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Izabela Jadwiga Waclawska-Krzeminski

• Transport processes across the membrane are essential to ensure survival of every living cell. Therefore, the exchange of membrane impermeable molecules is mediated by specific transport proteins, which are embedded in the lipid bilayer. One important class comprises secondary active transporters, which couple very efficiently the uphill transport of the main substrate against its concentration gradient to the downhill transport of an additional substrate. These transporters are widely distributed among all kingdoms of life and accomplish many crucial functions. One function is to counteract the deleterious effect of hyperosmotic stress in bacteria. Several members of the BCCT (betaine-choline-carnitinetransport) family of secondary transporters mediate osmostress protection by the accumulation of the compatible solute betaine or its precursor choline (Lamark et al., 1991; Peter et al., 1996; Ziegler et al., 2010). Besides osmo-dependent sodium or proton-coupled symporters, the BCCT family includes few rare representatives of osmo-independent transporters such as the substrate:product antiporter CaiT from E. coli (Jung et al., 2002; Ziegler et al., 2010). The best-characterized member of the BCCT family is the sodium-coupled betaine transporter BetP from Corynebacterium glutamicum. BetP together with the ABCtransporter OpuA and the H+-solute symporter ProP, became a paradigm for osmoregulated osmolyte transport. Although, all three transporters were extensively studied, the general mechanism of osmoregulation is still far from being understood. Thus, one task of this thesis was to elucidate further the regulatory properties of BetP. BetP is tightly regulated by osmotic stress and is able to increase its basal betaine uptake activity dramatically upon elevated osmolalities within one second (Peter et al., 1998a). The osmotic stress is sensed by BetP via two stimuli, one is the increase of the internal K+ concentration above a threshold of 220 mM (Rübenhagen et al., 2001), the second is related to a change in the physical state of the membrane (Maximov et al., 2014). So far, several solved crystal structures in combination with functional and computational analysis provided insights into the coupling mechanism of betaine and its co-substrate sodium (Khafizov et al., 2012; Perez et al., 2012). Despite the wealth of data, the precise regulatory mechanism of trimeric BetP is still unclear.
• Transportprozesse durch die Membran sind essentiell um das Überleben jeder lebenden Zelle zu gewährleisten. Daher wird der Austausch Membranundurchlässiger Moleküle durch spezifische Transportproteine, die innerhalb der Lipid-Doppelschicht eingebettet vorliegen, ermöglicht. Eine wichtige Klasse dabei sind die sekundär aktiven Transporter, die den Transport des ersten Substrates entgegen das Konzentrationsgefälle sehr effizient an den Transport eines weiteren Substrates in Richtung Konzentrationsgefälle koppeln. Diese Transporter sind in allen Reichen des Lebens weit verbreitet, da sie äußerst wichtige Funktionen ausführen. Eine Funktion ist es, dem schädlichen Effekt von hyperosmotischen Stress in Bakterien entgegenzuwirken. Mehrere Mitglieder der BCCT (Betain-Cholin-Carnitin-Transport)-Familie von sekundären Transportern schützen vor osmotischem Stress durch die Akkumulation von dem kompatiblem Solut Betain oder dessen Vorstufe, dem Cholin (Lamark et al., 1991; Peter et al., 1996; Ziegler et al., 2010). Abgesehen von osmotisch abhängigen Natrium- und Proton-gekoppelten Symportern, gehören auch einige wenige osmotisch unabhängige Transporter, wie der Substrat:Endprodukt Antiporter CaiT von E. coli, zu der BCCT-Familie (Jung et al., 2002; Ziegler et al., 2010). Das bestcharakterisierte Mitglied der BCCT-Familie ist der Natrium-gekoppelte Betain-Transporter BetP von Corynebacterium glutamicum. BetP zählt zusammen mit dem ABC-Transporter OpuA und dem H+-Solut Symporter ProP als Paradigma für osmotisch regulierten Osmolyt-Transport. Obwohl alle drei Transporter ausgiebig untersucht worden sind, ist der generelle Mechanismus der Osmoregulation noch weitgehend unverstanden. Demnach war eine Aufgabe, die Aufklärung weiterer regulatorischen Eigenschaften von BetP.