Skript Mikrobenphysiologie-Praktikum 2012

10Versuch 2Diauxisches Wachstum von E. coli auf Glucose und LactoseNachweis der allosterischen Regulierbarkeit derGlucose-6-phosphat-Dehydrogenaseaus Pseudomonas syringae pv. phaseolicolaEinführungIn einer synthetischen Nährlösung befinden sich zwei unterschiedliche Kohlenstoff- undEnergiequellen (C/E-Quellen), die wachstumslimitierend sind. Ihre Verwertung kann auf zweierleiWeise erfolgen:1. Beide C/E-Quellen werden simultan abgebaut.2. Eine der C/E-Quellen wird bevorzugt oder ausschließlich vor der anderen verwertet.Wachstumskinetisch kann man diauxisches Wachstum folgendermaßen beschreiben:Der Wachstumsverlauf ist durch zwei exponentielle Phasen (log-Phase 1 und 2) gekennzeichnet, diedurch eine intermediäre lag-Phase voneinander getrennt sind. In der Regel ist die maximalespezifische Wachstumsrate in der log-Phase 1 (µ max1 ) größer als die in der log-Phase 2 (µ max 2 ).Für das diauxische Wachstum von E. coli auf dem C/E-Quellengemisch Glucose und Lactose ist C-Katabolitrepression verantwortlich:1. Die Enzyme für den Glucoseabbau sind in E. coli konstitutiv vorhanden; die Enzyme für denLactoseabbau (Permease, ß-Galactosidase und Transacetylase) sind jedoch induzierbar.2. Obwohl Lactose als physiologischer Induktor in der Nährlösung vorhanden ist, kommt es erstnach dem vollständigen Glucoseverbrauch zur Induktion, d.h. zur Transkription des Lactose-Operons.3. Den Strukturgenen des Lactoseoperons ist ein schwacher Promotor vorgeschaltet. Deshalb istauch bei Vorhandensein eines inaktiven Repressors nur dann eine Transkription möglich, wenngenügend cAMP-CAP-Komplex in der Zelle vorliegt (CAP = catabolite activation protein).Während des Wachstums auf Glucose ist jedoch der zelluläre cAMP-Spiegel gering, was dieAusbildung einer regulatorisch wirksamen cAMP-CAP-Komplexmenge verhindert.Bei allosterischen Enzymen kann die Bindung des Substrates an ein aktives Zentrum dieEigenschaften des anderen Zentrums im gleichen Enzymmolekül beeinflussen. Darüber hinausunterliegt die Aktivität von allosterischen Enzymen oft dem Einfluß regulatorisch wirkender Moleküle(Effektoren), die an anderen Stellen als dem aktiven Zentrum gebunden werden. Man spricht vonKooperativität zwischen den substratbindenden bzw. effektorbindenden Stellen am oligomerenEnzymmolekül.