Regulation der Glutamatsynthese in Bacillus subtilis durch die Glutamatdehydrogenase RocG und das Aktivatorprotein GltC
Regulation of glutamate synthesis in Bacillus subtilis by the glutamate dehydrogenase RocG and the activator protein GltC
by Fabian Moritz Commichau
Date of Examination:2006-11-01
Date of issue:2006-11-20
Advisor:Prof. Dr. Jörg Stülke
Referee:Prof. Dr. Jörg Stülke
Referee:Prof. Dr. Botho Bowien
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Format:PDF
Description:Dissertation
Abstract
English
Bacillus subtilis is able to utilize a huge number of carbon sources. For efficient utilization of a carbon source both, carbon and nitrogen metabolism, have to be well coordinated. The synthesis of glutamate ist the link between both metabolic branches. The glutamate synthase (GOGAT) catalyzes the transfer of an amino group onto α-oxoglutarate, a key intermediate of the carbon metabolism. The synthesized glutamate serves as an amino group donor for the synthesis of other amino acids and nucleotides. In B. subtilis glutamate is exclusively synthesized by the GOGAT. In contrast to other bacteria the glutamate dehydrogenase (GDH) from B. subtilis is involved in glutamate degradation rather than in its synthesis. It is well known that the GOGAT is strongly expressed in presence of glucose to meet the increased requirement for glutamate, whereas the catabolic GDH is strongly repressed by glucose. In the absence of the preferred carbon source glucose the GDH is expressed and the expression of the GOGAT is inhibited. The expression of the GOGAT is dependent on the transcriptional activator protein GltC. In this work is shown that the GDH has two functions. Beside its enzymatic function the GDH is able to inactivate the activator protein GltC. The genetic data indicate that the catabolic GDH interacts with GltC. The inactivation of GltC by the GDH depends on the activity state of the glutamate degrading enzyme. The GDH has to be enzymatically active to inhibit the activator protein GltC. This unique regulatory mechanism allows the tight control of glutamate metabolism by the availability of carbon and nitrogen metabilism.
Keywords: glutamate dehydrogenase; glutamate; Bacillus subtilis
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Bacillus subtilis kann
eine Vielzahl von C-Quellen verwerten. Damit
B. subtilis die C-Quelle
effizient nutzen kann, müssen der C-Stoffwechsel und
der N-Stoffwechsel genau aufeinander abgestimmt werden.
Die Glutamatsynthese ist der Knotenpunkt zwischen
diesen beiden Zweigen des Stoffwechsels. Bei der
Glutamatsynthese wird durch die Glutamatsynthase
(GOGAT) eine Aminogruppe auf α-Ketoglutarat, ein
Schlüsselintermediat des C-Stoffwechsels, übertragen.
Das bei dieser Reaktion gebildete Glutamat dient als
Aminogruppendonor für die Biosynthese aller anderen
Aminosäuren und der Nukleotide. In B. subtilis kann der Aminogruppendonor
Glutamat nur durch die GOGAT synthetisiert werden. Das
zweite, in vielen anderen Bakterien an der
Glutamatsynthese beteiligte Enzym, die
Glutamatdehydrogenase (GDH), ist in B. subtilis nur katabol aktiv. Es ist
bekannt, daß die GOGAT beim Wachstum von B. subtilis mit Glukose zur Deckung des
Glutamatbedarfs stark exprimiert wird. Unter diesen
Bedingungen wird die Bildung der katabolen GDH durch
Glukose reprimiert. Beim Wachstum von B. subtilis mit einer weniger
bevorzugten C-Quelle und einer guten N-Quelle wird die
katabole GDH stark exprimiert und die Expression der
GOGAT verhindert. Die Expression der GOGAT ist abhängig
von dem Aktivatorprotein GltC. In dieser Arbeit konnte
gezeigt werden, daß die GDH neben ihrer enzymatischen
Funktion im Glutamatstoffwechsel das Aktivatorprotein
GltC inhibiert. Die genetischen Daten sprechen für eine
Protein-Protein-Interaktion zwischen diesen beiden
Proteinen. Die GDH kann das Aktivatorprotein GltC
jedoch nur dann inaktivieren, wenn B. subtilis mit einer guten
Glutamatquelle wächst, und die GDH enzymatisch aktiv
ist. Durch diesen einzigartigen Regulationsmechanismus
wird der Glutamatstoffwechsel in B. subtilis genau auf die verfügbaren
Ressourcen des C- und N-Stoffwechsels abgestimmt.
Schlagwörter: Glutamatdehydrogenase; Glutamat; Bacillus subtilis