Aerobic Nitrogen Fixation in Azotobacter Vinelandii

Aerobic Nitrogen Fixation in Azotobacter Vinelandii

AEROBIC NITROGEN FIXATION IN AZOTOBACTER VINELANDII CENTRALE LANOBOUWCATALOGUS 0000 0086 9491 Ditproefschrif tme tstellinge nva n HUBERTUSBONIFACIU SCHRISTOPHORU SMARI AHAAKE R doctorandus ind eChemie ,gebore no p2 4jul i 1946,t eBadhoevedorp ,i sgoedge - keurddoo rd epromoto rDr .C .Veeger ,hoogleraa r ind eBiochemie . De Rector Magnifieus nan de Landbovwhogesahool, J.P.H.va nde rWan t Wageningen, 17 deaembev 1976. : YVT) XO\ &7 H.B.C.M. Haaker Aerobic nitrogen fixation in Azotobacter vinelandii (with a summary in Dutch) Proefschrift terverkrijgin gva nd egraa d vandocto r ind eLandbouwwetenschappen , op gezagva nd eRecto rMagnificus , Dr. Ir.J.P.H .va nde rWant , hoogleraar ind eVirologie , inhe topenbaa r teverdedige n opwoensda g 16februar i197 7 desnamiddag st evie ruu ri nd eAul a vand eLandbouwhogeschoo l teWageninge n l$n —/09///-& i These investigations were carried outunde r theauspice s of the Netherlands Foundation for Chemical Research (S.O.N.)wit h financial aid from the Netherlands Organization for theAdvancemen t ofPur eResearc h (Z.W.O.). /£////&>/ fa STELLINGEN i Zonderhe t tebeseffe n latenAppleb y et at. zien dat in Rhizobium bacteroiden het electronen transport naar denitrogenas e geremd wordt door eenontkoppelaar . Appleby,C.A. , Turner,G.L . and Macnicol,P.K . (1975) Biochim. Biophys.Acta ,387 ,461-474 . 2 Deuitspraa k dat denitrogenas e activiteit aanwezig ind ewortelknolletje sva n sojabonen gereguleerd wordt doorAT P alsmeded e energielading kan niet gedaan worden aan dehan d vand e gepresenteerde experimenten. Ching,T.M . (1976)Lif e Sciences 18,1071-1076 . Deredoxpotentiaa l van Azotobaater vinelandii (4Fe-4S)„ ferredoxine Ii sori - danks de redoxpotentiaal metingen van Yoch enArno n en Sweeny et al.- nog steeds niet bepaald. Yoch,D.C . and Arnon,D.I . (1972)J . Biol. Chem. 247,'4514 - 4520. Sweeny,W.V. ,Rabinowitz ,J.C .an d Yoch,D.C . (1975)J . Biol. Chem. 250,7842-7847 . 4. Dedoo r Abramovitze n Massey aangedragen experimenten leveren onvoldoende bewijs voorhe tbestaa n van eencharge-transfe rcomple x tussen old yellow enzyme en fenolen. Abramovitz,A.S .an d Massey,V . (1976)J . Biol. Chem.251 , 5327-5336. 5 Deopvattin gva nEdmondso ne n Tollin,da td e ionisatie toestand van hetaa n fla- vodoxine gebonden flavine hydrochinon bepaalt ofvolledig e reductie van flavo- doxine kan worden verkregen ofniet ,i snie tbewezen . Edmonson,D .E .an d Tollin,G . (1971)Biochemistr y 10,133-145 . 6 Songheef t zich debeperkinge n van de gebruikte rekenmethodeo md e ligging van triplet niveaus te voorspellen niet gerealiseerd. Song,P.S . (1969)J . Phys. Chem. 72,536-542 . 7 Deverklarin g gegeven door Denairie et al. voorhe t feitda t adenine-behoeftige mutanten van Rhizobium zich niet tot stikstofbindende bacteroiden ontwikkelen, ishoogs t speculatief. Denarie,J. , Truchet,G . and Bergeron,B. : In:Symbioti c nitrogenfixation inplant s (P.S.Nutman ,ed. )47-6 1 Cambridge University Press,Cambridg e 1976. Het invoeren van kabel-t.v. kan dedemocratiserin go pplaatselij knivea u sterk bevorderen enhe twar e gezicht van plaatselijke hoogwaardigheidsbekleders dui- delijk doen uitkomen. 9 Dehuidig e mogelijkheid rente onbeperkt aftrekbaar tedoe n zijn vanhe tbelast - baar inkomen isonrechtvaardi g enwerk t denivellerend. Proefschriftva n H. Haaker BIBLTOTHEEK nv'K LANDBOUW;-L ',) r ,ESCHOO L WAGEiNIMGEN Voor niets gaat de zon op. Aan Ursula mijn ouders Maruscha Misoha Voorwoord Hetwer kbeschreve n indi tproefschrif t isuitgevoer d inhe tLaboratoriu m voor Biochemieva nd eLandbouwhogeschoo l teWageninge ne nmogelij kgemaak tdoo r financielesteu nva nd eNederlands eOrganisati evoo r ZuiverWetenschappelij k Onderzoek (Z.W.O.). Iedereen zalbegrijpe nda t zonderd edirect ehul pva nvele n iknie tin - staat zouzij ngewees tdi tproefschrif tvoor t tebrengen . Omhe trisic o tevermijden ,da t ik iemand zouvergete n tenoemen ,wi l ik volstaanme tbi jdez e iedereenhartelij k tebedanken ,di eheef tbijgedrage n tot deverwezenlijkin gva ndi tproefschrift . Voorwoord Hetwer kbeschreve n indi tproefschrif t isuitgevoer d inhe tLaboratoriu m voor Biochemieva nd eLandbouwhogeschoo l teWageninge ne nmogelij k gemaaktdoo r financiele steunva nd eNederlands eOrganisati e voor ZuiverWetenschappelij k Onderzoek (Z.W.O.). Iedereenza lbegrijpe nda t zonderd edirect ehul pva nvele n iknie tin - staat zou zijngewees tdi tproefschrif tvoor t tebrengen . Omhe trisic o tevermijden ,da t ikieman d zouvergete nt enoemen ,wi l ik volstaanme tbij dez e iedereenhartelij k tebedanken ,di eheef tbijgedrage n tot deverwezenlijkin gva ndi tproefschrift . Contents Listo fabbreviation s 10 Listo fenzyme s 11 Introduction 13 I Regulationo fdinitroge nfixatio ni nintac t Azotobaater vinelandv 21 II Regulationo frespiratio nan dnitroge nfixatio ni ndifferen ttyp e 35 of Azotobaater vinelandii III Aerobicnitroge nfixatio ni n Azotobaater vinelandii 45 IV Involvement ofth ecytoplasmi cmembran ei nnitroge nfixatio nb y 61 Azotobaater vinelandii Discussion 81 Summary 91 Samenvatting 93 List of abbreviations ADP adenosine 5'-diphosphate AMP adenosine 5'-monophosphate ATP adenosine 5'-triphosphate CoA coenzymeA DEAE diethylaminoethyl EDTA ethylene-diaminetetra-acetate NAD+ oxidized nicotinamide-adenine dinucleotide NADH reduced nicotinamide-adenine dinulceotide NADP+ oxidized nicotiamide-adenine dinucleotide phosphate NADPH reduced nicotiamide-adenine dinucleotide phosphate P phosphate residues Tes N-tris[hydroxymethyl j methyl-2-amino ethane TPP thiamine pyrophosphate tricine N-[tris(hydroxymethyl)-methyT)-glyci n tris trisfhydroxymeth yll-aminom ethan e 10 List of enzymes In this thesis thenon-systemati c names of enzymes areused . This list includes the trivial and the systematic names of the enzymes;als o is included the enzyme number according to theRepor t of the Commission for Enzymes of the International Union of Biochemistry. EC number Systematic name Trivial name 3.6.1.3 ATP phosphohydrolase ATPase 4.1.2.14 3-deoxy-2-keto-6-phosphogluconate glyceraldehyde-3-phosphate-lyase 1.1.3.4 S-D-glucose: oxygen 1-oxido- glucose oxidase reductase 1.1.1.49 D-glucose-6-phosphate:NAD P glucose-6-phosphatedehydrogenas e 1-oxidoreductase 1.11.1.6 hydrogen-peroxide: hydrogen catalase peroxide oxidoreductase 1.1.1.44 6-phospho-D-gluconate:NAD P 6-phosphogluconate 2-oxidoreductase dehydrogenase (decarboxylating) 4.2.1.12 6-phosphogluconatehydro-lyas e 1.2.4.1 pyruvate: lipoateoxido ­ pyruvate dehydrogenase reductase complex (acceptor acylating) 1.6.1.1 Reduced-NADP+: NAD+ oxido­ NAD(P) transhydrogenase reductase nitrogenase 11 Introduction GENERAL INFORMATIONABOU TNITROGE N FIXATION Thereductio no fmolecula rnitroge nt oammoni aha slon gbee nknow nt ob ea propertyo fmicroorganism spresen ti nth eroo tnodule so flegumenes . Hellriegel& Withfart h (1) wereth efirs tone st odemonstrat ebiologica l nitrogen fixationbac ki n1880 ,bu ti nth efollowin g6 0year s onlyfou r organismswer e shownt ocarr you tthi sreaction :th efree-livin gbacteri a Azotobaatev sppan d Clostridium spp; theobligator ysymbioti c Rhizobium spp- legumeassociation san dth eblue-gree nalga e Nostoa. Inth epas t2 0year s thereha sbee na grea tupsurg eo fresearc h intoman y aspectso fnitroge n fixation,a chang etha tha sbee ndu elargel yt oth edevelopmen to fne wmethod s formeasurin gth eprocess .I nth eearl ystudies ,nitroge nreductio nwa sdetect ­ edb yusin gth einsensitiv eKjehldah lmetho dt omeasur eth etota lnitroge n contento fmicroorganism so rplant sbefor ean dafte rgrowt hi nmedi ai nwhic h thesol e sourceo fnitroge nwa smolecula rnitrogen .Th eintroductio nb yBurri s andMille ri n194 2o fisotopi cmethod sprovide da mor esensitiv ean dconvenien t wayo ffollowin gth ereaction .Wor ko nth ebiochemistr yo fth eproces sstart ­ ed,followin gth edemonstratio ni n196 0tha tcell-fre eextract so f Clostridium pasteurianum produceammoniu m ions fromnitroge n (2). The enzymeresponsibl efo rth ecatalysi so fnitroge nreductio nt oammoni aha s beenterme dnitrogenase .Th ediscover y thatth eenzym ewil l alsoreduc e acetylenet oethylene ,a compoun dwhic hca nrapidl yan dsensitivel y determined byga schromatographi c techniques,ushere di nth eexplosio no fresearc ho n nitrogenfixatio ntha texist sa tth epresen t time.A historica lrevie wo fth e developmentsi nth efiel dbetwee n192 0an d197 0ha sbee nwritte nb yBurris(3) . Nitrogenfixatio nresearc hca nroughl yb edevide d intoth efollowin gdirec ­ tions.Recen treviews ,book so rarticle sar egiven . a.biolog y (6,7) b.molecula rbiolog y (8-10) c.enzymolog y (11-15) d.physiolog y (14-17) e.chemica lnitroge nfixatio n (14,15,18,19) 13 INTRODUCTIONT OAEROBI CNITROGE NFIXATIO N Themai nai mo fthi sthesi si st odescrib eho wobligat eaerobe ssuc ha s Azotobacter vinelandii, areabl et ocarr you tth ever yreductiv eproces so f nitrogenfixatio ni na naerobi cenvironment .Th eproble mi sdivide dint o twoparts :1 )Generatio no freducin gequivalent sfo rnitrogenase ; 2)protectio no fnitrogenas eagains tinactivatio nb yoxygen . 1.GENERATIO NO FREDUCIN GEQUIVALENT S Inanaerobi cnitrogen-fixin gorganism sreduce dferredoxi ni sth ephysiologica l electrondono rfo rnitrogenase .Ferredoxi nca nb ereduce di ndifferen tways : bypyruvat ei nth eso-calle dphosphoroclasti creaction ,a nactivit ywhic h hasbee ndetecte di n Clostridium pasteurianum (20), Bacillus polymyxaffl), Klebsiella pneumoniae(22); andb yothe rstron greducin gagent ssuc ha sF L orformat e (22,23). Ferredoxini sals oth eelectro ndono rfo rnitrogenas ei nphotosyntheti c bacteriaan dblue-gree nalgae ,th eferredoxi ni ntur nbein

View Full Text

Details

  • File Type
    pdf
  • Upload Time
    -
  • Content Languages
    English
  • Upload User
    Anonymous/Not logged-in
  • File Pages
    94 Page
  • File Size
    -

Download

Channel Download Status
Express Download Enable

Copyright

We respect the copyrights and intellectual property rights of all users. All uploaded documents are either original works of the uploader or authorized works of the rightful owners.

  • Not to be reproduced or distributed without explicit permission.
  • Not used for commercial purposes outside of approved use cases.
  • Not used to infringe on the rights of the original creators.
  • If you believe any content infringes your copyright, please contact us immediately.

Support

For help with questions, suggestions, or problems, please contact us