BScmikrobifiziologia.pdf - Biomérnöki Tanszék - Debreceni Egyetem

A glikolízist katalizáló enzimek termodinamikailag meghatározott irányban működve, szabályozás nélkül –önfenntartó módon – a hexózból két molekula piroszőlősavat hoznak létre. — Közben a glükóz felvételéhez és aF-1,6-biszfoszfát képződéséhez szűkséges ATP szubsztrátszintű foszforilezéssel készülhet a Gs-1,3-biszfoszfátglicerinsav-3 foszfáttá alakulásakor, illetve a foszfoenolpiruvátból való piroszőlősav képződés közben.A folyamat szempotjából kritikus pontot jelent a glicerinaldehid-3-foszfát-dehidrogenáz kofaktorellátottsága. A NAD + hiány ugyanis áttételesen a citromsavképződést csökkentheti. A citokróm rendszerműködése (a terminális oxidáció) az ATP szint emelésével jár, ami viszont a fruktóz-1,6-biszfoszfát képződésétalloszterikusan gátolná. Megoldást jelent az alternatív oxidáz működése (lásd később), amely ATP képződésnélkül vezeti át az elektront az oxigénre, miközben az energia hő formájában szabadul fel, ami a rendszerhűtésével távolítandó el.A reakciósor másik jól szabályozott pontja az eukariota sejtekben az acetil-CoA-t szolgáltatótiaminpirofoszfátot igénylő enzimkomplex a piroszőlősav-dehidrogenáz. Az enzim működését a vad törzsekbengátolja az ATP és a citrát, de növeli az aktivitását a F-1,6-P 2 , valamint néhány egy-, illetve kétértékű ion (K + ,NH 3 , Mg 2+ , Mn 2+ ). — Az Aspergillus niger törzsekből kinyert piruvát-dehidrogenáz készítményekben a citrátalloszterikus szabályozó szerepét nem csak a citromsavat termelő mutánsból, de néhány citromsavtermelésrealkalmatlan vad törzsből készült enzimkészítményben sem sikerült kimutatni, viszont a F-1,6-P 2 aktiváló hatásaminden enzimkészítménynél jelentkezett.A fentiek ismeretében nem meglepő, hogy az Aspergillus-ok közül került ki a citromsavtermelésrealkalmas mutáns, mert a képződő citromsav csupán egy ponton, a fruktóz-6-foszfát-1-kináz alloszterikusszabályozásánál fejthet ki gátló hatást. Ennek a szabályozási pontnak a kikapcsolásával, klasszikus genetikaimódszerek alkalmazásával létrehozható a citromsavat túltermelő mutáns.A citromsav képződését oxálecetsavból acetil-CoA felhasználásával a mitokondriumban működő citrátszintetáz katalizálja. Ezt az enzimet vad és mutáns Aspergillus törzsekből izolálták, tisztították és igen alaposanmegvizsgálták, különös tekintettel a szabályozottságára. Ezek a munkák, csak a CoA-SH szabályozó szerepétigazolták, ami élettanilag várható is volt, hiszen az acetil-CoA elszívása más esszenciális bioszintetikusfolyamatok leállásához vezetne. A piroszőlősav-dehidrogenáz komplex zavartalanul biztosítja a citrát szintetázműködése közben felszabaduló CoA-SH feltöltését. Az eddig megbeszélt enzimrendszer a citromsavtermelésszakaszában (idio-fázis) szinte teljes mértékben - a micélium növekedése nélkül - a citrát képződést szolgálja.A citromsavképződéshez nélkülözhetetlen acetil-CoA a mitokondriumban jön létre a tiaminpirofoszfátotigénylő piroszőlősav-dehidrogenáz komplex által. Képződését a sejten belüli ATP szint szabályozza.Piruvát + CoA-SH + NAD + acetil-CoA + CO 2 + NADH + H +A reakció a szabadenergia csökkenés (G o =−33,5 kJ) miatt gyakorlatilag irreverzibilis.Az oxálecetsav képződését az Aspergillus-okban a konstitutív piruvát-karboxiláz katalizáljapiroszőlősavból és szén-dioxidból egy ATP energiatartalmát hasznosítva.Piruvát + CO 2 + ATP oxál-acetát + ADP + PA szabadenergia változás csekély volta miatt (2,1 kJ) a reakció reverzibilis. Az enzim működését másmikroorganizmusokban a feldúsuló acetil-CoA kapcsolja be.A foszfoenolpiroszőlősav —> oxálecetsav átalakulást katalizáló foszfoenolpiruvát-karboxi-kinázjelenlétét is sikerült bizonyítani (Bloom S. J., Johnson M. J. 1962 J. Biol. Chem. 237:2718). Az enzim ADPjelenlétében szén-dioxid felvételét segíti elő.foszfoenol-piruvát + CO 2 + ADP oxál-acetát + ATPA citoplazmában működő malát dehidrogenáz a NADH jelentős részét visszaoxidálja, a képződőalmasav pedig koszubsztrátumként a mátrixban képződő citrát transzportját segíti elő a mitokondriumból acitoplazmába..oxál-acetát + NADH malát + NAD +291