Macromolecular interactions, Consequences on carbohydrate metabolism

Abstract

Most cells are crowded with solutes, enzymes, nucleic acids, structural proteins and membranes. Crowding promotes macromolecular interactions and determines major properties of the cellular environment such as viscosity, diffusion and inhomogeneity. Macromolecular interactions that involve enzymes can affect the kinetic and regulatory properties of these, hence the interactions are part of the metabolic regulation.



The interaction between two sequential glycolytic enzymes from Saccharomyces cerevisiae, phosphofructokinase and aldolase, was characterized using aqueous polymer two-phase partitioning. Complex formation took place both in the presence and absence of AMP but activities were only enhanced in its presence. The metabolic advantage arising from this interaction is the channeling of fructose 1,6-bisphosphate.



Sucrose metabolism was studied in BY-2 tobacco cell suspensions, with focus on sucrose synthase (SuSy). Two isoforms, SuSy1 and SuSy2 with distinct catalytic properties could be isolated. They were differently regulated by the actin cytoskeleton. Furthermore, fructose 2,6-bisphosphate (F26BP), a powerful metabolic regulator, exerted its effect in an isoform-specific manner and more strongly so in the presence of actin. An indication for isoform specific SuSy association with plasma membrane (PM) was obtained.



To gain insight into existing regulatory mechanisms that are inevitably affected upon rupture of cellular structures and dilution of the cytosol, an in situ method was developed, based on the selective cell permeabilization with the channel forming peptide alamethicin. The method was found to be very useful in studies of the cytochrome and alternative pathway capacities and measurements of enzyme activities inside permeabilized cells, especially since the tonoplast remained intact.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Växter får energi att växa till och fortplanta sig genom fotosyntes och cellandning. Vid fotosyntesen använder växterna ljusenergin från solen medan vid cellandningen kolföreningar bryts ner för att frigöra den energi som behövs till olika kemiska processerna i cellen. Enzymer är proteiner som katalyserar dessa kemiska processer. För att omvandla ett utgångsämne (t ex socker) till något som cellen kan ha direkt nytta av krävs det ofta ett stort antal reaktioner. De flesta enzymer kan endast katalysera en specifik reaktion vilket innebär att en lång rad olika enzymer måste samverka, där den ena tillverkar en produkt vilken tjänar som utgångsämne för nästa enzym osv. I sådana processer är enskilda enzymer som länkar i en lång kedja. Växtcellerna omges av en stödjande cellvägg. Innanför cellväggen finns ett tunt cellmembran som innesluter cellens vätska med dess olika organeller. Exempel på organeller är kloroplaster och mitokondrier där fotosytnesen respektive cellandningen sker. Miljön inuti cellen är strukturerad bland annat genom att det också finns ett cellskelett. Cellskelettet består av olika proteiner och är mycket dynamiskt. Det omsätts ständigt och vissa delar av det kan byggas upp medan andra delar bryts ner. Cellskelettet fungerar dock inte bara som ett inre skelett, det utgör också en sorts inre muskler i cellen som ombesörjer transporter inuti den. Man kan säga att cellen är fylld av organeller och cellskelettprotein som tillsammans med olika lösta proteiner och andra ämnen ger en ganska 'trång' miljö. Kunskapen om enzymreaktionerna är till stor del baserad på studier av framrenade enskilda enzymer i ganska utspädda vattenlösningar. Men oftast räcker inte detta för att förklara de ofta ganska komplicerade cellulära processerna. Vad är det vi saknar? Vårt tillvägagångsätt har varit att försöka återskapa de lite mer 'trängre' förhållandena som egentligen präglar den levande cellens inre. I våra studier har vi använt framrenade enzymer och studerat hur de påverkar varandra i vattenhaltiga tvåfassystem. Vi har funnit att två enzymer som arbetar i följd, aldolas och fosfofruktokinas, verkligen kan sitta ihop tillfälligt och därmed påverka varandras egenskaper (Artikel I). Vi har också funnit att aktiviteten av enzymet sackarossyntas, vilket klipper sönder en rörsockermolekyl i glukos och fruktos, regleras av cellskelettetskomponent aktin (Artikel II). Vi har slutligen också tagit fram en metod att direkt studera enzymerna inuti cellerna (Artikel III). Vi tillsätter ett ämne som kan göra kanaler i cellernas membran. Kanalerna är så pass tunna att enzymerna kan inte passera ut igenom dem. Däremot släpper de igenom de ämnen som är substrat för enzymen, vilket möjliggör undersökningar av dem i den naturliga, proteinrika cellulära miljön.

• author: Matic, Sandra
• supervisor: [unknown] [unknown]
• opponent: Dr Miernyk, Jan
• organization: Department of Biology
• publishing date: 2004
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Biological Sciences
• keywords: macromolecular interactions, sucrose synthase, macromolecular crowding, cytoskeleton, BY-2 tobacco cells, alamethicin, aqueous polymer two-phase partitioning
• pages: 92 pages
• defense location: Lecture Hall, Sölvegatan 35, Lund
• defense date: 2004-11-12 10:15:00
• ISBN: 91-85067-15-6
• language: English
• LU publication?: yes
• additional info: Article: Matic, S., Widell, S., Åkerlund, H.-E. and Johansson, G.Interaction between phosphofructokinase and aldolase from Saccharomyces cerevisiae studied by aqueous two-phase partitioning.Journal of Chromatography B 751, 341-348 (2001) Article: Matic, S., Åkerlund, H.-E., Everitt, E. and Widell, S.Sucrose synthase isoforms in cultured tobacco cells.Plant Physiology and Biochemistry 42, 299-306 (2004) Article: Matic, S., Geisler, D., Møller, I. M., Widell, S. and Rasmusson, A. G.Alameticin permebilises plasma membrane and mitochondria but not tonoplast in tobacco cells.(manuscript) The information about affiliations in this record was updated in December 2015. The record was previously connected to the following departments: Biology building (Closed 2011) (011008000)
• id: 722eeb70-a6d0-4d15-9ffe-be6a8d26bcca (old id 467473)
• date added to LUP: 2016-04-04 11:40:23
• date last changed: 2018-11-21 21:06:25