m i t Escherichia coli - Forschungszentrum Jülich

3 Stand des Wissens
Periplasma
Glucose
EIIC Glc
P
EIIB Glc
Cytoplasmamembran
Glucose-6-Phosphat
EIIA Glc
P
Hpr
Cytoplasma
P~Hpr EI
P~EI
PEP
Pyruvat
Abb. 3.1: Glucoseaufnahme in E. coli über das Phosphotransferase-System; P weist auf
die Phosphorylierung der Enzyme EI, HPr, EIIA und EIIB hin
übertragen und von dort an EIIB Glc . Über die membranständige Domäne EIIC Glc ,
die einen Transportkanal ausbildet, wird die Glucose in die Zelle aufgenommen. Die
Phosphatgruppe wird auf die Glucose übertragen und Glucose-6-Phosphat wird in das
Zellinnere entlassen [Postma u. a. 1993], [Lengeler u. a. 1999].
Neben dem PT-System für Glucose existieren in der Zelle verschiedene weitere PT-
Systeme für andere Zucker, beispielsweise Fructose und Mannose, die jeweils eine hohe Substratspezifität
haben. Glucose wird mit hoher Affinität über das Glucose-spezifische PT-
System transportiert (Km=3-10 µmol/l 1 ) [Postma u. a. 1993]. Ein Zucker kann über verschiedene
PT-Systeme mit unterschiedlicher Affinität aufgenommen werden. Bei höheren
Glucosekonzentrationen kann der Transport z.B. über das Mannose-spezifische PT-System
erfolgen. Die Affinität dieses Systems für Glucose ist deutlich geringer (Km ≈1 mmol/l)
[Ferenci 1996]. Bei externen Glucosekonzentrationen unter 1 mmol/l wird Glucose zusätzlich
über das Mgl-System, ein ATP-getriebenes System, aufgenommen [Ferenci 1999].
Glucoseaufnahme über ein heterologes System aus Zymomonas mobilis
Zymomonas mobilis ist ein Gram-negatives, anaerobes, aber aerotolerantes Bakterium,
das an der Fermentation zuckerhaltiger Pflanzensäfte beteiligt ist. Z. mobilis wächst auf
Glucose, Fructose oder Saccharose und hat eine hohe Zucker- und Ethanoltoleranz. Es
wächst noch bei Glucosekonzentrationen von bis zu 40 % (v/v) [Swings und DeLey 1977],
[Weuster-Botz 1991]. Die Zucker werden über den Entner-Doudoroff-Weg (2-Keto-3-
Desoxy-6-Phosphogluconat-Weg) zu Pyruvat und weiter zu Ethanol und Kohlendioxid
abgebaut [Sahm u. a. 1992]. Der Entner-Doudoroff-Weg liefert nur je ein Mol ATP,
NADH2 und NADPH2 pro Mol umgesetztes Monosaccharid [Schlegel 1992].
Die Glucoseaufnahme erfolgt in Z. mobilis mittels erleichterter Diffusion (Uniport) über
den Glucose-Facilitator, ein Membranprotein. Dieser Carrier-vermittelte Transport ist unabhängig
von weiteren Soluten und dem Energiezustand der Zelle. Eine interne Akkumulation
von Substrat ist nicht möglich. Die Substrataufnahme wird durch den Substratgradienten
angetrieben. Während die Transportrate dieses Systems hoch ist, ist die Affinität
8
1 Die Michaelis-Menten-Konstante Km gibt die Konzentration bei halbmaximaler Transportrate an und
charakterisiert damit die Affinität des Systems für das Substrat.