Aktivierung des Sauerstoffsensors FNR von Escherichia coli durch Glutathion in vivo und in vitro

Abstract

Der Sauerstoffsensor FNR (Fumarat- Nitratreduktase-Regulator) von Escherichia coli spielt eine wichtige Rolle beim Umschalten vom aeroben zum anaeroben Stoffwechsel. FNR ist ein Transkriptionsregulator, der im aktiven Zustand ein [4Fe4S]-Zentrum besitzt. Bei Kontakt mit Sauerstoff zerfällt das [4Fe4S]- zu einem [2Fe2S]-Zentrum und führt zum Verlust der Aktivität von FNR. Die Reaktionen, die zum Aufbau des [4Fe4S]-Zentrums und der reduktiven Aktivierung von aerob und anaerob isoliertem apoFNR führen, wurden in vivo und in vitro untersucht. Die Einfluß in vivo von Glutathion auf die Funktion von FNR und die Rolle von Glutathion beim Aufbau des [4Fe4S]-Zentrums in gereinigtem apoFNR zeigen die wichtige Bedeutung von Glutathion bei der de novo Assemblierung von [4Fe4S]FNR und bei der reduktiven Aktivierung von sauerstoff-inaktiviertem FNR. Die energetischen Parameter von E. coli und ihre Änderungen beim Übergang vom aeroben zum anaeroben Stoffwechsel wurden untersucht. Das elektrochemische Protonenpotential delta-p über der Cytoplasmamembran wurde im Gleichgewichtszustand in der aeroben Atmung und anaeroben Nitrat-, Fumarat- und Dimethylsulfoxid-Atmung bestimmt. Delta-p betrug in der aeroben Atmung -160 mV, in der anaeroben Atmung sank delta-p entgegen früheren Vermutungen lediglich um 20 mV. Die geringen Änderungen von delta-p können deshalb vermutlich nicht als regulatorisches Signal für das Umschalten vom aeroben zum anaeroben Stoffwechsel genutzt werden.

The oxygen sensor regulator FNR (fumarate nitrate reductase regulator) of Escherichia coli is one of the major transcription regulator controlling the aerobic/anaerobic transition. FNR is known to be inactivated by oxygen as the result of conversion of a [4Fe4S] cluster of the protein into a [2Fe2S] cluster. The reactions involved in cluster assembly and reductive activation of apoFNR isolated under anaerobic or aerobic conditions were studied in vivo and in vitro. The in vivo effects of glutathione on FNR function and the role of glutathione in the formation of active [4Fe4S]FNR in vitro suggest an important role for the cellular thiol glutathione in the de novo assembly of FNR and in the reductive activation of air-oxidized FNR under anaerobic conditions. The energetic parameters of Escherichia coli were analyzed for the aerobic/anaerobic transition. The electrochemical proton potential delta-p across the cytoplasmic membrane was determined for the aerobic respiration and anaerobic nitrate, fumarate and dimethylsulfoxide respiration. In the aerobic respiration delta-p of -160 mV was obtained. For anaerobic respiration delta-p decreases only slightly by about 20 mV in contrast to early consumptions. It is concluded that the small differences for delta-p cannot be used as signal for the aerobic/anerobic transition.