Eine mitochondriale Teil-Glykolyse bei Phaeodactylum tricornutum und anderen Heterokonten: Nachweis der Kompartimentierung mittels dem „green fluorescent protein“ und molekulare Phylogenie

Rio Bartulos, Carolina

Die Glykolyse ist einer der ältesten Stoffwechselwege, und die daran beteiligten Enzyme sind universell in Eukaryoten, Eubakterien und Archaeabakterien vorhanden. Während die Glykolyse in Eukaryoten normalerweise im Cytosol lokalisiert ist, konnte bereits in einer früheren Arbeit die Präsenz eines bifunktionellen Fusionsproteins aus den zwei glykolytischen Enzymen Triosephosphatisomerase (TPI) und Glycerinaldehyd-3-Phosphatdehydrogenase (GAPDH), welches in die Mitochondrien der Diatomee Phaeodactylum tricornutum (ein Heterokont) importiert wird, nachgewiesen werden (Liaud et al. 2000). Auch Oomyceten und Braunalgen (beides Heterokonten) besitzen diese bifunktionelle TPI-GAPDH. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde ein bereits existierendes Transformationssystems für Phaeodactylum (Apt et al. 1996, Zaslavskaia et al. 2000) in der Arbeitsgruppe etabliert und mittels GFP gekoppelter in vivo Expression die intrazelluläre Lokalisierung von Präsequenzen glykolytischer Proteine bestimmt. Für je eine Isoform der Triosephosphatisomerase, Glycerinaldehyd-3-Phosphatdehydrogenase, Phosphoglyceratkinase (PGK), Phosphoglyceratmutase (PGM), Enolase (ENO) und Pyruvatkinase (PYK) aus Phaeodactylum konnte hierbei ein Import in die Mitochondrien gezeigt werden. In heterologen Ansätzen wurden zudem mitochondriale Isoformen des TPI-GAPDH Fusionsproteins, der Phosphoglyceratmutase und der Pyruvatkinase aus Oomyceten bestimmt, während z.B. in den Braunalgen bisher nur eine mitochondriale TPI-GAPDH identifiziert werden konnte. Die phylogenetischen Analysen der GAPDH, der PGK und der PYK zeigen, dass die mitochondrialen Isoformen der Heterokonten einen gemeinsamen Ursprung haben und sie schon vor der Akquirierung des Plastids in einem gemeinsamen Vorfahren vorhanden waren. Diese partielle Glykolyse, die zusätzlich zu der Glykolyse im Cytosol existiert, kommt wahrscheinlich bei allen Heterokonten vor und könnte ein Merkmal dieser Gruppe sein.

Glycolysis is one of the most ancient metabolic pathways; the enzymes of this pathway are ubiquitous and are present in Eukaryotes, Eubacteria and Archaebacteria alike. While glycolysis in Eukaryotes usually takes place in the cytosol, the presence of a bi-functional fusion protein consisting of the enzymes Triosephosphate Isomerase (TPI) and Glyceraldehyde-3-phosphatedehydrogenase (GAPDH) has been shown in mitochondria of the Diatom Phaeodactylum tricornutum (a Heterokont) in a previous study (Liaud et al. 2000). Oomycetes and brown algae (both Heterokonts) also possess this bi-functional TPI-GAPDH. In this work, an existing transformation system for Phaeodactylum (Apt et al. 1996, Zaslavskaia et al. 2000) was established in our laboratory and the intracellular localisation of several pre-sequences of putative mitochondrial glycolytic proteins was investigated using GFP tagged in vivo expression. Import into the mitochondrium was demonstrated for isoforms of Triosephosphate Isomerase, Glyceraldehyde-3-phosphatedehydrogenase, Phosphoglycerate Kinase (PGK), Phosphoglycerate Mutase (PGM), Enolase (ENO), and Pyruvate Kinase (PYK) from Phaeodactylum. Furthermore, using a heterologous approach, mitochondrial isoforms of the TPI-GAPDH fusion protein, Phosphoglycerate Mutase and Pyruvate Kinase from Oomycetes were determined, while for brown algae only the mitochondrial TPI-GAPDH could be identified so far. Phylogenetic analysis of the Glyceraldehyde-3-phosphatedehydrogenase, Phosphoglycerate Kinase, and Pyruvate Kinase shows that the mitochondrial isoforms from Heterokonts have a common origin, and that the genes for these enzymes existed in a common ancestor before the acquisition of the plastid. This partial glycolysis, which exists in addition to the cytosolic glycolysis, probably occurs in all Heterokonts and could be characteristic for this group.

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Rio Bartulos, Carolina: Eine mitochondriale Teil-Glykolyse bei Phaeodactylum tricornutum und anderen Heterokonten: Nachweis der Kompartimentierung mittels dem „green fluorescent protein“ und molekulare Phylogenie. 2007.

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