Abstract
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1.
When growing with cyclodextrins, Klebsiella pneumoniae M 5 al produces extracellular cyclodextrin glucanotransferase in amounts comparable to those obtained during the growth with potato starch.
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2.
Intracellular cyclodextrin glucanotransferase-activity was demonstrated to be present in the homogenates of cells grown with cyclodextrins. In addition, an amylomaltase-like enzyme and the maltodextrin phosphorylase could be pointed out. The cyclodextrins are metabolized to glucose-1-phosphate and glucose by the concerted actions of these three enzymes. paraGlucose-1-phosphate is liberated from cyclohexaamylose by the actions of purified cyclodextrin glucanotransferase and purified maltodextrin phosphorylase. The liberation of the sugar phosphate is increased fivefold by addition of glucose as an acceptor. This sugar, however, retards the formation of glucose-1-phosphate from the cyclic compound by the enzymes of the cell extract: In the presence of glucose the amylomaltase is incapable of synthesizing substrates for the phosphorylase from maltose. This experimental result clearly demonstrates that the amylomaltase is involved in the disproportionation of maltosaccharides arising from the cyclodextrins.
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3.
A NADP+-specific glucose dehydrogenase was demonstrated to be present in the cell extracts. This enzyme, which is activated by ADP, may control the energy-depending pool of free glucose. Glucose originates from the disproportionation of maltosaccharides catalyzed by the glucanotransferases.
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4.
A glucose-1-phosphate-hydrolysing phosphatase, which is shown to be present in the cell extract, seems to be without physiological significance for the metabolism of the cyclodextrins.
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5.
Preliminary permeation studies make it probable that the cyclodextrins are transported into the cells as such and degraded only within the cells.
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6.
A scheme for the metabolism of cyclodextrins in Klebsiella pneumoniae M 5 al is proposed.
Zusammenfassung
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1.
Klebsiella pneumoniae M 5 al wächst mit Cyclodextrinen gleich gut wie mit Glucose. Die mit den cyclischen Kohlenstoffquellen synthetisierte Menge an extracellulärer Cyclodextrin-Glucanotransferase entspricht derjenigen, wie sie bei Wachstum mit Kartoffelstärke produziert wird.
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2.
Im Zellextrakt der mit Cyclodextrinen gewachsenen Zellen kann intracelluläre Cyclodextrin-Glucanotransferase festgestellt werden. Daneben lassen sich ein amylomaltase-ähnliches Enzym und die Maltodextrin-Phosphorylase nachweisen. Diese drei Enzyme sind im wesentlichen für den Abbau der Cyclodextrine verantwortlich.
Gereinigte Cyclodextrin-Glucanotransferase und gereinigte Maltodextrin-Phosphorylase setzen aus Cyclohexaamylose Glucose-1-Phosphat frei. Während in diesem System die Geschwindigkeit der Glucose-1-Phosphat-Freisetzung durch Zugabe des Akzeptors Glucose verfünffacht wird, verzögert Glucose die Bildung von Glucose-1-Phosphat durch die Enzyme des Zellextraktes: Die Amylomaltase ist in Gegenwart von Glucose unfähig, Substrate für die Phosphorylase aus Maltose aufzubauen. Aufgrund dieser experimentellen Befunde kann die Beteiligung des Enzyms an der Disproportionierung der durch Linearisierung der Cyclodextrine entstehenden Maltosaccharide als sicher gelten.
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3.
Das Zellhomogenat enthält eine durch ADP aktivierbare NADP+-spezifische Glucose-Dehydrogenase. Dieses Enzym könnte den energie-abhängigen Pool an freier Glucose kontrollieren. Glucose entsteht bei der Disproportionierung der Maltosacchaide durch die Glucanotransferasen.
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4.
Eine im Zellextrakt nachzuweisende Glucose-1-Phosphat spaltende Phosphatase scheint keine physiologische Bedeutung beim Metabolismus der Cyclodextrine zu haben.
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5.
Orientierende Permeationsuntersuchungen machen es wahrscheinlich, daß die Cyclodextrine als solche in die Zelle transportiert und erst innerhalb der Zelle linearisiert werden.
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6.
Anhand der experimentellen Befunde wird ein Schema für den Metabolismus der Cyclodextrine durch Klebsiella pneumoniae M 5 al gegeben.
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Abbreviations
- Amylomaltase oder 1,4-α-d-glucan:
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1,4-α-glucan-4-α-glycosyltransferase (EC 2.4.1.25)
- Cyclodextrin-Glucanotransferase oder 1,4-α-d-glucan:
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4-α-(1,4-α-glucano)-transferase (cyclizing) (EC 2.4.1.19)
- Cyclodextrinase oder cyclic dextrin:
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dextrin hydrolase (decyclizing) (EC 3.2.1.54)
- Glucose-Dehydrogenase oder β-d-glucose:
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NAD(P)-1-oxidoreductase (EC 1.1.1.47)
- Maltodextrin-Phosphorylase oder 1,4-α-d-glucan:
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orthophosphate glucosyltransferase (EC 2.4.1.1)
- (EC 3.1.3.1) bzw (EC 3.2.3.2):
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Phosphatase oder orthophosphoric monoester phosphohydrolase
- CGT:
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Cyclodextrin-Glucanotransferase
- Glc-1-P:
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α-d-Glucopyranose-1-phosphorsäure
- Glc-1,6-DiP:
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α-d-Glucopyranose-1,6-diphosphorsäure
- pNPP:
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p-Nitrophenylphosphat
- Tris:
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Tris(hydroxymethyl)-aminomethan
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Bender, H. Cyclodextrin-Glucanotransferase von Klebsiella pneumoniae . Arch. Microbiol. 113, 49–56 (1977). https://doi.org/10.1007/BF00428579
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