Acetatkinase

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Die Acetatkinase ist ein Schlüsselenzym im Prozess der Essigsäurebildung und steuert die Endproduktion von Essigsäure. Organische Säuren wie Essigsäure und Milchsäure werden als alleinige Kohlenstoffquelle für den Stoffwechsel genutzt, um Wachstum zu ermöglichen. Der erste Schritt im Essigsäurestoffwechsel ist die Aktivierung der Essigsäure, die durch die Acetatkinase (AK) und die Phosphotransacetylase (PTA) katalysiert werden muss: Unter Katalyse der Acetatkinase AK wird Essigsäure unter Beteiligung von ATP zu Acetylphosphat phosphoryliert; anschließend wird Acetylphosphat durch die Phosphotransacetylase PTA zu Acetyl‑CoA umgesetzt und in den Tricarbonsäurezyklus eingeschleust, wo der Acetatstoffwechsel erfolgt.

Abbildung 1. Proteinstruktur der Acetatkinase.

Einleitung

Die Acetatkinase ist ein Mitglied der ASKHA‑(Acetate and Sugar Kinases, Hsp70, Actin)‑Phosphotransferase‑Superfamilie. Sie ist in zahlreichen Organismen weit verbreitet und katalysiert die reversible Reaktion von Acetylphosphat und ADP zu Essigsäure und ATP. Sie spielt eine wesentliche Rolle im Kohlenstoffquellen‑ und Energiestoffwechsel. Insbesondere bei niederen Prokaryoten, die in anaeroben oder mikroaeroben Umgebungen leben (z. B. im Pansen von Wiederkäuern, in tiefen Gesteinsschichten), bilden dieses Enzym und die Phosphotransacetylase gemeinsam den zentralen Schlüsselprozess der mikrobiellen Essigsäureproduktion. Gleichzeitig kann das Enzym über das Zwischenprodukt Acetylphosphat weitere biologische Reaktionen im Organismus regulieren und nimmt damit eine zentrale Funktion ein.

Forschung und Bedeutung

Referenz

1. Grundy FJ.; et al. Regulation of the Bacillus subtilis acetate kinase gene by CcpA. J. Bacteriol. 1993, 175 (22): 7348–55.

1. Acetic acid is one of the end products of energy metabolism of most facultative and strictly anaerobic microorganisms. Conversely, acetic acid also has the effect of regulating central metabolism and hydrogen production metabolism. During the operation of the biological hydrogen production reactor, the secretion of a large amount of acetic acid will cause the pH change in the reactor, and the pH change can change the type of fermentation of the microorganisms in the reactor, affect the stability of the reaction, and consequently inhibit the growth of bacteria. Growth reduces H₂ production; and the method of adjusting pH with alkali will increase production costs.
2. In the process of acetic acid production, acetate kinase is the key enzyme, which controls the final production of acetic acid. Therefore, clone the acetate kinase gene and study its physiological and biochemical effects in the metabolic pathway of hydrogen production, so as to provide a basis for optimizing the optimal hydrogen production metabolic process.
3. The enzyme activity regulation of PTA and AK in acetic acid metabolism is similar. Studies have also found that when wild Corynebacterium glutamicum grows on a medium that uses acetic acid (instead of glucose) as a carbon source, the enzyme activities of PTA and AK are significantly increased. This phenomenon is a concrete manifestation of the glucose effect in microbial carbon metabolism, which implies that these enzymes may have negative regulatory effects on the glucose substrate or positive regulatory effects on the acetic acid substrate in the link of gene expression.
4. In addition, when the amrGl gene is deleted or overexpressed, the regulation of PTA and AK enzyme activity has a certain change rule. According to the experimental results, the PTA and AK enzyme activities of the gene-deficient strains were significantly increased when they were grown on the glucose carbon source, and the basic medium containing the two carbon sources of glucose and acetic acid showed a single carbon source medium with acetate. The same enzyme activity. On the contrary, the overexpression strain of amrGl gene has a certain degree of reduction of PTA and AK enzyme activity on glucose medium.