Energy conservation in aerobically grown Staphylococcus aureus

Abstract

The present studies provide new data on the involvement of menaquinol oxidases in substrate oxidation and energy conservation in aerobically grown, resting cells of Staphylococcus aureus 17810R, starved of endogenous energy reserves and supplemented with glutamate or L-lactate. These cells were energetically competent, since they oxidized both substrates, generated an electrochemical proton gradient (Δμ_H⁺) and synthesized ATP via oxidative phosphorylation. Studies with KCN showed that: (i) L-lactate oxidation occurred via two terminal menaquinol oxidases – the ba₃-type sensitive to low KCN and the bo-type insensitive to cyanide, (ii) glutamate oxidation proceeded via the bo-type oxidase, and (iii) ATP synthesis with glutamate or L-lactate was coupled only to the bo-type oxidase. Also in glucose-grown cells oxidizing L-lactate, ATP synthesis was coupled to the highly repressed bo-type oxidase. It is suggested that in the respiratory chain of strain 17810R two energy coupling sites may be present: in the complex of NADH-menaquinone oxidoreductase and in the complex of the bo-type menaquinol oxidase. The rate of ATP synthesis was similar with both substrates, but the rate of their oxidation differed significantly: the P/O ratios were 1.5 and 0.03 with glutamate and L-lactate, respectively. CCCP accelerated glutamate oxidation by 50% but was without effect on L-lactate oxidation. In cell lysates, the rates of NADH and L-lactate oxidation were equal. It is concluded that in whole cells of S. aureus 17810R oxidation of NADH derived from glutamate breakdown is tightly coupled to phosphorylation, while L-lactate oxidation seems to be rather loosely coupled.

Résumé

Conservation de l'énergie chez Staphylococcus aureus en aérobiose. La présente étude fournit des nouvelles données sur l'implication des ménaquinol-oxydases dans l'oxydation du substat et dans la conservation de l'énergie par des cellules de Staphylococcus aureus 17810R qui se sont développées en aérobiose, qui sont privées de reserves d'energie endogènes et supplémentées avec du glutamate ou du L-lactate. Ces cellules sont énergiquement compétentes: elles oxydent les deux substrats, génèrent un gradient protonique électrochimique (Δμ_H+) et synthétisent de l'ATP par phosphorylation oxydative. L'utilisation de KCN montre que [1] l'oxydation du L-lactate a lieu par la voie des deux ménaquinol-oxydases terminales, celle de type ba₃ sensible à un taux faible de KCN et celle de type bo résistante au cyanure; [2] l'oxydation du glutamate a lieu via l'oxydase de type bo; et [3] la synthèse de l'ATP sur glutamate ou L-lactate est liée exlusivement à la bo. De même dans les cellules développées sur glucose et oxydant le L-lactate, la synthèse de l'ATP est couplée à la bo fortement réprimée. Il est suggéré que deux sites énergétiques sont présents dans la chaîne respiratoire de la souche 17810R: le complexe NADH/ménaquinone-oxydoréductase et le complexe ménaquinol-oxydase de type bo. Le taux de synthèse de l'ATP est similaire pour les deux substrats mais les taux d'oxydation diffèrent significativement: le rapport P/O est de 1,5 pour le glutamate et de 0,03 pour le L-lactate. Le CCCP accélère de 50 % l'oxydation du glutamate; il est sans effet sur l'oxydation du L-lactate. Dans les lysats cellulaires, les taux d'oxydation du NADH et du lactate sont équivalents. En conclusion, dans les cellules entières de S. aureus 17810R, l'oxydation du NADH dérivé du catabolisme du glutamate est étroitement liée à la phosphorylation alors que l'oxydation du L-lactate semble très peu liée.