Wie tragen glykolytische Wege und insbesondere der kürzlich entdeckte Entner-Doudoroff Weg zum zentralen Kohlenstoffmetabolismus in Cyanobakterien bei und spielen sie eine essentielle Rolle für CO2-Fixierung und Photosynthese?
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Der Calvin-Benson-Bassham (CBB) Zyklus ist ein sich selbsterhaltender Zyklus zur Fixierung von CO2. Unsere Daten zeigen, dass die Regeneration des Zyklus unter fluktuierenden Lichtbedingungen durch glykolytische Shunts unterstützt wird. Die glykolytischen Shunts spielen insbesondere bei der Aktivierung des CBB Zyklus nach Dunkelphasen eine Rolle und nutzen dabei die internen Glykogenspeicher der Zelle. Katabole (glykolytische Shunts) und anabole (CBB-Zyklus) Prozesse interagieren also zur Feinregulation und unterstreichen die Wichtigkeit von Bidirektionalität in Stoffwechselprozessen. Vier Muster von markierter Glukose (1-13C, 3-13C, 6-13C, U-13C) wurden erfolgreich genutzt, um glykolytische Flüsse in Synechocystis unter photomixotrophen Bedingungen zu bestimmen. Diese Analysen haben gezeigt, dass der ED-Weg, anders als erwartet, unter metabolischen steady-state Bedingungen zu vernachlässigen ist. Selbiges gilt für den Phosphoketolase-Weg. Glukose wird unter diesen Bedingungen über den Pgi- und den OPP-Shunt in den CBB-Zyklus eingespeist. Zur Klärung der Bedeutung des ED-Weges in Synechocystis sind weitere Untersuchungen notwendig, da die Flussanalysen auf der einen Seite und der Phänotyp der eda-Deletionsmutante auf der anderen Seite teilweise widersprüchliche Ergebnisse liefern. Es könnte z.B. sein, dass das Enzym Eda regulatorische Moonlight-Funktionen besitzt oder zusätzliche Reaktionen katalysiert. Insgesamt weisen unsere Daten darauf hin, dass Eda im metabolischen steady-state zu vernachlässigen und unter dynamischen Bedingungen von Bedeutung ist.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2018) Hypothesis on the Synchronistic Evolution of Autotrophy and Heterotrophy. Trends in Biochemical Sciences 43: 402-411
Gutekunst, K.
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(2019): PHB is Produced from Glycogen Turn-over during Nitrogen Starvation in Synechocystis sp. PCC 6803. International Journal of Molecular Sciences 20: 1942
Koch, M., Doello, S., Gutekunst, K., Forchhammer, K.
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In vivo Fusion der Hydrogenase an Photosystem. Patent (2.12.2019) CAU047_PAT1738DE-1
Jens Appel, Kirstin Gutekunst
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(2020) Cyanobacterial in vivo solar hydrogen production my means of a photosystem I-hydrogenase (psaDhoxYH) fusion complex. Nature Energy
Appel, J., Hueren, V., Boehm, M., Gutekunst, K.
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(2020) Glycolytic shunts replenish the Calvin-Benson-Bassham cycle as anaplerotic reactions in Cyanobacteria. Molecular Plant 13: 471-482
Makowka, A., Nichelmann, L., Schulze, D., Spengler, K., Wittmann, C.,Forchhammer, K., Gutekunst, K.
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(2020) In-vivo quantification of electron flow through photosystem I – Cyclic electron transport makes up about 35% in a cyanobacterium Biochimica et Biophysica Acta (BBA) – Bioenergetics
Theune, M. L., Hildebrandt, S., Steffen-Heins, A., Bilger, W., Gutekunst, K., Appel, J.
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(2020) The structure and reactivity of the HoxEFU complex from the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803. Journal of Biological Chemistry 295: 9445-9454
Arzt, J.H., Tokmina-Lukaszewska, M., Mulder, D.W., Lubner, C.E., Gutekunst, K., Appel, J., Bothner, B., Boehm, M., King, P.W.
