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Lexikon der Biochemie: auxotrophe Mutanten

auxotrophe Mutanten, Mangelmutanten, gegenüber der Ausgangsform (Elternformen, Wildtypzellen) durch vermehrte Ernährungsansprüche ausgezeichnete Mutanten. Verbindungen, die die Mutanten nicht mehr selbst synthetisieren können, müssen mit dem Nährmedium als Vitamine oder Substrate zugeführt werden. Ohne diese können die a. M. im Unterschied zum Ausgangstyp nicht mehr wachsen.
A. M. von Mikroorganismen spielen bei der Aufklärung von Biosynthesewegen (Mutantentechnik) eine bedeutende Rolle. Man unterscheidet mono- und polyauxotrophe Mutanten. Bei monoauxotrophen Mutanten ist nur ein Gen ausgefallen, so dass die Zuführung nur eines Stoffs zur Wiederherstellung der Wachstumsfähigkeit genügt. Bei polyauxotrophen Mutanten stellen erst mehrere Stoffe die Lebensfähigkeit wieder her. Dabei unterscheidet man: echte polyauxotrophe Mutanten, die polygenisch und polyauxotrophe Einfachmutanten, die monogenisch bedingt sind. Letztere kommen vor 1) in verzweigten Biosyntheseketten, wenn der Stoffwechselblock vor der Verzweigungsstelle liegt, 2) in parallelen Biosyntheseketten, wenn die Reaktionen der beiden Parallelwege durch dieselben Enzyme katalysiert werden.
Den ersten Fall verdeutlicht das Beispiel der Methionin-lsoleucin-Doppelauxotrophen. Sie bedürfen bei Wachstum auf einem Minimalmedium der Supplementierung mit Methionin + Isoleucin oder Methionin + Threonin (da Threonin in Isoleucin umgewandelt werden kann). Der Stoffwechselblock liegt vor der Bildung von L-Homoserin, von dem ausgehend die Verzweigung der Synthesekette erfolgt:





Beispiel für den zweiten Fall ist der mutative Ausfall der Reduktoisomerase bei der Biosynthese von L-Valin und L-Isoleucin. Das Enzym katalysiert in den parallelen Reaktionswegen der Valin-Isoleucin-Synthese eine mit einer Reduktion gekoppelte Isomerisierungsreaktion, die in der Valinsynthese zu α,β-Dihydroxyisovaleriansäure und in der Isoleucinsynthese zu α,β-Dihydroxy-β-methylvaleriansäure führt. In beiden Synthesewegen ist es dasselbe Enzym, das jeweils zwei aufeinanderfolgende Reaktionsschritte vermittelt. Ausfall der Reduktoisomerase durch Mutation des betreffenden Gens führt zur Valin-Isoleucin-Doppelauxotrophie. Die resultierenden Val-/Ile--Mutanten sind doppelauxotrophe Einfachmutanten. Sie benötigen zum Wachstum die Supplementierung mit Valin und Isoleucin:




(2) sind die von Reduktoisomerase katalysierten Schritte, I3 ist α,β-Dihydroxyisovaleriansäure, Ic ist α,β-Dihydroxy-β-methylvaleriansäure.
Ein polyauxotropher Nährstoffbedarf einer Mutante durch Mutation eines Gens und Ausfall eines Proteins kann nicht entstehen, wenn von dem betreffenden Enzym lsoenzyme vorliegen, die durch unterschiedliche Gene codiert werden.

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