Regulation der Glutamatsynthese in Bacillus subtilis durch die Glutamatdehydrogenase RocG und das Aktivatorprotein GltC

Abstract

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.