Zuckerstoffwechsel in dem hyperthermophilen Sulfat-reduzierenden Archaeon Archaeoglobus fulgidus
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Es wurde gefunden, dass Archaeoglobus fulgidus Stamm 7324 mit Stärke und Sulfat wachsen kann wobei die Stärke unvollständig zu Acetat und CO2 oxidiert wird. Dies ist der erste Nachweis der Verwertung eines polymeren Zucker durch einen Sulfatreduzierer. Der Weg der Stärkeumsetzung zu Acetat wurde untersucht durch Enzymmessungen in Zellextrakten sowie der Reinigung und Charakterisierung von Schlüsselenzymen. Der Abbau der Stärke zu Glucose-6-phosphat erfolgte über einen ungewöhnlichen Weg mit Cylodextrinen als Intermediaten. Ein ähnlicher Weg des Stärkeabbaus über Cyclodextrine wurde bisher nur in Klebsiella oxyloca und in dem Thermococcus Stamm BlOOl beschrieben. Die beteiligten Enzyme, Cyclodextrin Glucanotransferase (CGTase), Cyclodextrinase, Maitodextrin Phosphorylase und Phosphoglucose Mutase, wurden gereinigt und charakterisiert. N-terminale Aminosäure Sequenzen der Enzyme und die vollständige CGTase Sequenz zeigen große Ähnlichkeit zu homologen Proteinen aus Thermococcus Spezies. Für den Abbau von Glucose/Glueose-6-phosphat zu Pyruvat wurden alie Enzyme eines modifizierten Embden-Meyerhof-Weg nachgewiesen, wie er in ähnlicher Form bisher bei den hyperthermophilen Euryarchaea Pyrococcus furiosus und Thermococcus Spezies beschrieben war. Einige Schlüsselenzyme des Weges, ADP-abhängige Glucokinase, ADP-abhängige Phosphofhictokinase imd Pyruvat Kinase wurden gereinigt und charakterisiert. Molekulare und katalytische Eigenschaften sowie N-terminale Aminosäuresequenzen zeigten große Ähnlichkeiten zu homologen Enzymen aus Thermococcus Spezies. Die Umsetzung von Pyruvat zu Acetat erfolgte über eine Pyruvat Ferredoxin Oxidoreduktase und eine ADP bildenden Acetyl-CoA Synthetase. In dem vollständig sequenzierten Archaeoglobus fulgidus Typ Stamm VC 16 wurden keine homologen Gene gefunden, die fur Enzyme des Stärkeabbaus und des modifizierten Embden- Meyerhof Weges kodieren. In Übereinstimmung mit diesem Befund konnten auch keine entsprechenden Enzymaktivitäten in A. fulgidus VC 16 sowie kein Wachstum auf Zuckern nachgewiesen werden. Aufgrund der Ähnlichkeiten der Enzyme des Stärkeabbaus mit homologen Enzymen aus Thermococcus Spezies, insbesondere von T. liioralis, kann spekuliert werden, dass A. fulgidus Stamm 7324 durch lateralen Transfer Gene des Stärkeabbaus von Thermococcus Spezies aufgenommen hat. Alternative könnte der Typ Stamm A. fulgidus VC 16 diese entsprechenden Gene verloren haben.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2001) Sugar utilization in the hyperthermophilic, sulfate-reducing archaeon Archaeoglobus fulgidus strain 7324: starch degradation to acetate and CO2 via a modified Embden-Meyerhof pathway and acetyl-CoA synthetase (ADP-forming). Arch. Microbiol. 176: 329-338
Labes, A., Schönheit, P.
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(2003) ADP-dependent glucokinase from the hyperthermophilic sulfate-reducing archaeon Archaeoglobus fulgidus strain 7324. Arch. Microbiol. 180:69-75
Labes, A., Schönheit, P.
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(2003) Comparative analysis of pyruvate kinases from the hyperthermophilic archaea Archaeoglobus fulgidus, Aeropyrum pernix, Pyrobaculum aerophilum and the hyperthermophilic bacterium Thermotoga maritima: Unusual regulatory properties in hyperthermophilic archaea. J. Biol. Chem. 278:25417-25427
Johnsen, U., Hansen, T., Schönheit, P.
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(2004) ADP-dependent 6-phosphofructokinase, an extremely thermophilic non allosteric enzyme, from the hyperthermophilic sulfate-reducing archaeon Archaeoglobus fulgidus strain 7324. Extremophiles 8: 29-35
Hansen, T., Schönheit, P.
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(2007) Unusual starch degradation pathway via cyclodextrins in the hyperthermophilic sulfate-reducing archaeon Archaeoglobus fulgidus strain 7324. J. Bacteriol. 189: 8901-8913
Labes, A., Schönheit, P.
