Publications

NADPH-type GDH might be an important feature of glutamate
overproduction as a physiological link to fatty acid synthesis.
Oxoglutarate is reductively aminated to afford
L
-glutamate
synthesis, and there are two principal mechanisms to achieve
this. Either GDH (
Elke et al., 1993
;
Labarre et al., 1993
) or the
glutamine synthetase (GS) (
Jakoby et al., 1997
). GS/glutamate
synthase (also known as glutamine: 2-oxoglutarate amino-
transferase, GOGAT) system is operative (
Kanno, 1999
;
Trotschel et al., 2003
). GDH was genetically and enzymatically
analyzed in B.
flavum (
Shiio and Ujigawa, 1978
), C. glutamicum,
and Corynebacterium callunae (
Ertan, 1992b
). These studies
indicated that the formation of glutamate in coryneform
bacteria is mainly dependent on GDH because (1) GDH
defective mutants of B.
flavum showed
L
-glutamate auxotrophy
(
Shiio and Ujigawa, 1978
) and lower
L
-glutamate production
in the presence of high ammonia concentration (
Sung et al.,
1985
), (2) the GS/GOGAT system of coryneform bacteria was
repressed at high ammonia concentrations, and (3) GDH
activity was far higher than GOGAT activity (
Ertan, 1992b
;
Sung et al., 1984
). As shown with the cloned gdh gene available
(
Elke et al., 1993
), however, GDH is in principle not essential
for
L
-glutamate synthesis and excretion with the wild type
(
Labarre et al., 1993
), albeit the situation for high-level
production might be different. In gdh mutants, the GS/GOGAT
system
substitutes
the
absent
dehydrogenase
activity
(
Ertan, 1992a,b
). Interestingly, upon gdh overexpression, the
intracellular glutamate pool is increased without resulting in
increased excretion (
Labarre et al., 1993
), which indicates
a limiting export system. Although GDH and GS/GOGAT often
are depicted as alternative mechanisms, both systems are
operating in parallel, as for instance derived by an in vivo
flux
analysis (
Tesch et al., 1998
). One important aspect is that GS
activity has to be regarded as a reaction removing glutamate.
Indeed, glutamine synthesized by GS from glutamate is an
undesirable by-product in
L
-glutamate production. The
components of the respiratory chain and the ATPase of
C. glutamicum have been studied (
Kusumoto et al., 2000
;
Matsushita et al., 1998
). Interestingly, with the mutated AtpG
subunit of the H
þ
ATPase (
Sekine et al., 2001
), glutamate
production was abolished, although the mutant accumulated
pyruvate-derived metabolites in large concentrations, as well as
a considerable concentration of oxoglutarate, suggesting major
cellular changes due to the altered energy situation of the
mutant. Since glutamate excretion is strictly energy dependent
(
Burkovski et al., 1996
;
Hoischen and Krämer, 1990
), the
energy situation in the mutant might be unfavorable to allow
for the export of glutamate.
Anaplerotic Pathways in C. glutamicum
The anaplerotic reactions present at the junction between
glycolysis and the TCA cycle are of particular importance for
glutamate synthesis, since net carboxylation must occur
(
Figure 3
). Individual enzymes of these reactions have been
studied with respect to glutamate and lysine formation (
Cocain-
Bousquet et al., 1996
;
Sano et al., 1987)
. Interestingly, during
glutamate overproduction, as triggered by a temperature
increase, phophoenolpyruvate carboxylase (PEPCx) activity
carries up to 70% of the glutamate
flux, whereas pyruvate
Figure 4
Branch points in glutamate and lysine production pathways of Corynebacterium glutamicum.
508
Corynebacterium glutamicum
Encyclopedia of Food Microbiology, Second Edition, 2014, 504–517

tải về 1 Mb.

Chia sẻ với bạn bè của bạn: