RNF複合体は、アセトゲンアセトバクテリウムWoodiiの細胞NADHおよびフェレドキシンプールを可逆的にリンクするために不可欠なエネルギー結合トランスヒドロゲナーゼです

RNF複合体は、フェレドキシンの減少の酸化をNAD+の減少に触媒する呼吸酵素であり、この反応の負の自由エネルギー変化を使用して膜貫通イオン勾配を生成します。嫌気性酢酸菌の1つのクラスでは、RNF複合体は省エネと独立栄養成長に不可欠であると考えられています。ここでは、このクラスのモデル細菌であるAcetobacterium woodiiにおけるマーカーレス変異誘発の方法論を説明します。これにより、RNF遺伝子を削除し、in vivoの役割をテストすることができました。RNF変異体はH2プラスCO2で成長しませんでしたし、H2プラスCO2からアセテートまたはATPを生成しませんでした。この代謝。予想外に、変異体はエタノールや乳酸などの低エネルギー基質でも成長しませんでした。これらの基質の酸化は、フェレドキシンの還元と結合されるのではなく、NAD+のみと結合されており、成長表現型は、生合成とCO2の減少に不可欠なフェレドキシンの減少の喪失によって引き起こされると推測しました。A. woodiiの電子分散ヒドロゲナーゼはフェレドキシンを減少させ、実際、培養物にH2を添加してエタノールと乳酸に成長を回復します。これは、NADHを使用したフェレドキシンのエンダルゴニック還元がRNF複合体によって触媒される逆電子輸送によって駆動されるという仮説と一致しています。これにより、RNF複合体は低エネルギー基質の成長にも不可欠です。バクテリアですが、エネルギー的には、フェレドキシンの酸化還元電位はNADH/NAD+カップルよりも低いため、同等ではありません。Acetobacterium woodiiの変異体研究により、RNFの主な機能は、フェレドキシンとNAD+の細胞プールをNADHよりも大きい場合、フェレドキシンからNAD+へのエクセルゴニック電子の流れが化学拡散能力を生成することであると説明します。これは、独立栄養成長中の省エネにとって不可欠です。NADHがフェレドキシンよりも大きい場合、RNFは逆に動作します。この反応は、低エネルギー基質の成長に不可欠であり、増加したフェレドキシンを提供し、生合成とCO2の減少に不可欠です。私たちの研究は、膜結合イオン輸送RNF複合体の細菌に広く普及している細胞機能に新しい視点を置きました。

The Rnf complex is a respiratory enzyme that catalyzes the oxidation of reduced ferredoxin to the reduction of NAD+, and the negative free energy change of this reaction is used to generate a transmembrane ion gradient. In one class of anaerobic acetogenic bacteria, the Rnf complex is believed to be essential for energy conservation and autotrophic growth. We describe here a methodology for markerless mutagenesis in the model bacterium of this class, Acetobacterium woodii, which enabled us to delete the rnf genes and to test their in vivo role. The rnf mutant did not grow on H2 plus CO2, nor did it produce acetate or ATP from H2 plus CO2, and ferredoxin:NAD+ oxidoreductase activity and Na+ translocation were also completely lost, supporting the hypothesis that the Rnf complex is the only respiratory enzyme in this metabolism. Unexpectedly, the mutant also did not grow on low-energy substrates, such as ethanol or lactate. Oxidation of these substrates is not coupled to the reduction of ferredoxin but only of NAD+, and we speculated that the growth phenotype is caused by a loss of reduced ferredoxin, indispensable for biosynthesis and CO2 reduction. The electron-bifurcating hydrogenase of A. woodii reduces ferredoxin, and indeed, the addition of H2 to the cultures restored growth on ethanol and lactate. This is consistent with the hypothesis that endergonic reduction of ferredoxin with NADH is driven by reverse electron transport catalyzed by the Rnf complex, which renders the Rnf complex essential also for growth on low-energy substrates.IMPORTANCE Ferredoxin and NAD+ are key electron carriers in anaerobic bacteria, but energetically, they are not equivalent, since the redox potential of ferredoxin is lower than that of the NADH/NAD+ couple. We describe by mutant studies in Acetobacterium woodii that the main function of Rnf is to energetically link cellular pools of ferredoxin and NAD+ When ferredoxin is greater than NADH, exergonic electron flow from ferredoxin to NAD+ generates a chemiosmotic potential. This is essential for energy conservation during autotrophic growth. When NADH is greater than ferredoxin, Rnf works in reverse. This reaction is essential for growth on low-energy substrates to provide reduced ferredoxin, indispensable for biosynthesis and CO2 reduction. Our studies put a new perspective on the cellular function of the membrane-bound ion-translocating Rnf complex widespread in bacteria.