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.
Supervisor label:
SupervisorSupervisor scientific name labelEmail
Dr. Rákhely GáborTanszékvezető egyetemi docens, Ph.D., molekuláris biológia tagozaton, Szegedi Tudományegyetemrakhely@brc.hu
Reviewer label:
Reviewer name labelReviewer scientific name labelEmail
Dr. Horváth V. Gábortudományos főmunkatárs, Ph.D., MTA SZBK Növénybiológiai Intézethorvath.gabor@brc.mta.hu
Dr. Janda Tibortudományos tanácsadó, az MTA doktora, MTA Agrártudományi Kutatóközpontjanda.tibor@agrar.mta.hu
President label:
President name labelPresident scientific name labelEmail
Dr. Vágvölgyi Csabatanszékvezető egyetemi tanár, az MTA doktora, SZTE TTIK Mikrobiológiai Tanszékcsaba@bio.u-szeged.hu
Member label:
Member name labelMember scientific name labelEmail
Dr. Zimányi Lászlótudományos tanácsadó, az MTA doktora, MTA SZBK Biofizikai Intézetzimanyi.laszlo@brc.mta.hu
Dr. Kós Pétertudományos főmunkatárs, Ph.D., SZTE TTIK Biotechnológiai Tanszék kos.peter@brc.mta.hu
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: Dr. Rákhely Gábor
Supervisor scientific name label: Tanszékvezető egyetemi docens, Ph.D., molekuláris biológia tagozaton, Szegedi Tudományegyetem
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