Zuckerstoffwechsel in Archaea : Transport und Abbau von Hexosen, Disacchariden, Zuckeralkoholen und Gluconat in halophilen Haloferax- und Haloarcula-Spezies sowie Analyse von Aldolasen aus thermoacidophilen Spezies

In halophilen und thermoacidophilen Archaea ist der Abbau von Zuckern gut untersucht. Haloarchaea bauen Glucose über eine Modifikation des klassischen Entner-Doudoroff (ED)-Wegs ab, den semiphosphorylierten ED (spED)-Weg. Die Enzyme dieses Abbauwegs sind in Haloferax volcanii biochemisch untersucht. Nur die Phosphoglycerat-Mutase und die Enolase sind bislang nicht charakterisiert. Die Phosphoenolpyruvat-Carboxylase, ein essentielles Enzym der Anaplerose in Hfx. volcanii ist ebenfalls nur unvollständig charakterisiert. In Hfx. volcanii ist neben dem Abbau von Glucose über den spED-Weg auch der Abbau von Fructose über einen Embden-Meyerhof (EM)-Weg beschrieben. Dabei ist insbesondere ein Phosphoenolpyruvat (PEP)-abhängiges Phosphotransferase-System (PTS) beteiligt, das Fructose transportiert und zu Fructose-1-phosphat (F1P) phosphoryliert. Anders als der Abbau von Monosacchariden ist der Transport und Abbau von Disacchariden in Hfx. volcanii kaum untersucht. Darüber hinaus ist auch der Transport und Abbau der Zuckersäure Gluconat bislang nicht beschrieben. Das Wachstum mit Intermediaten des Citratzyklus sowie deren weiterer Abbau wurde nur für Succinat untersucht, wohingegen für Fumarat, L-Malat oder Citrat keine Informationen vorliegen. In Haloarcula-Spezies ist der Abbau von Glucose und Fructose auf Basis von Enzymaktivitäten in Zellextrakten untersucht. Die Aktivitäten von Enzymen des spED- und des EM-Wegs sind beschrieben, die entsprechenden Gene wurden aber nicht identifiziert. Darüber hinaus liegen auch erste Ergebnisse zum Abbau des Glucose-Fructose-Disaccharids Saccharose und des Zuckeralkohols Mannitol vor. Es wurde postuliert, dass Saccharose in Glucose und Fructose gespalten und Mannitol zu Fructose oxidiert wird. Weiter wurde diskutiert, dass diese intrazellulär gebildete Fructose unter der Beteiligung einer Ketohexokinase zu F1P phosphoryliert wird. Die thermoacidophilen Archaea Picrophilus torridus und Saccharolobus solfataricus bauen Glucose ebenfalls über modifizierte ED-Wege ab, den nicht-phosphorylierenden ED (npED)- bzw. den branched ED-Weg. Schlüsselenzyme dieser Abbauwege sind eine 2 Keto-3-desoxygluconat (KDG)-Aldolase (KDGA) aus P. torridus, die spezifisch KDG spaltet, bzw. eine bifunktionelle Aldolase (KD(P)GA) aus S. solfataricus, die KDG und mit höherer Präferenz auch 2 Keto-3-desoxy-6-phosphogluconat (KDPG) spaltet. Die Gründe für die unterschiedlichen Substratspezifitäten von KDGAs und KD(P)GAs sind bislang nicht umfassend verstanden. In der vorliegenden Arbeit wurden offene Fragestellungen zum Transport und zum Abbau von Mono- und Disacchariden sowie von Zuckeralkoholen und der Zuckersäure Gluconat in Hfx. volcanii und Haloarcula hispanica untersucht. Auch wurde das Wachstum mit ausgewählten Intermediaten des Citratzyklus und der Transport von C4-Dicarbonsäuren analysiert. Außerdem wurden Mutagenese-Experimente durchgeführt, um die Substratspezifität von KDG-spezifischen und bifunktionellen KD(P)G-Aldolasen zu analysieren.