JuSER - Forschungszentrum Jülich

Stand des Wissensorganische Säuren, zum Beispiel Acetat und Kohlenhydrate wie Glukose, Mannose undFruktose, als Substrat verwerten.GlukoseverwertungDie Aufnahme von Glukose und anderer Kohlenhydrate erfolgt in E. coli durch dasPhosphotransferase-System (PT-System) (Chen et al. 1997a; Chen et al. 1997b; Ferenci1996; Lengeler et al. 1999). Bei diesem System handelt es sich um eineGruppentranslokation. Die Glukosemoleküle werden während des aktiven Transportes in dieZelle über eine Phosphorylierungskaskade chemisch zu Glukose-6-Phosphat modifiziert. DieAffinität für die Aufnahme von Glukose kann bei dem Glukose-spezifischen PT-System einenK m -Wert 2 von 3 bis 10 µmol/l erreichen (Ferenci 1996; Postma et al. 1993). Des Weiterenkann Glukose auch über das Mannose-spezifische PT-System mit einem höheren K m -Wertvon 1 mmol/l aufgenommen werden (Ferenci 1996).Die Glukoseverwertung bei E. coli als fakultativ anaerober Mikroorganismus findet unteraeroben Bedingungen zu 70% über den Fructosebisphosphat-Weg (Glykolyse) und denTricarbonsäure-Zyklus (TCA-Zyklus) statt (Abb. 3.2) (Lengeler et al. 1999). Auf diesem Wegwerden ATP und Reduktionsäquivalente wie NADH 2 und FADH 2 und Zwischenprodukte wiePyruvat und PEP gebildet. Die Intermediate Pyruvat und PEP sind Vorstufen für vieleBiosynthesewege. Sowohl NADH 2 als auch FADH 2 können in der Atmungskette zur Bildungvon ATP verwendet werden. Die aerobe Veratmung von 1 Mol Glukose kann in E. coli zurBildung von bis zu 26 ATP führen (Schlegel 1992).Der Tricarbonsäure-Zyklus spielt eine wichtige Rolle in der Bereitstellung vielerAusgangsstoffe der Biosynthese. Die Reaktion von Pyruvat zu Acetyl-CoA und die Synthesemit Oxalacetat zu Citrat stellt eine Verbindung zwischen Glykolyse und TCA-Zyklus her(Abb. 3.2). Eine weitere Verbindung besteht über die anaplerotischen Reaktionen. DerEntzug von PEP kann durch die anaplerotischen Reaktionen ausgeglichen werden. DesWeiteren kann PEP durch die Phosphorylierung von Pyruvat zu PEP, katalysiert durch diePEP-Synthase (Pps), biosynthetisiert werden (Abb. 3.2).Ungefähr 30% der Glukose werden in E. coli unter aeroben Bedingungen über den Pentose-Phosphat-Weg (PP-Weg) verwertet (Abb. 3.2). Der Pentose-Phosphat-Weg stellt der Zelleeine Vielzahl von Intermediaten bereit. Ribose-5-Phosphat wird für die Nucleotidsyntheseund Erythrose-4-Phosphat für die Synthese von aromatischen Aminosäuren eingesetzt. Fürdie Synthese von Erythrose-4-Phosphat sind zwei enzymatische Reaktionen entscheidend.Durch die Transketolase (Tkt) wird ein C 2 -Fragment von Fructose-6-Phosphat aufTriosephosphat (Glyceral-3-Phosphat) übertragen (Abb. 3.2). Dadurch entstehen Xylulose-5-Phosphat und Erythrose-4-Phosphat. Unter der katalytischen Reaktion des EnzymsTransaldolase (Tal) dient Erythrose-4-Phosphat als Akzeptor für ein C 3 -Fragment. Donatordes C 3 -Fragments ist Fructose-6-Phosphat. Als Produkt entstehen Sedoheptulose-7-Phosphat und Glyceral-3-Phosphat. In einer weiteren Transketolasereaktion werden durchC 2 -Transfer von Sedoheptulose-7-Phosphat als Donor Ribose-5-Phosphat und Xylulose-5-Phosphat gebildet (Neidhardt 1996).2 K m -Wert – Michaelis Menten Konstante: beschreibt die Konzentration, bei der 50% der maximalenSubstrat-Transportrate erreicht wird8