Untersuchungen über die induktive Nicotinsäurehydroxylase-Bildung bei Mycobacterium smegmatis

Abstract

The ability to oxidize nicotinic acid enzymatically is widespread in the speciesMycobacterium smegmatis. On Löwenstein-Jensen medium grown resting cells of this species oxidize nicotinic acid only after a pronounced lag, whereas resting cells grown on Löwenstein-Jensen medium with the addition of nicotinic acid oxidize the homologous substrate immediately, thus indicating that the oxidation system is an inducible one. Further inducing agents are nicotineamide, 6-hydroxynicotinic acid, and α-ketoglutaric acid, but not 2-hydroxynicotinic acid, 2,6-dihydroxypyridine, 2,5-dihydroxypyridine, succinic acid, fumaric acid, and maleic acid. Purified cell free extracts of nicotinic acid grown cells (nicotinic acid hydroxylase) catalyze the oxidation of nicotinic acid with the uptake of 0,5 µmole of oxygen per µmole of substrate. But it is necessary that electron acceptors such as methylene blue, NAD or TTC are present. The reaction product is 6-hydroxynicotinic acid, which was isolated and identified by different methods (ultraviolet absorption spectra, melting point, chromatography). Because of the requirement for electron acceptors, the reactions leading to the formation of 6-hydroxynicotinic acid must involve a dehydrogenation step. The oxygen of the product must have its origin in water oxygen rather than molecular oxygen. It can be concluded that 6-hydroxy-5,6-dihydronicotinic acid is the intermediate of the mycobacterial oxidation of nicotinic acid to 6-hydroxynicotinic acid.

Further intermediates of the enzymatic degradation of nicotinic acid byMycobacterium smegmatis are 2,3,6-trihydroxypyridine and α-ketoglutaric acid.

Zusammenfassung

Die Fähigkeit, Nicotinsäure enzymatisch abzubauen, ist in der SpeciesMycobacterium smegmatis weit verbreitet. Ruhende Zellen von Stämmen dieser Species, die auf Löwenstein-Jensen-Nährböden vorgezüchtet worden sind, oxydieren Nicotinsäure erst nach einer längeren „lag“-Phase, während ruhende Zellen der gleichen Stämme, wenn sie auf nicotinsäurehaltigem Löwenstein-Jensen-Nährboden gezüchtet worden sind, das homologe Substrat sofort oxydieren. Die enzymatische Oxydation der Nicotinsäure ist somit induzierbar. Weitere induzierende Agentien sind Nicotinamid, 6-Hydroxynicotinsäure und α-Ketoglutarsäure, dagegen nicht 2-Hydroxynicotinsäure, 2,6-Dihydroxypyridin, 2,5-Dihydroxypyridin, Bernsteinsäure, Fumarsäure und Maleinsäure. Es wurden gereinigte zellfreie Extrakte (Nicotinsäurehydroxylase) des StammesMycobacterium smegmatis SN 2, der auf nicotinsäurehaltigem Löwenstein-Jensen-Nährboden vorgezüchtet worden war, hergestellt. Diese Extrakte katalysieren die Oxydation von Nicotinsäure unter Aufnahme von 0,5 µmol Sauerstoff pro µmol Substrat. Dabei ist die Anwesenheit von Elektronenacceptoren wie Methylenblau, NAD oder TTC erforderlich. Das Reaktionsprodukt ist 6-Hydroxynicotinsäure, die unter Anwendung verschiedener Methoden isoliert und identifiziert werden konnten. Da die Anwesenheit von Elektronenacceptoren erforderlich ist, muß an den Reaktionen, die zur Bildung von 6-Hydroxynicotinsäure führen, eine Dehydrogenierung beteiligt sein. Der Sauerstoff des Reaktionsprodukts wird sehr wahrscheinlich dem Wasser entnommen und nicht dem Sauerstoff der Luft. Als Zwischenprodukt der mykobakteriellen Oxydationen der Nicotinsäure zu 6-Hydroxynicotinsäure wird 6-Hydroxy-5,6-dihydronicotinsäure angenommen. Weitere Intermediärprodukte des enzymatischen Abbaues von Nicotinsäure durchMycobacterium smegmatis sind 2,3,6-Trihydroxypyridin und α-Ketoglutarsäure.