A hidrogén termelés metabolikus hátterének vizsgálata Thiocapsa roseopersicina-ban

A hidrogén termelés metabolikus hátterének vizsgálata Thiocapsa roseopersicina-ban

Béres Rita, Kornél L Kovács & Gábor Rákhely

 Szegedi Tudományegyetem, Természettudományi és Informatikai Kar, Biotechnológiai Tanszék

 MTA Szegedi Biológiai Kutatóközpont, Biofizikai Intézet

 Magyar Mikrobiológiai Társaság 2012. évi Nagygyűlése

 2012. október 24-26.

A Thiocapsa roseopersicina

 Gram negatív, anaerob,

fototróf, bíbor kénbaktérium

 növekedéséhez redukált

kénvegyületeket és egyszerű szerves vegyületeket hasznosít

 CO₂ fixálás, N₂ fixálás

 négy különböző aktív hidrogenázt tartalmaz

Hidrogenázok jellemzői

Csoportosítás:

 fémtartalmuk alapján:

[NiFe] tartalmú [FeFe] tartalmú

 lokalizáció alapján:

- membránkötött - citoplazmatikus



[NiFe] hidrogenázok:

heterodimer szerkezet

- kis alegység: FeS kockák

- nagy alegység: aktív centrum

A Desulfovibrio gigas [NiFe]

hidrogenáza

Volbeda, 1995, Nature 373, 580-587

redox metalloenzimek: H₂ ↔ 2e^- + 2H⁺

A Thiocapsa roseopersicina hidrogenáz enzimei

H₂ H₂ HynL

2H⁺

2e^- X_ox X_red

ADP+P_i ATP

HynS Isp1

Isp2

2e^- + 2H+

nitrogenáz 2H+

ADP+P_i ATP NH₄+

2e^-

N₂ HupL

HupS HupC

Hox1H Hox1Y Hox1U

Hox1F NADH +H+

Hox1E NAD+ NADH+_+H+ NAD+

H₂

2H+

Hox2Y Hox2H

Hox2U Hox2F

Hidrogéntermelés fényen és sötétben

S₂O₃^2- 0

5 10 15 20 25 30 35 40

4g/l 2g/l 4g/l 2g/l

Hidrogéntermelés, GC egység

fény sötét

BBS: vad típus GB1121: ∆hynSL,∆hupSL

A Thiocapsa roseopersicina tartalék tápanyagai

alacsony C/N magas C/N

glikogén PHB fototróf növekedés,

alacsony tioszulfát koncentráció

 ha a szaporodás gátolt, a rendelkezésre álló forrásokból tartalék halmozódik fel a sejtben

 típusai:

elemi kén: redukált kénvegyület felesleg esetén PHB: nitrogénfixáló körülmények alkalmazásával,

szerves savak jelenlétében

glikogén: fototróf növesztéskor akkumulálódik

A glikogén, mint a redukáló erő forrása

 alacsony C/N arány esetén

 intracelluláris granulumok formájában raktározódik

elágaztató enzim:

GlgB

ATP + α-D-glükóz-1-foszfát

P_i

ADP-glükóz

ADP-glükóz pirofoszforiláz:

GlgC (1,4-α-D-glükozil)_n

glikogén szintáz:

GlgA ADP

(1.4-α-D-glükozil)_n+1

glikogén

glikogén linearizáló enzim:

GlgX

glikogén foszforiláz:

GlgP

in vivo H₂ termelés glikogén tartalom

GB1121P2P1(Hox1 ⁺ , glgP1 ^- , glgP2 ^- )

 nem nitrogén fixáló körülmények

 2g/l Na₂S₂O₃ tartalmú tápoldat, 50 ml

Kapcsolat a hidrogén és a glikogén metabolizmusa között

glikogén

glükóz-1-foszfát

α-D-glükóz-6-foszfát β-D-glükóz-6-foszfát

D-glükonolakton-6-foszfát

6-foszfoglükonát D-ribóz-5-foszfát

NAD(P)⁺ NAD(P)H

NAD(P)H NAD(P)⁺ GlgP1

GlgP2 GlgX1 GlgX2

foszfoglüko- mutáz foszfoglükóz

izomeráz glükóz-6-foszfát

dehidrogenáz 6-foszfoglükono- laktonáz 6-foszfoglükonát

dehidrogenáz

Hox1 H₂

Pentóz-foszfát ciklus oxidatív fázisa

Köszönetnyilvánítás

Szeretném megköszönni

Dr. Rákhely Gábor és Prof. Kovács L. Kornél, a Szegedi Tudományegyetem Biotechnológiai Tanszék

munkatársainak, valamint a

MTA Szegedi Biológiai Központ Biofizikai Intézet dolgozóinak a munkámhoz nyújtott segítséget.

Jelen kutatási eredmények megjelenését „Az SZTE Kutatóegyetemi Kiválósági Központ tudásbázisának kiszélesítése és hosszú távú szakmai fenntarthatóságának megalapozása a kiváló tudományos

utánpótlás biztosításával” című, TÁMOP-4.2.2/B-10/1-2010-0012 azonosítószámú projekt támogatja. A projekt az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával

valósul meg.

Köszönöm a figyelmet!