Mechanisms of proton translocation in Methanosarcina mazei Gö1

Die Umsetzung von Methanol und Wasserstoff plus Kohlendioxid im Zuge der Methanogenese ist an den Aufbau eines elektrochemischen Ionenpotentials über die Cytoplasmamembran gekoppelt. Dieser Ionengradient dient der ATP-Bildung aus ADP und Pi durch ATP Synthasen.In dieser Arbeit konnten drei unterschiedliche protonentranslozierende Enzymsysteme des methanogenen Archaeons Methanosarcina mazei Gö1 analysiert werden: Die F420H2:Heterodisulfid-Oxidoreduktase, die H2:Heterodisulfid-Oxidoreduktase sowie eine protonentranslozierende Pyrophosphatase.Es konnte gezeigt werden, dass 2-Hydroxyphenazin den Elektronentransport zwischen den Schlüsselenzymen der H2:Heterodisulfid-Oxidoreduktase und der F420H2:Heterodisulfid Oxidoreduktase vermitteln konnte. Dieser Elektronenüberträger ist ein wasserlösliches Analogon des physiologischen Cofaktors Methanophenazin. Versuche mit invertierten Membranvesikeln des Organismus bewiesen, dass der Elektronentransport an eine Translokation von Protonen über die Cytoplasmamembran gekoppelt ist. Das maximale Verhältnis von Protonen zu Elektronen war dabei 4:0 für jede der beiden Elektronentransportketten. Der so aufgebaute Protonengradient diente zur ATP Regeneration aus ADP und Pi durch ATP Synthasen.Es wurde nachgewiesen, dass die untersuchten Phenazin-abhängigen Reaktionen duch Diphenylen Idodonium chlorid (DPI) spezifisch gehemmt werden konnten. Verschieden Experimente führten zu der Hypothese, dass DPI duch seine strukturelle Ähnlichkeit zum Phenazin-Grundgerüst als kompetitiver Hemmstoff wirkte.Die Sequenzdatenanalyse des Ms. mazei Gö1 Genomprojektes ergab unter anderem die Existenz eines 12 Gene umfassenden Genclusters fpo (für F420H2:Phenazin Oxidoreduktase). Es zeigte sich, dass die Gene in einem Operon organisiert sind. Elf dieser ORFs zeigen Homologien zur bakteriellen NDH-1 sowie zum mitochondriellen Komplex I (NADH:Ubichinon Oxidoreduktase) der Atmungskette. Dabei existierte in Ms. mazei kein NADH-Dehydrogenase-Modul, anstatt dessen wurde mit der F420H2 Dehydrogenase ein Polypeptid FpoF mitaufgereinigt, dass Ähnlichkeiten zu archaeellen F420-abhängigen Hydrogenasen zeigte. Dieses Ergebnis legte den Schluss nahe, das dieses FpoF Protein der Dehydrogenase als alternatives Input Modul zur Anpassung an den zentralen Elektronencarrier F420 dient. Dabei wurde das korrespondierende Gen fpoF nicht als Bestandteil des Operons identifiziert, sondern es stellte sich heraus, dass es auf einem anderen Teil des Chromosoms lokalisiert ist.Es wurde weiterhin über die Struktur und Synthese von Methanophenazin berichtet. Es konnte nachgewiesen werden, dass dieser Cofaktor den Elektronetransport zwischen den Schlüsselenzymen der obengenannten Elektronentransportketten von Ms. mazei vermittelt. Es zeigte sich, dass diese Substanz nicht nur das erste Phenazinderivat war, dass eine physiologische Funktion als Elektronenüberträger besaß, sondern es ist auch das erste Beispiel für Phenazine in Archaea überhaupt.Bioinformatische Untersuchungen des Ms. mazei Genoms wiesen die Existenz zweier protonentranslozierender Pyrophosphatasen nach. Die korrespondierenden Polypeptide wurden als MVP1 und MVP2 (Methanosarcina vacuolar type Pyrophosphatase) bezeichnet. Expressionsanalysen mittels Northern Blots ergaben, dass in methylothroph angezogenen Zellen in der logarithmischen Phase nur MVP2 exprimiert wurde. Gewaschene Membranen dieser Wachstumsphase zeigten eine spezifische Pyrophosphatase-Aktivität von 0,34 U pro mg Protein und Versuche mit invertierten Membranvesikeln ergaben, dass die Hydrolyse von einem Molekül Pyrophosphat die Translokation von einem Proton über die Cytoplasmamembran treibt. Dies lässt des Schluss zu, das die Aktivität dieses Enzyms zu Enegiekonservierungsprozessen in Ms. mazei beiträgt.

Author dc:creator

• Bäumer, Sebastian Andreas

Contributors dc:contributor

• Gottschalk, Gerhard Prof. Dr.
• Deppenmeier, Uwe PD Dr.
• Heldt, Hans-Walter Prof. Dr.
• Zeeck, Axel Prof. Dr.

• 570 Biowissenschaften, Biologie
• Biologie
• Archaea
• Methanogenese
• Protonentranslokation
• Energiekonservierung
• Elektronentransport
• Pyrophosphat
• Methanogenesis
• Proton translocation
• Energy conserving systems
• Electron transport
• Pyrophosphate
• 42.30 Mikrobiologie
• WUE 000: Biochemie und Physiologie der Mikroorganismen {Mikrobiologie}

Licence

• https://webdoc.sub.gwdg.de/diss/copyrdiss.htm

Language dc:language

eng

Identifier

https://dx.doi.org/10.53846/goediss-93
urn:nbn:de:gbv:7-webdoc-1115-8
webdoc-1115
349009767

OAI identifier oai:identifier

oai:ediss.uni-goettingen.de:11858/00-1735-0000-0006-ABE7-3