A hidrogenázok és a kénanyagcsere kapcsolatának jellemzése fototróf bíbor kénbaktériumokban.

Tengölics Roland
A hidrogenázok és a kénanyagcsere kapcsolatának jellemzése fototróf bíbor kénbaktériumokban.
PhD, University of Szeged.
(2014)

[img]
Preview
PDF (tézis)
Download (190kB) | Preview
[img]
Preview
PDF (tézis)
Download (221kB) | Preview
[img]
Preview
PDF (disszertáció)
Download (1MB) | Preview

Abstract in Hungarian

Napjaink egyik legfontosabb feladata a megújuló energiaforrásokból származó környezetbarát energiahordozókra való áttérés. Ezen kihívásnak felelhet meg a biohidrogén, ami előállítható foto- és sötétfermentációval hidrogenáz vagy nitrogenáz enzimek segítségével. A nitrogenáz alapú hidrogéntermelés nagy előnye, hogy a hidrogén részéről termékgátlás nem alakul ki. A legideálisabb megoldás azonban a hidrogén fotoautotróf körülmények közti előállítása. Jelenleg tudományos szempontból a legnépszerűbb megközelítés a kétlépéses alga alapú hidrogéntermelés, aminek hátránya, hogy az intenzív hidrogéntermeléshez acetátot is igényel a mikroba, illetve hosszútávon fenntartható módszer még nem ismeretes. Ezzel szemben modellorganizmusunk, a Thiocapsa roseopersicina BBS, ami egy fototróf bíbor kénbaktérium, képes kizárólag szervetlen anyagokat felhasználva hidrogenáz és nitrogenáz enzimei segítségével hidrogéntermelésre. A fototróf bíbor kénbaktériumok nevüket onnan kapták, hogy anaerob fotoszintézisükhöz elektrondonorként leginkább kénvegyületeket használnak. A tioszulfát asszimilációja és a kén oxidációja során felszabaduló elektronokat megvilágítás hatására a fotoszintetikus reakciócentrumba adják, ahol azok energiát nyerve az RC Qb helyén keresztül a kinon raktárba kerülnek. Ezzel szemben a szulfit oxidációja közvetlenül a kinon raktárba juttatja az elektronokat. Innen protonmotoros erő felhasználásával NAD+ redukcióra fordítódhatnak vagy citokróm bc1 komplex segítségével periplazmatikus citokrómokat redukálnak, miközben protongrádiens képzés történik. Thiocapsa roseopersicina BBS-ben négy aktív [NiFe]-hidrogenáz van, ezek közül kettő membrán asszociált: a Hyn és a kizárólag hidrogén felvételi irányban működő Hup. A másik kettő citoplazmatikus NAD+ redukáló enzim: a Hox1 és a Hox2. Ezen kívül modellorganizmusunk képes a hidrogéntermelésre nitrogenáz enzime segítségével is. Munkám során az volt a célom, hogy megvizsgáljam a fotoszintetikus elektrontranszportlánc elemei és a Hyn és Hox1 hidrogenázok közti kapcsolatot, részletes modellt állítsak föl a kapott eredmények alapján. A Hyn hidrogenáz egy figyelemreméltó stabilitással rendelkező kétirányú hidrogenáz, aminek van két elektrontranszfer alegysége, a transzmembrán Isp1 és membrán asszociált citoplazmatikus orientációjú Isp2. A Hyn hidrogenáz hidrogéntermelése kizárólag elemi kén és tioszulfát jelenlétében valósul meg. HynL-specifikus Western analízis segítségével kimutattam, hogy a GB2131 és THOE5M törzsek közti hidrogéntermelésbeli különbségért a sejtekben található eltérő mennyiségű hidrogenáz felel, míg a tápoldat tioszulfát tartalmának függvényében a törzsek hidrogenáztartalma nem változott. Ez alapján a két kénvegyület a megnövelt elektronfluxuson keresztül képes a hidrogéntermelés növelésére. A tioszulfát asszimiláció és a kénoxidáció a fotoszintetikus reakciócentrum akceptor oldalára juttatják az elektronjaikat, így megvilágítás alatt képesek redukáló erőt biztosítani a Hyn hidrogéntermeléséhez. Ezzel szemben a szulfit oxidáció, mely a kinon raktárral áll kapcsolatban, nem képes elektronokat biztosítani a Hyn számára. A két hidrogéntermelést serkentő útvonal közül úgy tűnik, hogy - a Hyn esetén - a tioszulfát asszimiláció a jobb elektrondonor. A Hyn hidrogenáz hidrogéntermelése fényfüggő, a Hyn elektrondonora a fotoszintetikus elektrontranszport lánccal áll kétirányú kapcsolatban. Ezt a Hyn és hidrogénfüggő kénhidrogén termelés terbutrinnal történő gátlásával erősítettem meg. A fotoszintetikus elektrontranszport láncnak van egy másik szerepe is a Hyn hidrogéntermelésében. Ez a protongrádiens előállítása, aminek CCCP-vel való eliminálása esetén csökken, de nem szűnik meg a Hyn hidrogéntermelése. Leolvasási keret elrontása nélküli mutagenezissel elkészítettem a Hyn Isp2 alegységét nem tartalmazó törzset. Ennek hiányában megszűnt a hidrogéntermelés és a hidrogénfüggő kénhidrogén termelés egyaránt, tehát az Isp2 része a Hyn elektrontranszport láncának. Különböző elektronakceptor jelöltek vizsgálata során azt az eredményt kaptuk, hogy nemcsak az elemi kén képes a Hyn függő hidrogénfelvétel gyorsítására, hanem a nitrát is. Kijelenthetjük, hogy a Hyn nem specifikusan a kénanyagcseréhez, hanem a membrán elektrontranszport lánchoz kötött, és olyan elektronakceptorok redukciójára képes, amik közvetve vagy közvetlenül a kinon raktárból nyernek elektronokat, így a Hyn működése a kinon raktár redox állapotának függvénye. A Hox1 hidrogenáz egy heteropentamer szerkezetű hidrogenáz, melynek hidrogéntermelése fotoszintetikus körülmények között elemi kén oxidációhoz illetve a kinonokat redukáló szulfitoxidációhoz kapcsoltan megy végbe. Ez teljesen összhangban van a rendelkezésünkre álló irodalmi adatokkal, miszerint a Hox1 hidrogéntermelése kapcsolható a NADH-hoz, a NAD+ redukciója pedig a kinon raktárhoz kötött és protonmotoros erőt használ fel, amit a fotoszintetikus ciklikus elektrontranszport állít elő (Madigan és Martinko, 2009). A kinon raktárhoz való kapcsoltságát alátámasztja az is, hogy a Hox1 hidrogéntermelése és a kénhidrogén termelés kompetitív folyamatok, ami alapján a membránredox rendszer túlredukciója elleni védelem lehet a Hox1 feladata.

Item Type: Thesis (PhD)
Creators: Tengölics Roland
Hungarian title label: A hidrogenázok és a kénanyagcsere kapcsolatának jellemzése fototróf bíbor kénbaktériumokban.
Title of the thesis in foreign language: Connection between sulfur metabolism and hydrogenases in a purple sulfur bacterium
Divisions: Doctoral School of Biology
Discipline label: természettudományok > biológiai tudományok
Defence date label: 2014. November 25.
Item ID: 2348
doi: https://doi.org/10.14232/phd.2348
Date Deposited: 2014. Sep. 09. 11:50
Last Modified: 2017. Jun. 23. 13:59
Depository no.: B 5813
Supervisor label:
Supervisor Supervisor scientific name label
Dr. Rákhely Gábor
Tanszékvezető egyetemi docens, Ph.D., molekuláris biológia tagozaton, Szegedi Tudományegyetem
Reviewer label:
Reviewer name label Reviewer scientific name label
Dr. Horváth V. Gábor
Dr. Janda Tibor
tudományos főmunkatárs, Ph.D., MTA SZBK Növénybiológiai Intézet
tudományos tanácsadó, az MTA doktora, MTA Agrártudományi Kutatóközpont
President label:
President name label President scientific name label
Dr. Vágvölgyi Csaba
tanszékvezető egyetemi tanár, az MTA doktora, SZTE TTIK Mikrobiológiai Tanszék
Member label:
Member name label Member scientific name label
Dr. Zimányi László
Dr. Kós Péter
tudományos tanácsadó, az MTA doktora, MTA SZBK Biofizikai Intézet
tudományos főmunkatárs, Ph.D., SZTE TTIK Biotechnológiai Tanszék
URI: http://doktori.bibl.u-szeged.hu/id/eprint/2348
Defence/Citable status: Defended.

Actions (login required)

View Item View Item

Downloads

Downloads per month over past year