verwertung
von Ethanol und anderen Nebenprodukten der Gärung (z. B. Glycerin, Acetat) (Francois et
al., 1987; Blanco et al., 2004). Die Derepression von Genen, die für die Verwertung von
Ethanol benötigt werden, beginnt bereits bevor die Glucose vollständig verbraucht ist
(Moehle and Jones, 1990). Das Wachstum in der dritten, der post-diauxischen Phase, ist
wesentlich langsamer und endet mit dem Verbrauch des zur Verfügung stehenden Ethanols,
Glycerins und Acetats. Danach geht die Kultur in die stationäre Phase über. S. cerevisiae
bevorzugt die Verwertung vergärbarer Zucker, insbesondere Glucose. Auch bei einem
Wachstum auf Mischmedien mit Glucose und Fructose oder Mannose als C-Quellen wird
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