Verwertung von Pyrimidinderivaten durch Hydrogenomonas facilis

Zusammenfassung Dihydrouracil, 3-Ureidopropionat und -Alanin, die Intermediärprodukte des reduktiven Cytosinabbaues, wurden durch Zellen von Hydrogenomonas facilis als Kohlenstoff- und Stickstoffquelle verwertet, Barbitursäure und Malonsäure, die Intermediärprodukte des oxidativen Abbaues, dagegen nicht. Während der Inkubation mit Extrakten aus Zellen, die mit Cytosin als N-Quelle gewachsen waren, wurde Uracil zu Dihydrouracil, 3-Ureidopropionat und -Alanin umgesetzt. Barbitursäure und Harnstoff waren hierbei nicht nachweisbar. Nach Anzucht mit Cytosin waren die Enzyme Cytosin-Desaminase, Dihydrouracil-Dehydrogenase, Dihydrouracil-Hydrase und 3-Ureidopropionase, nicht aber Uracil-Oxidase in zellfreien Extrakten nachweisbar. Gegenüber den mit NH₄Cl gewachsenen Zellen zeigten die mit Cytosin herangezogenen Zellen eine deutlich erhöhte spezifische Aktivität an Dihydrouracil-Dehydrogenase und Dihydrouracil-Hydrase, nicht aber an Cytosin-Desaminase. Diesen Befunden zufolge unterliegen die Pyrimidinderivate Cytosin und Uracil in Hydrogenomonas facilis einem reduktive Abbau.

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Utilization of pyrimidine derivatives by Hydrogenomonas facilis I. Intermediates and enzymes of cytosine degradation

Summary Dihydrouracil, 3-ureidopropionate and -alanine, intermediates involved in the reductive degradation of cytosine, were utilized as a carbon and nitrogen source by cells of Hydrogenomonas facilis. Barbiturate and malonate, intermediates of the oxidative pathway, were not utilized. Uracil was converted to dihydrouracil, 3-ureidopropionate and -alanine during incubation with extracts from cells grown with cytosine as a nitrogen source. Barbiturate and urea were not detected under these conditions. The enzymes cytosine deaminase, dihydrouracil dehydrogenase, dihydrouracil hydrase and 3-ureidopropionase but not uracil oxidase were demonstrated in cell-free extracts from cells grown with cytosine. The specific activity of dihydrouracil dehydrogenase and dihydrouracil hydrase but not of cytosine deaminase was significantly higher in extracts from cytosine grown cells, as compared with extracts from cells grown with ammonia. These data indicate that cytosine and uracil undergo a reductive degradation in cells of Hydrogenomonas facilis.

     

Verwertung von Pyrimidinderivaten durch Hydrogenomonas facilis

Zusammenfassung Nach Behandlung mit 1-Nitroso-3-nitro-1-methylguanidin und nach Anreicherung in einem penicillinhaltigen Medium wurden von Hydrogenomonas facilis 35 Mutanten isoliert, die Uracil nicht mehr als N-Quelle zu nutzen vermochten. Eine Gruppe dieser Mutanten bildete keine Dihydrouracil-Dehydrogenase und verwertete Thymin, Orotsäure und Uracil nicht mehr. Eine zweite Gruppe hatte die Fähigkeit verloren, Dihydrouracil-Hydrase zu bilden und konnte Uracil, Orotsäure, Thymin, Dihydrouracil und Dihydrothymin nicht mehr verwerten. Während des Wachstums mit Cytosin wurde durch die erste Gruppe dieser Mutanten Uracil und durch die zweite Gruppe Dihydrouracil in das Nährmedium ausgeschieden.Die Enzyme Dihydrouracil-Dehydrogenase und Dihydrouracil-Hydrase waren in Zellen, die mit Cytosin, Uracil, Thymin oder Orotsäure angezogen worden waren, mit wesentlich höherer spezifischer Aktivität nachweisbar als in Zellen, die mit Ammoniumchlorid gewachsen waren. Dihydroorotsäure-Dehydrogenase und Dihydroorotsäure-Hydrase waren in den zellfreien Extrakten in keinem Fall nachweisbar. Die Befunde weisen daraufhin, daß Uracil und Thymin bei H. facilis durch eine unspezifische Dehydrogenase und Dihydrouracil und Dihydrothymin durch eine unspezifische Hydrase umgesetzt werden, und daß diese Enzyme in Gegenwart von Uracil, Thymin oder Orotsäure induktiv gebildet werden.

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Utilization of pyrimidine derivatives by Hydrogenomonas facilis II. Degradation of thymine and uracil by wild type and mutants

Summary 35 mutant strains, unable to utilize uracil as a nitrogen source, were isolated from Hydrogenomonas facilis following treatment with 1-nitroso-3-nitro-1-methylguanidine and enrichment in a penicillin containing medium. One group of these mutants lacked dihydrouracil dehydrogenase and did not utilize thymine, orotic acid and uracil. A second group of mutants had lost the ability to form dehydrouracil hydrase and was unable to utilize uracil, orotic acid, thymine, dihydrouracil and dihydrothymine. The first group of these mutants excreted uracil, the second group dihydrouracil into the medium during growth with cytosine.The enzymes dihydrouracil dehydrogenase and dihydrouracil hydrase were present in much higher specific enzyme activities in cells grown with cytosine, uracil, thymine or orotic acid than in ammonia grown cells. Dihydroorotic dehydrogenase and dihydroorotase could not be demonstrated in cell-free extracts. These data indicate that both uracil and thymine are utilized as substrates by a non-specific hydrogenase and that both dihydrouracil and dihydrothymine are utilized by a non-specific hydrase. Both these enzymes are induced in presence of uracil, thymine or orotic acid in cells of Hydrogenomonas facilis.

     

Der Biosyntheseweg der RNS-Ribose in Hydrogenomonas eutropha Stamm H 16 und Pseudomonas facilis

Zusammenfassung Die am Fructose- und Gluconatabbau über den Entner-Doudoroff-Weg beteiligten Enzyme sowie die Enzyme des oxydativen Pentosephosphat-Weges wurden in Rohextrakten von Hydrogenomonas eutropha Stamm H 16 und Pseudomonas facilis, sowohl nach autotrophem Wachstum als auch nach heterotrophem Wachstum auf Fructose oder Gluconat, bestimmt. Fructose induziert in H. eutropha alle Enzyme des Entner-Doudoroff-Weges, Gluconat nur die Gluconokinase, die 6-Phosphogluconat-Dehydratase und die 2-Keto-3-desoxy-6-phosphogluconat-Aldolase. Dagegen induzieren in P. facilis beide Substrate den gesamten Enzymsatz. Das Fehlen der 6-Phosphogluconat-Dehydrogenase in H. eutropha und das Vorhandensein einer NAD-abhängigen 6-Phosphogluconat-Dehydrogenase in P. facilis wurden bestätigt. Die Enzymaktivitäten in voll induzierten, auf Fructose gewachsenen Zellen beider Arten sind ähnlich.Mit beiden Stämmen wurden Einbauexperimente mit U-¹⁴C-, 1-¹⁴C- und 6-¹⁴C-Fructose sowie 1-¹⁴C- und 6-¹⁴C-Gluconat als Substrate durchgeführt. Die Ribose wurde aus der RNS isoliert und durch Lactobacillus plantarum fermentativ in Essigund Milchsäure gespalten. Die spezifische Radioaktivität der einzelnen C-Atome wurde durch schrittweisen Abbau der Säuren, quantitative Bestimmung des dabei entstehenden ¹⁴CO₂ und Messung der darin enthaltenen absoluten Radioaktivität ermittelt.Die Ergebnisse zeigen, daß die Ribose in Stamm H 16 ausschließlich über die nicht-oxydativen Reaktionen des Pentosephosphat-Weges gebildet wird. Die C-Atome 1,2 und 3 des Gluconats tragen nicht signifikant zur Gluconeogenese bei.Das Markierungsmuster der Ribose aus P. facilis ist mit dem von Stamm H 16 nahezu identisch. Die oxydativen Reaktionen des Pentosephosphat-Weges über die 6-Phosphogluconat-Dehydrogenase sind von quantitativ geringerer Bedeutung als die Transaldolase-Transketolase-Reaktionen.

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The biosynthetic pathway of RNA ribose in Hydrogenomonas eutropha Strain H 16 and Pseudomonas facilis

Summary The enzymes involved in the degradation of fructose and gluconate via the Entner-Doudoroff-pathway as well as those involved in the oxidative pentose phosphate pathway have been determined in crude extracts of Hydrogenomonas eutropha strain H 16 and of Pseudomonas facilis after either autotrophic growth or heterotrophic growth on fructose or gluconate as substrates. In H. eutropha fructose induces all enzymes of the Entner-Doudoroff-pathway, gluconate induces only glucokinase, 6-phosphogluconate dehydratase and 2-keto-3-deoxy-6-phosphogluconate aldolase. In contrast, in P. facilis both substrates induce the entire set of enzymes. The absence of 6-phosphogluconate dehydrogenase in H. eutropha and the presence of a NAD-linked 6-phosphogluconate dehydrogenase in P. facilis have been confirmed. Otherwise, the enzyme activities in fully induced fructose grown cells of both species are similar.Incorporation experiments were performed using both bacterial species and employing U-¹⁴C-, 1-¹⁴C-, and 6-¹⁴C-fructose as well as 1-¹⁴C- and 6-¹⁴C-gluconate as substrates. Ribose was isolated from RNA and fermented by Lactobacillus plantarum with the production of acetic and lactic acids. By stepwise degradation of the acids and by quantitative measurement and scintillation counting of the carbon dioxide formed the specific radioactivity of each carbon atom has been determined.The results demonstrate that in strain H 16 ribose is formed exclusively via the non-oxidative reactions of the pentose phosphate pathway. Carbon atoms 1 to 3 of gluconate do not significantly contribute to gluconeogenesis.With P. facilis an almost identical labelling pattern was observed, indicating that the oxidative reactions of the pentose phosphate pathway via 6-phosphogluconate dehydrogenase are quantitatively of minor importance for ribose synthesis than the transaldolase-transketolase reactions.

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Abkürzungen ATP Adenosin-5-triphosphat - DAP Dihydroxyacetonphosphat - E-4-P Erythrose-4-phosphat - ED Entner-Doudoroff - EDTA Äthylen-diamin-tetraessigsäure - FDP(ase) Fructose-1,6-diphosphat(ase) - F-6-P Fructose-6-phosphat - G-6-P(-DH) Glucose-6-phosphat(-Dehydrogenase) - GAP Glycerinaldehyd-3-phosphat - GDH Glycerin-1-phosphat-Dehydrogenase - GK Gluconokinase - HK Hexokinase - KDPG 2-Keto-3-desoxy-6-phosphogluconat - LDH Lactat-Dehydrogenase - NAD(H₂) Nicotin-amid-adenin-dinucleotid (reduziert) - NADP(H₂) Nicotinamid-adenin-dinucleotidphosphat (reduziert) - PGI Phosphoglucose-Isomerase - PP Pentosephosphat - 6-PG(-DH) 6-Phosphogluconat(-Dehydrogenase) - 6-PG-DHT 6-Phosphogluconat-Dehydratase - R-5-P Ribose-5-phosphat - Ru-5-P Ribulose-5-phosphat - Su-7-P Seduheptulose-7-phosphat - TA Transaldolase - TEA Triäthanolaminhydrochlorid - TIM Triosephosphat-Isomerase - TK Transketolase - TPP Thiaminpyrophosphat - Tris Tris-(hydroxymethyl)-aminomethan - Xu-5-P Xylulose-5-phosphat     

Verwertung von Fructose durch Hydrogenomonas H16 (I.)

Zusammenfassung Die Hydrogenomonas-Stämme H 1, H 16 und H 20 nutzen als einziges Kohlenhydrat Fructose; chemolithotroph gewachsene Zellen des Stammes H 16 oxydieren diesen Zucker nach einer lag-Phase von 20 min.Die Fructose wird über den Entner-Doudoroff-Weg umgesetzt; während der Adaptation erhöht sich der Gehalt der Zellen an Phosphoglucose-Isomerase, Glucose-6-phosphat-Dehydrogenase und an den für den Entner-Doudoroff-Weg charakteristischen Enzymen.Die Aktivität der Ribulosediphosphat-Carboxylase geht bei der Adaptation an Fructose innerhalb von 2 Std um 75% zurück, sinkt dann aber während mehrerer Fructose-Passagen nur langsam ab. Folglich kann selbst mit Fructose gewachsener Hydrogenomonas H 16 Kohlendioxyd über den Calvin-Cyclus fixieren.

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Summary The only carbohydrate utilized by Hydrogenomonas strains H 1, H 16 and H 20 is fructose; chemolithotrophically grown cells of strain H 16 oxidize this sugar following a lag-period of 20 min. Fructose is metabolized via the Entner-Doudoroff-pathway. During the adaptation to fructose, the level of the following enzymes increases in the cells: phosphoglucoseisomerase, glucose-6-phosphate-dehydrogenase and the enzymes characteristic of the Entner-Doudoroff-pathway.During the change from chemolithotrophic to organotrophic growth, with fructose serving as a substrate, the activity of ribulose-diphosphate carboxylase is reduced by 75% within 2 hrs. However, following repeated growth in a fructose medium, this enzyme activity decreases only very slowly. Consequently fructose-grown Hydrogenomonas H 16 is capable of fixing carbon dioxide via the Calvin cycle.

     

Über das Wasserstoff aktivierende System von Hydrogenomonas H 16

Zusammenfassung Hydrogenomonas H 16 oxydierte molekularen Wasserstoff auch noch nach mehreren heterotrophen Passagen mit Glutamat oder Fructose als Substrat. Dagegen ging die Fähigkeit zur Kohlendioxyd-Fixierung schon während der ersten heterotrophen Kultur weitgehend verloren. Dementsprechend ergaben Enzym-Bestimmungen an zellfreien Extrakten eine langsame Abnahme der spezifischen Aktivitäten der löslichen und der partikelgebundenen Hydrogenase, aber eine rasche Abnahme der Aktivität der Ribulose-1,5-diphosphat-Carboxylase während des heterotrophen Wachstums.

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Summary Hydrogenomonas H 16 oxidized molecular hydrogen even after several subcultures with glutamate or fructose as substrate. On the contrary, the ability to fix carbon dioxide almost disappeared during the first heterotrophic culture. Corresponding to these results, measurements of enzyme activities in cell-free extracts showed a slow decrease in specific activity of the soluble and the particle bound hydrogenase but a rapid decrease in the activity of ribulose-1.5-diphosphate carboxylase during heterotrophic growth.

     

Die Hydroxylierung von Phenylalanin durch Hydrogenomonas eutropha H 16

Zusammenfassung Der Tyrosinbedarf von tyrosinbedürftigen Mutanten von Hydrogenomonas eutropha (Alcaligenes eutrophus) Stamm H 16 (ATCC 17699) läßt sich außer durch l-Tyrosin auch durch l-Phenylalanin befriedigen.Suspensionen intakter Wildtypzellen setzen Phenylalanin zu Tyrosin um und scheiden es in die Nährlösung aus. Da Tyrosin mit etwa der gleichen Rate umgesetzt wird, kommt es zu einer nur vorübergehenden Akkumulation.Durch zellfreie Extrakte wird Phenylalanin in Gegenwart von NAD(P)H₂ und Sauerstoff unter Bildung von Tyrosin hydroxyliert. Die Anfangsrate beträgt 20 E/g Protein. Tyrosin wird mit etwa der gleichen Rate abgebaut. Im Rohextrakt kommt es nach einer anfänglichen Akkumulation von Tyrosin (2–3 mM) zur Einstellung einer steady state-Konzentration, die unter 1 mM liegt. Die Phenylalanin-Hydroxylase benötigt außer den genannten Komponenten noch wenigstens einen dialysierbaren, durch Chromatographie an Sephadex-G 25 abtrennbaren Cofaktor.Phenylalanin-Hydroxylase wird in Stamm H 16 durch l-Phenylalanin induziert, nicht durch l-Tyrosin, Phenylpyruvat, Hydroxyphenylpyruvat oder l-Tryptophan. Phenylalanin wirkt nur induzierend, wenn es der Nährlösung in Substratkonzentrationen (0,2%) beigefügt wird, nicht hingegen in Supplinkonzentrationen (20 g/ml).Phenylalanin-Hydroxylase ließ sich nur in den Stämmen nachweisen, die auf Phenylalanin als C- und Energiequelle wachsen (Hydrogenomonas eutropha H 16, Pseudomonas facilis, Stamm 12 X), nicht in einigen anderen geprüften Stämmen.

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Hydroxylation of phenylalanine by Hydrogenomonas eutropha H 16

Summary The tyrosine requirement of tyrosine-dependent mutants of Hydrogenomonas eutropha (Alcaligenes eutrophus) strain H 16 (ATCC 17699) can be satisfied by l-tyrosine as well as by l-phenylalanine.Tyrosine is formed from l-phenylalanine by suspensions of intact wild type cells and is excreted into the medium. It is only transiently accumulated in the medium since it is further metabolized by the cells at a rate comparable to that of phenylalanine.Phenylalanine is converted to tyrosine by cell-free extracts in the presence of NAD(P)H₂ and oxygen; the initial rate of tyrosine formation is 20 units per g protein. Tyrosine is degraded at an approximately equal rate. After the addition of l-phenylalanine to the crude extract tyrosine is formed and accumulated up to a 2–3 mM concentration and reaches a steady state concentration of less than 1 mM tyrosine. In addition to the components mentioned, the phenylalanine hydroxylase reaction requires at least one dialysable cofactor which has been separated by chromatography on sephadex-G 25.In strain H 16 phenylalanine hydroxylase is induced by l-phenylalanine; it is not induced by l-tyrosine, phenylpyruvate, hydroxyphenylpyruvate or l-tryptophan. Induction occurs only when phenylalanine is added to the growth medium in substrate concentrations (e.g. 0.2%); growth factor concentrations (20 g/ml) are not effective.Phenylalanine hydroxylase has been found only in those strains which are able to utilize phenylalanine as a carbon and energy source for growth: H. eutropha H 16, Pseudomonas facilis, strain 12X.

     

Induktive Bildung partikelgebundener Uricase bei Hydrogenomonas H16 und anderen aeroben Bakterien

Zusammenfassung Induktive Bildung von Uricase (E.C. 1.7.3.3. Urat: O₂-Oxidoreductase) wurde während des Wachstums mit Harnsäure als alleiniger Kohlenstoff-und Stickstoffquelle bei Hydrogenomonas H 16, Micrococcus denitrificans und Pseudomonas aeruginosa beobachtet.Das Enzym wurde in der Partikelfraktion nachgewiesen, die aus Ultraschallextrakten bei 100 000 g sedimentiert.Gewaschene Partikeln aus Hydrogenomonas H 16 verbrauchten 0,45 Mole O₂ je Mol Harnsäure, gemessen in Boratpuffer beim Optimum von pH 9,0. Die Reaktion ist empfindlich gegenüber Cyanid; 4 · 10^-6 m KCN führt zu einer 50%igen Hemmung.

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Inductive biosynthesis of particle-bound uricase in Hydrogenomonas H 16 and other aerobic bacteria

Summary Induced biosynthesis of uricase (E.C. 1.7.3.3 Urate: O₂ oxidoreductase) was observed during growth with uric acid as the only carbon and nitrogen source in strains of Hydrogenomonas H 16, Micrococcus denitrificans and Pseudomonas aeruginosa.The enzyme was located in particles, sedimenting from ultrasonic preparations at 100000 g.An average of 0.45 moles of oxygen were utilized during the oxidation of one mole of uric acid by washed particles from Hydrogenomonas H 16 in borate buffer at the pH optimum of 9.0. The reaction is sensitive to cyanide; 4 · 10^-6 m KCN caused a 50% inhibition.

     

NADP- und NAD-spezifische Isocitrat-Dehydrogenase in Hydrogenomonas eutropha Stamm H 16

Zusammenfassung Aus einem Rohextrakt von Hydrogenomonas eutropha Stamm H16-Fructosezellen wurden eine NADP- und eine NAD-spezifische Isocitrat-Dehydrogenase teilweise gereinigt und getrennt. Beide Enzyme sind in ihrer Affinität zum Isocitrat und zu NADP bzw. NAD sehr ähnlich. Beide Enzyme werden durch ATP gehemmt, das NADP-abhängige Enzym wird außerdem durch AMP und ADP aktiviert. Das NAD-abhängige Enzym wird durch NADH₂ gehemmt. Beide Enzyme werden stark gehemmt, wenn Glyoxylat und Oxalacetat gemeinsam dem Reaktionsgemisch zugesetzt werden.

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NADP- and NAD-specific isocitrate dehydrogenase in Hydrogenomonas eutropha Strain H 16

Summary From crude extracts of fructose-grown cells of Hydrogenomonas eutropha strain H 16 both a NADP- and a NAD-specific isocitrate dehydrogenase have been separated and partially purified. With respect to their affinity for isocitrate and NADP or NAD, respectively, both enzymes are very similar. Both enzymes are inhibited by ATP, the NADP-dependent enzyme is activated by AMP and ADP in addition. The NAD-specific enzyme is inhibited by NADH₂. Both enzymes are highly inhibited if glyoxylate and oxalacetate are concomitantly added to the enzyme reaction mixture.

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Verwendete Abkürzungen CTAB Cetyltrimethylammoniumbromid - DEAE Diäthylaminoäthyl - TCC Tricarbonsäurecyclus - Tris Tris-(hydroxymethyl)-aminomethan     

Denitrifikation bei Hydrogenomonas eutropha Stamm H16

Zusammenfassung Hydrogenomonas eutropha (syn. Alcaligenes eutrophus) Stamm H 16 wächst anaerob mit Fructose und Nitrat bzw. Nitrit. Autotrophanaerobes Wachstum unter einer H₂-CO₂-Atmosphäre (90+10 Vol.-%) mit Nitrat als einzigem Wasserstoff-Acceptor ist minimal.Während des anaeroben Wachstums mit Nitrat sind zwei Phasen zu unterscheiden. In der ersten Phase erfolgt die Zellvermehrung auf Kosten der Reduktion von Nitrat zu Nitrit; dieses wird angehäuft. In der zweiten Phase wird Nitrit unter Bildung von Stickstoff reduziert.Gewaschene, anaerob gewachsene Zellen reduzieren Nitrat und Nitrit unter Bildung von N₂. Stöchiometrische Experimente mit H₂ oder Fructose als H-Donatoren lassen darauf schließen, daß Stickstoff das einzige Produkt der Denitrifikation durch die Zellen ist. Diese Schlußfolgerung wurde durch eine massenspektrometrische Analyse des gebildeten Gases bestätigt. Aerob gewachsene Zellen reduzieren Nitrat nur zu Nitrit. In Gegenwart von Ammonium-Salz gewachsene Zellen reduzieren Nitrat mit sehr geringer Rate.Die Ergebnisse deuten darauf hin, daß Stamm H 16 über nur eine Nitratreductase verfügt. Die Bildung des Enzyms ist durch Ammonium reprimierbar; O₂ ist ohne Einfluß. Die Nitritreductase fand sich sowohl in der löslichen Fraktion als auch in den gereinigten Partikeln lokalisiert. Das Nitritreductase-System wird nur unter anaeroben Bedingungen gebildet.

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Denitrification in Hydrogenomonas eutropha strain H16

Summary The hydrogen bacterium Hydrogenomonas eutropha (syn. Alcaligenes eutrophus) strain H 16 is able to grow anaerobically with fructose and nitrate or nitrite, respectively. Autotrophic anaerobic growth under a gas atmosphere of hydrogen and carbon dioxide (90+10 vol-%) with nitrate as the sole hydrogen acceptor is minimal.During anaerobic growth with nitrate as H-acceptor, two growth phases are distinguishable: During the first phase cell growth occurs with the reduction of nitrate to nitrite, which is accumulated; on the second phase nitrite is reduced with the formation of gaseous nitrogen.Washed, anaerobically grown cells reduce nitrate and nitrite with the formation of N₂. Stoichiometric experiments employing hydrogen or fructose as the hydrogen donors are consistent with the conclusion that nitrogen is the sole product of denitrification by these cells. This was confirmed by mass spectrometric analysis of the gas formed. Aerobically grown cells are able to reduce nitrate only to nitrite; when grown in the presence of ammonia, the reduction rate is very low.The results indicate that strain H 16 contains only one nitrate reductase. The formation of this enzyme system is not influenced by oxygen, however, is repressed by ammonia.When employing a purified soluble fraction and particles, nitrite reductases were found in both fractions. The nitrite reductase system is formed only under anaerobic conditions.

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Abkürzungen MB Methylenblau - PMS Phenazinmethosulfat     

Über das Wasserstoff aktivierende System von Hydrogenomonas H16

Zusammenfassung In zellfreien Extrakten aus Hydrogenomonas H 16 ist die Hydrogenase-Aktivität auf zwei Fraktionen verteilt, die durch einstündiges Zentrifugieren bei 100 000 g voneinander getrennt werden können. Die überstehende Fraktion reduziert Methylenblau, NAD, FMN, FAD und Sauerstoff, aber nicht NADP. Die Partikelfraktion reduziert Methylenblau und, anscheinend als einzigen physiologischen H-Acceptor, Sauerstoff. Cyanid und Kohlenmonoxyd hemmen nur die Sauerstoff-Reduktion durch die Partikelfraktion, aber nicht die der überstehenden Fraktion. Die Funktionen der beiden Hydrogenasen werden diskutiert.

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Summary In cell-free extracts of Hydrogenomonas H 16, the hydrogenase activity is found in two fractions which can be separated by centrifugation at 100000 g for one hour. The supernatant reduces methylene blue, NAD, FMN, FAD and oxygen, but not NADP. The particle fraction reduces methylene blue and apparently, only oxygen as a physiological H-acceptor. Cyanide and carbon monoxide inhibit oxygen reduction by the particle fraction, but not that of the supernatant. The functions of both hydrogenases are discussed.

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Auszug aus der gleichlautenden Dissertation der mathematisch-naturwissen-schaftlichen Fakultät der Universität Göttingen 1965.     

Synthese von Phosphoenolpyruvat aus Pyruvat durch Extrakte aus Hydrogenomonas eutropha Stamm H 16

Zusammenfassung Zellfreie Extrakte aus Hydrogenomonas eutropha Stamm H 16 katalysieren die Biosynthese von Phosphoenolpyruvat aus Pyruvat und Adenosintriphosphat. Unter identischen Bedingungen erfolgte diese Synthese auch durch Extrakte aus Escherichia coli.Das Reaktionsprodukt Phosphoenolpyruvat wurde durch Papierchromatographie, durch Anwendung von radioaktivem Pyruvat und durch einen gekoppelten enzymatischen Test unter Einsatz eines gereinigten Präparates von 3-Desoxy-d-arabino-heptulosonsäure-7-phosphat Synthase, AMP wurde als zweites Produkt der PEP-Synthasereaktion nachgewiesen. Die Versuchsergebnisse lassen darauf schließen, daß der Stamm H 16 über ein Enzym verfügt, welches Pyruvat direkt phosphoryliert.

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Biosynthesis of phosphoenolpyruvate from pyruvate by extracts from Hydrogenomonas eutropha strain H 16

Summary Crude extracts from Hydrogenomonas eutropha strain H 16 catalyze the biosynthesis of phosphoenolpyruvate from pyruvate and adenosine triphosphate. Under identical conditions extracts from Escherichia coli synthesized phosphoenol-pyruvate from pyruvate also.The reaction product phosphoenolpyruvate has been identified by paper chromatography, by employing radioactive pyruvate and by a coupled enzyme assay, using a purified preparation of 3-deoxy-d-arabino-heptulonic acid-7-phosphate synthase. AMP has been found as the second product of the PEP-synthase reaction. From these results it is concluded that strain H 16 contains an enzyme phosphorylating pyruvate directly.

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Abkürzungen DAHP 3-Desoxy-d-arabino-heptulosonsäure-7-phosphat - DTT Dithiothreitol - PEP Phosphoenolpyruvat - P ortho-Phosphat - PP Pyrophosphat     

Verwertung von Fructose durch Hydrogenomonas H 16

Zusammenfassung Hydrogenomonas H 16 wächst gut auf Fructose, kann aber Glucose nicht verwerten. Die Fructoseoxydation wird durch Glucose auch in höheren Konzentrationen nicht beeinflußt. Die im zellfreien Extrakt vorhandene Hexokinase phosphoryliert Glucose, Fructose und Mannose. Durch free space-Versuche wird nachgewiesen, daß Glucose nicht in das Zellinnere transportiert wird. Hydrogenomonas H 16 verhält sich also cryptisch gegenüber Glucose.

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Summary The only carbohydrate utilized by Hydrogenomonas strain H 16 is fructose. The oxidation of fructose is not influenced by glucose even at high concentrations. Cell-free preparations contain hexokinase which phosphorylated glucose, fructose, and mannose. By means of free-space experiments, it has been demonstrated, that glucose does not enter the cell. Strain H 16 behaves therefore as a cryptic with respect to glucose.

     

Langfristiges organotrophes Wachstum von Hydrogenomonas H 16 im Chemostaten

Zusammenfassung Für Hydrogenomonas H 16 wurde ein Chemostat mit organotropher Wachstumsbegrenzung entwickelt.In statischer Kultur wurden die Wachstumsparameter (, K _s und Y) mit Fructose als Substrat bestimmt.Während des Wachstums im Chemostaten wurden Stämme isoliert, die schneller als der Wildstamm wachsen. Diese Stämme unterscheiden sich in ihren Wachstumsparametern vom Wildstamm.Die Atmungsrate (mit Fructose) steigt mit zunehmender Wachstumsrate an und erreicht bei einer Verdopplungszeit von 2,1 Std einen konstanten Wert; die Rate der endogenen Atmung steigt geringer an.Die spezifischen Aktivitäten einiger am Fructoseabbau beteiligter Enzyme (Hexokinase und Enzyme des Entner-Doudoroff-Systems) nehmen bei schnelleren Wachstumsraten ab.Nach mehrwöchiger Kultur des Wildstammes im Chemostaten mit Fructose als begrenzendem Substrat reicherten sich Glucose verwertende Mutanten an. Die Selektion der Mutanten konnte auf Verunreinigung der 0,1% Fructose enthaltenden Nährlösung mit Glucose (0,0001%) zurückgeführt werden.

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Prolonged organotrophic growth of Hydrogenonas H 16 in the chemostat

Summary A chemostat has been developed which permits organotrophic growth of Hydrogenomonas H 16 for longer periods. Growth parameters (, K _s and Y) have been determined in static cultures with fructose as substrate.During prolonged growth in the chemostat, mutants have been selected which grow faster than the original strain. These mutants were characterized by growth parameters different from those of the original strain.With an increasing growth rate, the respiratory rate (+fructose) increased and approached a constant value of a doubling time of 2.1 hours. The increase in endogenous respiration is comparatively small.The specific activities of several enzymes participating in fructose metabolism hexokinase and the enzymes of the Entner-Doudoroff-system) decrease with diminishing growth rates.After the wild type strain has been growing for several weeks in the chemostat, with fructose as the limiting substrate, mutants became dominant which were able to utilize glucose. The selection was due to an impurity of glucose (0.0001%) present in the nutrient medium containing 0.1% fructose.

     

Harnsäureabbau und Biosynthese der Enzyme Uricase,Glyoxylatcarboligase und Urease bei Hydrogenomonas H 16

Zusammenfassung Die Veränderungen der Uricase-, Glyoxylatcarboligaseund Ureaseaktivität wurden in Hydrogenomonas H 16 Zellen während der Inkubation mit Harnsäure, Allantoin und in stickstoffreiem Fructosemedium untersucht.Übertragen in ein harnsäurehaltiges Medium stiegen die spezifische Aktivität von Uricase und Glyoxylatcarboligase innerhalb von 2–3 Std auf 35 bzw. 1000 mole Substrat/min/g Protein an und sanken wieder ab, nachdem das Substrat verbraucht worden war. Der Harnsäureabbau wurde durch Fructose schwach gefördert und durch zusätzlich verabreichte Ammoniumionen nicht beeinflußt.In Gegenwart von Allantoin wurde nur Glyoxylatcarboligase mit voller Syntheserate gebildet, während Uricase nur einen vorübergehenden schwachen Anstieg zeigte.Beim Harnsäureabbau wurden Harnstoff und Ammoniak im molaren Verhältnis von etwa 1:2 freigesetzt und im Medium angehäuft. Dabei wurde die Ammoniakbildung offenbar nicht durch Urease katalysiert.Urease wurde während des Wachstums mit Harnsäure und mit Allantoin nicht gebildet, bedingt durch die Anhäufung von Ammoniumionen. Eine ausgeprägte Ureasesynthese erfolgte dagegen unter N-Mangelbedingungen, ohne daß hierbei die Uricase-oder Glyoxylatcarboligaseaktivität anstieg. Diese Beobachtungen lassen erkennen, daß Urease im Gegensatz zu anderen am Harnsäureabbau beteiligten Enzymen nicht durch ihr Substrat induziert wird. Vielmehr unterliegt die Ureasebildung bei Hydrogenomonas H 16 ausschließlich der Kontrolle durch Repression, wobei Ammoniumionen als reprimierendes Substrat wirksam sind.

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Uric acid degradation and biosynthesis of the enzymes uricase, glyoxylate carboligase and urease in Hydrogenomonas H 16 II. Effect of uric acid, fructose and nitrogen deficiency on enzyme formation

Summary Changes in uricase, glyoxylate carboligase and urease activity were determined in fructose grown Hydrogenomonas H 16 cells during subsequent incubation with uric acid, allantoin and in nitrogen-deficient fructose media.The specific activities of uricase and glyoxylate carboligase increased within 2–3 hours up to levels of 35 and 1000 moles of substrate/min/g protein respectively, when the cells were transferred to an uric acid containing medium. These enzyme levels decreased after the substrate was consumed. Uric acid degradation was slightly stimulated by fructose, but was not affected by the addition of ammonia.In the presence of allantoin only glyoxylate carboligase was synthesized at a full rate, while uricase exhibited only a slight, temporary increase.Urea and ammonia were liberated from uric acid and accumulated in the suspension at a molar ratio of approximately 1:2. This ammonia formation was apparently not catalyzed by urease.Urease was not formed during growth with uric acid and allantoin, presumably due to the accumulation of ammonia. A pronounced synthesis of urease was observed under nitrogen deficiency, under which conditions uricase and glyoxylate carboligase were not formed. These data indicate, that urease, unlike other enzymes of the uric acid degrading pathway, is not induced by its substrate. It is considered, that urease formation in Hydrogenomonas H 16 is controlled by repression only, with ammonium ions serving as the repressing substrate.

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Auszug aus der gleichlautenden Habilitationsschrift zur Erlangung der venia legendi der Landwirtschaftlichen Fakultät der Georg-August-Universität Göttingen.     

Eigenschaften der NAD-spezifischen Hydrogenase aus Hydrogenomonas H 16

Zusammenfassung Aus zellfreiem Extrakt von Hydrogenomonas H 16 wurde die lösliche Hydrogenase 45 fach bis zu einer spezifischen Aktivität von 36500 E/g Protein angereichert. Das Enzym katalysiert die Reduktion von NAD mit molekularem Wasserstoff. Ein Cofaktorbedürfnis konnte nicht festgestellt werden. Der Einfluß von NADH, ATP, Bicarbonat und Magnesium auf die hydrogenasekatalysierte NAD-Reduktion war unerheblich. Das angereicherte Enzym ist flavin- und pyridinnucleotidfrei und reagiert mit NAD, nicht mit O₂, NADP, FMN, FAD oder Methylenblau. Die drei letztgenannten Wasserstoff-Acceptoren werden lediglich in Gegenwart katalytischer Mengen NAD reduziert. Die lag-Phase der Reduktion von NAD läßt sich durch Vorinkubation des Enzyms mit NADH oder Wasserstoff, nicht jedoch mit NAD eliminieren. Die Hemmung der Hydrogenasereaktion durch Sauerstoff ist gering. Reduzierende Agenzien wie Mercaptoäthanol oder Sulfid setzten die Reaktionsrate herab.Die Michaeliskonstante der löslichen Hydrogenase für molekularen Wasserstoff beträgt K _m ^H2 =1,9·10^–4 M. Die NAD-Konzentration, bei der halbmaximale Aktivität erreicht wird, beträgt [NAD]_{0,5 (V)}=1,3·10^–4 M. Das pH-Optimum wird in 0,05 M Kaliumphosphat-Puffer bei pH 8,5 und in 0,05 M Tris-HCl-Puffer bei pH 7,9 erreicht. Unter den angegebenen Bedingungen lag das Temperatur-Optimum bei 36°C. Die Aktivierungsenergie der löslichen Hydrogenase wurde als 10,4 kcal/mol ermittelt.

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Properties of the NAD-Specific Hydrogenase from Hydrogenomonas H 16

Summary A soluble hydrogenase from cell-free extracts of Hydrogenomonas H 16 has been purified 45-fold up to a specific activity of 36,500 units per g protein. The enzyme catalyzes the reduction of NAD with molecular hydrogen. It does not require cofactors. The NAD-reduction catalyzed by this enzyme is influenced to only a small extent by the presence of NADH, ATP, bicarbonate or magnesium ions. The enzyme is free from flavins and pyridine nucleotides, reacts only with NAD and not with oxygen, NADP, FMN, FAD or methylene blue. FMN, FAD and methylene blue are reduced only in the presence of catalytic amounts of NAD. The lag-phase of the reduction of NAD can be eliminated by preincubating the enzyme in the presence of NADH or molecular hydrogen; NAD is ineffective. The inhibition of the hydrogenase reaction by oxygen is negligible. Reducing agents such as mercaptoethanol or sulfide decreased the reaction rate.The Michaelis constant of the soluble hydrogenase for molecular hydrogen is K _m ^H2 =1.9·10^–4 M. Half maximal activity is attained at a NAD-concentration of [NAD]_{0.5 (V)}=1.3·10^–4 M. The pH-optimum is 8.5 in 0.05 M potassium phosphate buffer and 7.9 in 0.05 M Tris-HCl-buffer; reaction rates were maximal at 36°C under the conditions employed. The activation energy was calculated to be 10.4 kcal/mol.

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Abkürzungen E Enzymeinheit (mole Substrat/min) - E _x Extinktionsänderung bei der Wellenlänge x nm - Ext._x Extinktion bei der Wellenlänge x nm - KP Kaliumphosphat (KH₂PO₄-K₂HPO₄-Gemisch) - MB Methylenblau - NAD Nicotinamid-adenin-dinucleotid - NADH reduziertes - NAD; TEAE Triäthylaminoäthyl - Tris Tris(hydroxymethyl)aminomethan     

Harnsäureabbau und Biosynthese der Enzyme Uricase,Glyoxylatcarboligase und Urease bei Hydrogenomonas H 16

Zusammenfassung Glyoxylatcarboligase und d-Glycerat-3-Dehydrogenase werden in Hydrogenomonas H 16 unter dem induktiven Einfluß von Harnsäure, Allantoin und Glyoxylsäure gebildet.In zellfreien Extrakten wurden spezifische Enzymaktivitäten bis zu 500 E/g bzw. 4000 E/g gemessen. Beide Enzyme erwiesen sich in Extrakten als nicht an subcelluläre Partikeln gebunden.Glyoxylatcarboligase benötgt Thiaminpyrophosphat und MgCl₂; NADH₂ und NADPH₂ sind als Coenzyme der d-Glycerat-3-Dehydrogenase wirksam.Die Bildung der Glyoxylatcarboligase wurde durch Fructose reprimiert, wenn Glyoxylat das induzierende Substrat war. Mit Harnsäure als Induktor unterlag die Enzymbildung jedoch keiner Repression durch Fructose.

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Uric acid degradation and biosynthesis of the enzymes uricase, glyoxylate carboligase and urease in Hydrogenomonas H 16 I. Formation of glyoxylate carboligase and d-glycerate-3-dehydrogenase

Summary Inductive formation of glyoxylate carboligase and d-glycerate-3-dehydrogenase was observed in cells of Hydrogenomonas H 16 in presence of uric acid, allantoin and glyoxylic acid.Specific enzyme activities up to 500 U/g and 4000 U/g respectively were determined in cell-free preparations. Both enzymes are not bound to subcellular particles in ultrasonic preparations. Thiamine pyrophosphate and MgCl₂ are necessary cofactors for glyoxylate carboligase; NADH and NADPH are active coenzymes of d-glycerate-3-dehydrogenase.The formation of glyoxylate carboligase was repressed by fructose, provided glyoxylate was the inducing substrate. Enzyme synthesis induced by uric acid was not subject to fructose repression.

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Auszug aus der gleichlautenden Habilitationsschrift zur Erlangung der venia legendi der Landwirtschaftlichen Fakultät der Georg-August-Universität Göttingen.     

Chemolithotrophes Wachstum von Hydrogenomonas H16 im Chemostaten mit elektrolytischer Knallgaserzeugung

Zusammenfassung Ein Chemostat zur Kultur von Knallgasbakterien mit begrenzenden Konzentrationen von Wasserstoff und Sauerstoff wird beschrieben. Die Gase werden durch Elektrolyse des Mineralmediums erzeugt. Durch Verwendung von zwei Anoden, von denen die eine außerhalb des Kulturgefäßes angeordnet ist, läßt sich das Verhältnis H₂/O₂ innerhalb weiter Grenzen verändern. Zur Steuerung und Veränderung der Flußrate zwischen 20 und 720 ml/Std dient ein Tropfenzähler mit Platinkontakten, ein Magnetventil und ein Impulsgeber.Wurde Hydrogenomonas H 16 in statischer Kultur mit H₂ oder O₂-Begrenzung herangezogen, so nahmen die Rate der Gasaufnahme und die Hydrogenase-Aktivität mit zunehmendem Alter der Kultur ab. In kontinuierlicher Kultur mit Wasserstoff als wachstumsbegrenzendem Faktor wurden die Beziehungen zwischen Wachstumsrate, Bakterienkonzentration und Wasserstoffverbrauch untersucht. Bei gleichen Wachstumsraten unter Begrenzung des Wachstums a) durch Wasserstoff und b) durch Sauerstoff wurden einige Stoffwechsel-Aktivitäten miteinander verglichen. Wurde das Wachstum durch Wasserstoff begrenzt, so war der Gehalt an Poly--hydroxybuttersäure gering und die Aktivitäten von Hydrogenase und Glycerinaldehyd-3-phosphat-Dehydrogenase waren hoch. Bei Begrenzung des Wachstums durch Sauerstoff häuften die Zellen Poly--hydroxybuttersäure bis zu 23% des Trockengewichts an; die Aktivitäten der Hydrogenase und Glycerinaldehydphosphat-Dehydrogenase waren gering. Das H₂/CO₂-Verhältnis betrug bei Begrenzung durch Wasserstoff 9,1, bei Begrenzung durch Sauerstoff 4,6. Die spezifischen Aktivitäten anderer Enzyme (Phosphoglycerokinase und NADP-spezifische Glutamat-Dehydrogenase) unterschieden sich nicht nennenswert.

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Chemolithotrophic growth of hydrogenomonas H16 using electrolytic production of hydrogen and oxygen in a chemostat

Summary A chemostat for growing Knallgasbacteria with limiting concentrations of hydrogen or oxygen is described. Both gaseous components were produced by electrolysis of the mineral medium. By using two anodes, one of which was located outside the culture vessel, the proportion of hydrogen and oxygen could be varied within wide limits. An electronic control unit consisting of a magnetic valve, a drop counter with platinum contacts and a timer was used to control and vary the flowrate from 20 to 720 ml/hour.When Hydrogenomonas H 16 was grown with limiting hydrogen or oxygen concentrations in static culture, the rate of gas uptake and hydrogenase activity of the cells declined concomitantly. In continuous culture with hydrogen as the growth limiting factor, the relationships between growth, cell density and hydrogen consumption were investigated. At equal growth rates some metabolic activities were compared. With hydrogen as the limiting factor, the amount of poly--hydroxy-butyric acid was negligable, however, the specific activities of hydrogenase and glyceraldehyde phosphate dehydrogenase were high. With oxygen as the limiting factor the cells accumulated poly--hydroxybutyric acid up to 23% of the dry weight; the activities of hydrogenase and glyceraldehyde phosphate dehydrogenase were low. The H₂/CO₂-ratio was 9.1 with hydrogen limitation and 4.6 with oxygen limitation. The specific activities of other enzymes (phosphoglycerokinase, NADP-specific glutamate-dehydrogenase) did not significantly differ under either condition.

     

Die Biosynthese der Poly-β-hydroxybuttersäure durch Knallgasbakterien

Zysammenfassung Bereits nach 8 sec ¹⁴CO₂-Fixierung ist die aus Hydrogenomonas H 16 isolierte Poly--hydroxybuttersäure (PHBS) gleichmäßig radioaktiv markiert.Es werden Beweise dafür erbracht, daß die PHBS aus Kohlendioxyd über 3-Phosphoglycerinsäure, Brenztraubensäure, Acetyl-CoA und Acetacetyl-CoA synthetisiert wird.Während der PHBS-Synthese geht so eines von drei fixierten CO₂-Molekülen durch oxydative Decarboxylierung der Brenztraubensäure wieder verloren. Damit steht im Einklang, daß die CO₂-Fixierungsleistung wachsender Zellen größer ist als die PHBS-speichernder.Nur ein Zehntel der Ribulose-1,5-diphosphat-Carboxylase, die für die gemessene autotrophe CO₂-Fixierungskapazität erforderlich wäre, konnte im Rohextrakt von Hydrogenomonas H 16 nachgewiesen werden. Das Enzym ließ sich 20 fach anreichern.

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Summary Poly--hydroxybutyric acid (PHBA) isolated from Hydrogenomonas H 16 following an 8 sec ¹⁴CO₂-incorporation is already uniformly labelled.It was shown, that the synthesis of PHBA from carbon dioxide takes place via 3-phosphoglyceric acid, pyruvic acid, acetyl-CoA and acetoacetyl-CoA.During the synthesis of PHBA, one of three CO₂-molecules previously fixed is lost in an oxydative decarboxylation of pyruvic acid. It is therefore evident that the CO₂-fixation of growing cells will be larger than that of cells storing PHBA.Only one tenth of the ribulose-1,5-diphosphate carboxylase, which would be necessary for the measured CO₂-fixation, could be determined in the crude extract of Hydrogenomonas H 16. The carboxylase was purified about 20-fold.

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Auszug aus der gleichlautenden Dissertation der mathematisch-naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Göttingen 1963.     

Die Tritiumabspaltung aus festem,gamma-bestrahltem Uracil-5-T und Uracil-6-T

Zusammenfassung In Fortführung früherer Arbeiten, welche die Dosiseffektkurven für die strahleninduzierte Tritiumabspaltung aus Thymin-(methyl-T) und Thymin-6-T (Merwitz, 1971) sowie aus Adenin-2-T und Adenin-8-T (Merwitz, 1972) beschrieben, wurde die Tritiumabspaltung aus Uracil-5-T und Uracil-6-T untersucht. Der Vergleich der Dosiseffektkurven zeigt, daß die Strahlenresistenz in der Reihenfolge Thymin, Uracil, Adenin zunimmt. Die graphisch ermittelten Schwellenwertdosen für die Tritiumabspaltung liegen bei 10⁴ rad für Uracil-5-T und bei 2·10⁴ rad für Uracil-6-T. Die Korrelation zwischen der Wasserstoffabspaltung und der Bildung von Wasserstoff-Additionsradikalen wird diskutiert.

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The cleavage of tritium from solid, gamma-irradiated uracil-5-T and uracil-6-T

Summary In continuation to our previous studies specifying the dose-effect curves for the radiation-induced tritium cleavage from thymine-(methyl-T) and thymine-6-T (Merwitz, 1971) and from adenine-2-T and adenine-8-T (Merwitz, 1972), tritium cleavage from uracil-5-T and uracil-6-T has been investigated. The comparison of dose-effect curves shows that the radioresistance is increased in the order thymine, uracil, and adenine, respectively. The graphically determined threshold doses for the cleavage of tritium are in the range of 10⁴ rad for uracil-5-T and of 2·10⁴ rad for uracil-6-T. The correlation between cleavage of hydrogen and formation of hydrogen-addition radicals have been discussed.

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Der aus dem anfänglich linearen Teil der Dosiseffektkurve für gammabestrahltes Uracil ermittelteG-Wert ist 0,8 (Köhnlein u. Müller, 1964; Cook u. Wyard, 1966). Bei 1,3-Dideutero-uracil findet die H-Addition an der 5,6-Doppelbindung statt. Die Methylgruppe in Methyluraoilen iibt einen direktiyen Einfluß auf die Addition aus (Holmes et al., 1967). Der Hauptteil der Spindiohte des ungepaarten Elektrons in bestrahltem 5-Bromuracil muß an N₁ und C₅ lokalisiert sein (Hüttermann, 1969). Das ungepaarte Elektron in bestrahltem 5-Nitrouracil ist entweder an N₁ oder an N₅ lokalisiert (Benson u. Snipes, 1971). ESE-Messungen bei Raumtemperatur zeigen, daß die Komplexe Adenin-Thymin und Adenin-Uracil strahlenresistenter sind als die einzelnen Basen (Tatake u. Gopal-Ayengar, 1971). Bereohnungen der Elektronenstruktur der PyrimidinbasenThymin, Uracil und Cytosin zeigen, daß C₅ eine größere Elektronendiohte besitzt als C₆ (Pullman u. Pullman, 1959; Veillard u. Pullman, 1961; Nagata et al., 1965; Pullman, 1969).     

Morphologische und biochemische Untersuchungen zur Wirkung von Barbitursäure,Ureidobernsteinsäure,Orotsäure,Uracil und Thymin auf den diabetogenen Effekt des Alloxans

Zusammenfassung An Ratten wurde mit biochemischen und histologischen Untersuchungsverfahren die Frage überprüft, ob die diabetogene Wirkung des Alloxans etwa durch Verdrängung der Pyrimidinbasen Cytosin, Thymin und Uracil während der Biosynthese von Nucleinsäuren zustandekommt. Dazu wurden diese Substanzen und ihre Vorstufen Orotsäure und Ureidobernsteinsäure sowie (vergleichsweise) Barbitursäure in 4fach so hoher Konzentration wie Alloxan 5 min vor der Applikation des letzteren intraperitoneal injiziert. Es wurden Blutzucker, Serumharnsäure und Leberglykogen bestimmt und mit den histologischen Befunden an Leber, Nebenniere, Niere, Pankreas und Schilddrüse verglichen. Lediglich Orotsäure konnte die Alloxanwirkung auf Blutzucker und Organe bei gleichzeitig selektiver Schädigung der Leber signifikant verhindern. Barbitursäure schwächt zwar die hyperglykämisierende Wirkung des Alloxans stark ab, hat aber keine Schutzfunktion am Pankreas.

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Summary By biochemical and histological methods in rats the question is examined experimentally, if alloxan influences the biosynthesis of nucleid acids by competition of the pyrimidine bases cytosine, thymine and uracil. For this purpose these substances as well as their precursors orotic acid and ureido-succinic acid and (for comparison) barbituric acid were intraperitoneally injected to albino rats in a concentration four times higher than that of alloxan 5 min before the application to the latter. Blood sugar, serum uric acid and liver glycogen were determined and compared with the histological findings in liver, suprarenal gland, kidney, pancreas and thyroid gland. Only orotic acid could prevent significantly the alloxan effect on blood sugar and organs with simultaneous selective damage of liver. Barbituric acid actually diminishes strongly the hyperglycemic action of alloxan, but has no protecting effect on pancreas.

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Mit dankenswerter Unterstützung durch einen Forschungsauftrag des Staatssekretariates für Hochschulwesen der DDR.