Katalytische Eigenschaften, Funktionen und Evolution einer neuen Familie von Glyceratkinasen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Ziel des Projektes war die Analyse der katalytischen Eigenschaften von Vertretern einer von uns kürzlich beschriebenen Familie von Glyceratkinasen und deren Stoffwechselfunktion(en) in Pflanzen und Cyanobakterien. Der Schwerpunkt unserer Arbeiten lag auf der vergleichenden Untersuchung der enzymatischen Eigenschaften ausgewählter rekombinant gewonnener GKs unterschiedlicher Klassen. Aus diesen Untersuchungen ergeben sich als Hauptaussagen: 1. Nur GKs der Klasse III (GLYK; Pflanzen, Pilze, höher entwickelte Cyanobakterien) phosphorylieren Glycerat zu Glycerat 3-Phosphat. GKs der Klassen I und II (Bakterien, Tiere) bilden ausschließlich Glycerat 2-Phosphat. Dieser Befund ist von Bedeutung, weil es sich hier um wichtige Enzyme des Grundstoffwechsels handelt. 2. GLYKs aus einer Reihe von C4-Pflanzen (am Beispiel von Mais untersucht), nicht jedoch aus C3-Pflanzen (am Beispiel von Arabidopsis untersucht) werden über Thioredoxin redoxreguliert. Belichtung führt in situ zu Aktivierung. Die hierfür verantwortlich Domäne besteht aus wenigen C-terminalen Aminosäuren, darunter zwei Cys, deren Verbindung durch eine Disulfidbrücke zur Inaktivierung des Enzyms führt. Übertragung dieser Domäne auf unregulierte GLYK aus C3-Pflanzen inaktiviert das Enzym. Diese Hemmung wird bei Belichtung aufgehoben. Diese Befunde sind von Bedeutung, weil der Mechanismus der für GLYK postulierten Redoxregulation zuvor unbekannt war. Weiterhin besitzt dieses Enzym in einigen C4-Pflanzen anscheinend eine Doppelfunktion: in der Photorespiration und beim Transport von Redoxäquivalenten. 3. Inaktivierung von GLYK im filamentösen Cyanobakterium Nostoc sp. PCC 7120 ist nicht letal wie bei Pflanzen, führt jedoch zu einer deutlichen Wachstumsverringerung. Auch hier ist GLYK anscheinend am Photorespirationsstoffwechsel beteiligt. Dieser Befund ist von Bedeutung, als vergleichbare Untersuchungen zu diesem wichtigen Stoffwechselweg bisher nur an dem weniger komplex entwickelten Cyanobacterium Synechocystis durchgeführt worden sind.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2007) Identification and kinetic properties of glycerate kinase from rice, yeast, Nostoc and Synechocystis. Botanikertagung 2007, Hamburg
Bartsch O, Hagemann M, Bauwe H
- (2008) Only plant-type (GLYK) glycerate kinases produce D-glycerate 3-phosphate. FEBS Lett. 582: 3025-3028
Bartsch O, Hagemann M, Bauwe H
- (2009) Redoxregulation der Glyceratkinase aus Mais. Tagung Molekularbiologie der Pflanzen 2009, Dabringhausen
Bartsch O, Hagemann M, Bauwe H
