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Molecular genetic analysis of phbAB operon expression of Rhodobacter

고동효

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광합성 세균인 Rhodobacter sphaeroides에서 PHB 축적량은 탄소원을 succinate로 사용한 경우보다 acetate를 사용한 경우에 대략 다섯배 더 많다. PHB 합성과 분해에 관계된 효소 활성도에서 단지 acetoacetyl-CoA reductase 활성도만이 증진된 PHB 수준을 반영하여 증진되었다. -ketothiolase를 코딩하는 phbA와 acetoacetyl-CoA reductase를 코딩하는 phbB는 phbAB로 operon를 형성한다. 이 operon에서 phbA와 phbB 사이에 phbA의 o...
광합성 세균인 Rhodobacter sphaeroides에서 PHB 축적량은 탄소원을 succinate로 사용한 경우보다 acetate를 사용한 경우에 대략 다섯배 더 많다. PHB 합성과 분해에 관계된 효소 활성도에서 단지 acetoacetyl-CoA reductase 활성도만이 증진된 PHB 수준을 반영하여 증진되었다. -ketothiolase를 코딩하는 phbA와 acetoacetyl-CoA reductase를 코딩하는 phbB는 phbAB로 operon를 형성한다. 이 operon에서 phbA와 phbB 사이에 phbA의 operon 전사조절부위와 별도로 독립적인 phbB 자체 전사조절부위가 존재한다. phbAB operon 전사조절부위는 두 탄소원인 succinate, acetate에 상관없이 일정한 발현을 나타냈고, phbB 자체 전사조절부위만이 증진된 PHB를 반영하듯 acetate에서 증진된 발현을 나타냈다. 따라서 acetate에서 증진된 PHB는 phbB의 자체 전사조절 부위에의한 phbB의 전사조절을 매개로하여 이뤄진다. -ketothiolase를 코딩하는 phbA의 발현이 중요성은 PHB의 증진를 가능케하는 대사통로의 역할을 수행한다는 것이다. PHB synthase를 코딩하는 phbC를 파괴시킨 CN1 균주, 그리고 phbB를 파괴시킨 BN1 균주는 각각 세포내에 PHB를 축적하지 못한다. 이것은 phbC, phbB유전자가 Rhodobacter sphaeroides에서는 유일하게 존재한다는 것을 의미한다. acetate를 유일 탄소원으로 하는 경우에 BN1은 성장을 못하고 CN1은 성장을 한다. 따라서, -hydroxybutyryl-CoA를 형성시키는 phbB는 acetate를 탄소원으로 하는 경우에 반드시 요구되는 유전자이다. -hydroxybutyryl-CoA는 acetate를 탄소원으로 하는 경우에 TCA cycle의 중간산물을 합성 시키는 과정에 관여되는 것으로 제안되었다.
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Cellular PHB content of Rhodobacter sphaeroides grown on acetate was approximately five times higher than that of succinate-grown cells. Among the enzymes involved in PHB synthesis, acetoacetyl-CoA reductase activity only increased in parallel with the elevated level of PHB. The phbA and phbB coding...
Cellular PHB content of Rhodobacter sphaeroides grown on acetate was approximately five times higher than that of succinate-grown cells. Among the enzymes involved in PHB synthesis, acetoacetyl-CoA reductase activity only increased in parallel with the elevated level of PHB. The phbA and phbB coding for the -ketothiolase and acetoacetyl-CoA reductase, respectively, comprise an operon of phbAB. In addition, the operon has internal promoter for phbB to yield approximately fivefold greater transcription of phbB during growth on acetate, compared with that of the succinate-grown cells, while the level of phbA and phbAB transcription were constitutive regardless of the carbon sources. Thus, the elevated level of PHB of the acetate-grown cells appears to be regulated at the level of phbB transcription. However, the increased PHB level of the acetate-grown cells was attained only when -ketothiolase was sufficiently expressed to supply acetoacetyl-CoA, the substrate for acetoacetyl-CoA reductase. The phbB-disrupted mutant BN1 and phbC-disrupted mutant CN1 did not accumulate PHB during growth on succinate and acetate, indicating that PhbB and PhbC constitute the sole route for PHB synthesis. The mutant BN1 failed to grow on acetate, while mutant CN1 grew on the same medium. Thus, acetoacetyl-CoA reductase generating -hydroxybutyryl-CoA is indispensable to growth on acetate. A model for metabolic pathway to form TCA cycle intermediates from acetate is proposed.