Incorporation von [D‐4,5‐3H]‐Ieucine und [2‐14C]‐Acetat in die photosynthetischen Pigmente und Chinone von Chlorella pyrenoidosa
Authors: Grumbach K. H. , Britton G. , Goodwin T. W. 
Published: March 2023

Der Metabolismus der photosynthetischen Pigmente und Chinone von Chlorella wurde mit Hilfe von 14CO2, [2‐14C]‐Acetat und [D‐4,5‐3H]‐Leucin als Vorstufen der Isoprenoidsynthese untersucht. Auch wurde untersucht, ob Leucin als Vorstufe in der Biosynthese der Terpenoide fungiert. Die Verwendung der Doppelmarkierung sollte bestehende Unterschiede in der Regulation und Biosynthese der Isoprenoide der Chloroplasten, Mitochondrien und des Zytoplasmas aufdecken. Neben der Verwendung von Radioisotopen wurde die Inkorporation von Deuterium in die Carotinoide verwendet, um den turnover der Prenyl‐Lipide direkt nachzuweisen.

In tracer‐kinetischen Untersuchungen mit 14CO2 konnte gezeigt werden, daß 14‐C‐α‐Carotin zu 14C‐Lutein und 14C‐ß‐Carotin zu 14C‐Zeaxanthin umgesetzt wird. Eine Vorstufenfunktion läßt sich auch für Plastohydrochinon‐9 nachweisen, das in Plastochinon‐9 umgesetzt wird.

Die Markierungskinetik der einzelnen Prenyl‐Lipide deutet auf einen schnellen turnover hin. Anhand der 14C‐Inkorporationskinetik wurden Halbwertszeiten im Bereich von 30 min bis 220 min ermittelt, während sich aus den Dekorporationskinetiken Zeiten von 9 bis 113 h ergeben. Prenyl‐Lipide wie die Carotine, Chlorophyll a und Plastochinon‐9, die einerseits Vorstufenfunktion besitzen, andererseits aber auch direkt an der Photosynthese beteiligt sind, werden schneller umgesetzt als ihre Folgeprodukte. Somit scheint ein direkter Zusammenhang zwischen der Funktion des Prenyl‐Lipides im Chloroplasten und seinem Umsatz zu bestehen.

Sowohl Acetat wie auch Leucin werden von Chlorella als Vorstufen in der Terpenoidbiosynthese verwendet. Acetat wird aber wesentlich schneller inkorporiert als Leucin, was vielleicht darauf zurückzuführen ist, daß Leucin im Zytoplasma zu Acetat oder Mevalonsäure metabolisiert wird und dann in den Chloroplasten gelangt.

Auch im tracer‐kinetischen Experiment mit 14C‐Acetat und 3H‐Leucin läßt sich eine Vorstufen‐Produkt‐Beziehung für die Chlorophylle, Carotinoide und Chinone zeigen. Im Vergleich zu den Experimenten mit 14CO2 zeigen die tracer‐kinetischen Experimente mit 14C‐Acetat und 3H‐Leucin, daß die Chloroplasten‐Isoprenoide wesentlich langsamer metabolisiert werden und ihre Umsatzraten mehr jenen entsprechen, die aus den 14C‐Dekorporationskinetiken des 14CO2‐Experimentes resultieren. Es zeigt sich aber auch hier, daß jene Prenyl‐Lipide, die direkt an der Photosynthese beteiligt sind, schneller metabolisiert werden.

Daß die Chloroplasten‐Isoprenoide in autotroph kultivierten Chlorellen einem ständigen turnover unterliegen, läßt sich auch sehr eindrucksvoll mit Hilfe der Deuterium‐Inkorporation für die Carotine zeigen. Die aus der Deuterium‐Inkorporation erhaltenen Umsätze der Carotine entsprechen in etwa denen, die sich aus ihrer Dekorporationskinetik im tracer‐kinetischen Experiment mit [2‐14C]‐Acetat und [D‐4,5‐3H]‐Leucin ergeben, zeigen allerdings, daß a‐Carotin wesentlich schneller umgesetzt wird als ß‐Carotin.

Die Untersuchungen wurden durch ein Stipendium der Deutschen Forschungsgemeinschaft im Austausch mit der British Royal Society an K.H.G. unterstützt, wofür wir uns bedanken.