Uptake of Amino Acids and Their Metabolic Conversion into the Compatible Solute Proline Confers Osmoprotection to Bacillus subtilis

脯氨酸 枯草芽孢杆菌 氨基酸 生物化学 生物合成 生物 谷氨酸 谷氨酸受体 渗透性休克 氨基酸合成 细菌 赖氨酸 基因 遗传学 受体
作者
Adrienne Zaprasis,Monika Bleisteiner,Anne Kerres,Tamara Hoffmann,Erhard Bremer
出处
期刊:Applied and Environmental Microbiology [American Society for Microbiology]
卷期号:81 (1): 250-259 被引量:66
标识
DOI:10.1128/aem.02797-14
摘要

ABSTRACT The data presented here reveal a new facet of the physiological adjustment processes through which Bacillus subtilis can derive osmostress protection. We found that the import of proteogenic (Glu, Gln, Asp, Asn, and Arg) and of nonproteogenic (Orn and Cit) amino acids and their metabolic conversion into proline enhances growth under otherwise osmotically unfavorable conditions. Osmoprotection by amino acids depends on the functioning of the ProJ-ProA-ProH enzymes, but different entry points into this biosynthetic route are used by different amino acids to finally yield the compatible solute proline. Glu, Gln, Asp, and Asn are used to replenish the cellular pool of glutamate, the precursor for proline production, whereas Arg, Orn, and Cit are converted into γ-glutamic semialdehyde/Δ 1 -pyrroline-5-carboxylate, an intermediate in proline biosynthesis. The import of Glu, Gln, Asp, Asn, Arg, Orn, and Cit did not lead to a further increase in the size of the proline pool that is already present in osmotically stressed cells. Hence, our data suggest that osmoprotection of B. subtilis by this group of amino acids rests on the savings in biosynthetic building blocks and energy that would otherwise have to be devoted either to the synthesis of the proline precursor glutamate or of proline itself. Since glutamate is the direct biosynthetic precursor for proline, we studied its uptake and found that GltT, an Na + -coupled symporter, is the main uptake system for both glutamate and aspartate in B. subtilis . Collectively, our data show how effectively B. subtilis can exploit environmental resources to derive osmotic-stress protection through physiological means.
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