Na + -translozierende rotatorische Membranproteinkomplexe aus dem anaeroben Bakterium Acetobacterium woodii: Vergleichende molekulare und biochemische Analyse des Flagellums und der F1FO-ATPase

Published: July 30, 2001, 11 a.m.

b"1. Aus chromosomaler DNA von A. woodii wurde durch heterologe Starteroligonukleotide ein\\nBereich des Flagellingens mittels PCR amplifiziert. Durch die Verwendung dieses DNA-Fragmentes\\nals Sonde wurden weitere 6 kBp an chromosomaler DNA von A. woodii kloniert,\\nsequenziert und analysiert.\\n2. Innerhalb dieses klonierten DNA-Abschnittes wurden zwei partielle und f\\xfcnf vollst\\xe4ndige\\noffene Leserahmen lokalisiert, die jeweils \\xfcber eine Shine-Dalgarno-Sequenz verf\\xfcgten und\\ngr\\xf6\\xdfer als 300 Bp waren. Durch Sequenzvergleiche lie\\xdf sich das Flagellingen (fliC)\\nidentifizieren. Stromaufw\\xe4rts von fliC wurden offene Leserahmen (flgL, flgK) gefunden, die\\nf\\xfcr die Haken-assoziierten Proteine 1 und 3 des A. woodii-Flagellums kodieren, sowie ein\\nLeserahmen (orfA) dessen abgeleitetes Produkt keine \\xc4hnlichkeit keinem bekannten Protein\\n\\xe4hnlich ist. Durch die Expression von orfA in Minizellen von E. coli DK6 wurde aber\\ngezeigt, da\\xdf orfA f\\xfcr ein Protein kodiert. Stromabw\\xe4rts vom Flagellingen wurden keine\\nFlagellengene identifiziert. Die abgeleiteten Produkte, der hier lokalisierten ORFs orfB und\\norfC zeigten keine \\xc4hnlichkeiten zu in Datenbanken hinterlegten Proteinsequenzen. Am 3'-Ende\\ndes klonierten DNA-Abschnittes war ein partieller ORF (orfD) vorhanden, dessen\\nabgeleitete Aminos\\xe4uresequenz gro\\xdfe \\xc4hnlichkeiten zu dNTP-Zucker modifizierenden\\nEnzymen aufwies.\\n3. Aus Sph\\xe4roplasten von A. woodii wurden durch Solubilisierung, differentielle Zentrifugation\\nund eine CsCl-Dichtegradientenzentrifugation ganze Flagellen inklusive des Haken-Basalk\\xf6rper-\\nKomplexes gereinigt. Durch die Analyse der Pr\\xe4paration in der SDS-PAGE\\nwurden neben dem Flagellin sechs weitere Proteine als Bestandteil der Flagellen identifiziert.\\n4. Durch die elektronenmikroskopische Analyse der Haken-Basalk\\xf6rper-Komplexe der Na + -abh\\xe4ngigen\\nFlagellen von A. woodii konnte gezeigt werden, da\\xdf diese aus einem Haken, Stab\\nund einem MS-Ring aufgebaut sind. Unterhalb des MS-Rings waren weitere Strukturen\\nvorhanden. Diese Struktur entspricht den aus den H + -abh\\xe4ngigen Flagellen der Gram-positiven\\nOrganismen bekannten Strukturen. Durch die Gefrierbruchmethode konnten in der\\nCytoplasmamembran von A. woodii im elektronenmikroskopischen Bild Partikelringe\\nnachgewiesen werden. Diese entsprechen in Struktur und Gr\\xf6\\xdfe den Mot-Komplexen der H + -abh\\xe4ngigen\\nFlagellen aus E. coli.5. Zur Analyse der Untereinheitenzusammensetzung der Na + -F1FO-ATPase von A. woodii\\nwurden Antiseren gegen die Untereinheiten a, b, c1, c2/c3 und \\u03b2 generiert. Hierzu wurden die\\nUntereinheiten a, b, c \\uf031 und \\u03b2 als MalE-Fusionen in E. coli produziert und gereinigt. Die\\nUntereinheit c2/c3 wurde durch Chloroform:Methanol-Extraktion aus der\\nCytoplasmamembran von A. woodii angereichert und durch Elektroelution aus einer SDS-PAGE\\ngereinigt.\\n6. Durch die Analyse der Cytoplasma- und Membranfraktion mit den f\\xfcnf Antiseren lie\\xdfen sich\\ndie Untereinheiten a, b, c1, c2/c3 und \\u02dc in der Cytoplasmamembran nachweisen.\\n7. Die Na + -F1FO-ATPase von A. woodii wurde durch Blue-Native-PAGE aus der\\nMembranfraktion isoliert. Durch die Auftrennung der ATPase in ihre Untereinheiten und\\nderen aminoterminale Sequenzierung wurden die Untereinheiten a, b, c2/c3, \\u03b1 , \\u03b2 \\uf02c\\uf020\\uf020\\u03b3,\\u03b4 \\uf020\\uf020und \\uf020\\u03b5\\nidentifiziert.\\n8. Durch immunologische Methoden wurde die Untereinheit c1, das in F1FO-ATPasen einmalige\\n16-kDa-Proteolipid, als Untereinheit der Na + -F1FO-ATPase von A. woodii erkannt. Die Na + -F1FO-\\nATPase von A. woodii ist die erste F1FO-ATPase mit einem Heterooligomer aus 8- und\\n16-kDa-Proteolipiden.\\n9. Die Untereinheit c1 wurde in A. woodii unabh\\xe4ngig vom Substrat und der Na + -Konzentration\\nproduziert. Allerdings wurden Hinweise auf eine erh\\xf6hte Expression des gesamten atp-Operons\\nin Methanol-gezogenen-Zellen erhalten.\\n10. Ein Verfahren zur Reinigung der Na + -F1FO-ATPase unter Erhalt ihrer Untereinheitenstruktur\\nwurde entwickelt. Die Na + -F1FO-ATPase wurde aus der Membranfraktion von A. woodii\\nsolubilisiert und durch Gelfiltration \\xfcber Sephacryl S-400 und eine Glycerin-Dichtegradientenzentrifugation\\ngereinigt. Das gereinigte Enzym besa\\xdf alle neun\\nUntereinheiten. Die spezifische Aktivit\\xe4t der gereinigten ATPase betrug 7 U mg Protein -1\\nund seine molekulare Masse 600 kDa."