Mode of action of the macrolide-type antibiotic, chlorothricin. Effect of the antibiotic on the catalytic activity and some structural parameters of pyruvate carboxylases purified from rat and chicken liver.

The macrolide-type antibiotic chlorothricin inhibits pyruvate carboxylases purified from rat liver, chicken liver and Azotobacter vinelandii. Under standard assay conditions the concentration of chlorothricin required for half-maximal inhibition of oxalacetate synthesis is 0.26 mM (rat liver), 0.12 mM (chicken liver), and 0.5 mM (Azobacter vinelandii). Inhibition by chlorothricin appears non-competitive in character when measured as a function of the concentration of the substrates of the pyruvate carboxylase reaction as well as of CoASAc and Mg2+. This pattern of inhibition suggests that this antibiotic interacts at unique sites on chicken and rat liver pyruvate carboxylase which are distinct from both the catalytic and activator sites. Interaction of chlorothricin with the two vertebrate liver pyruvate carboxylases differs from the effect exerted by this antibiotic on pyruvate carboxylase purified from Azotobacter vinelandii. A sigmoidal relationship between initial velocity and inhibitor concentration is observed for the vertebrate enzymes under most conditions whereas a hyperbolic profile characterizes the concentration dependence of inhibition of the Azotobacter vinelandii enzyme by chlorothricin. In the case of rat liver pyruvate carboxylase chlorothricin does not alter the extent of cooperativity in the relationship between initial rate and CoASAc concentration. However, a small but significant increase of the Hill coefficient from a value of 2.7 in the absence of antibiotic to that of 3.3 in the presence of 0.5 mM chlorothricin is observed for chicken liver pyruvate carboxylase. Chlorothricin decreases the rate of inactivation observed when rat liver pyruvate carboxylase is incubated with trinitrobenzenesulfonate and when chicken liver pyruvate carboxylase is incubated at 2 degrees C. The maximal decrease in inactivation observed in the presence of saturating concentrations of antibiotic is 50% for cold inactivation of the chicken liver enzyme and 60% for inactivation of the enzyme from rat liver by trinitrobenzenesulfonate. In both cases a sigmoidal relationship is observed between inactivation rate and chlorothricin concentration. These data as well as the initial rate studies suggest that multiple interacting sites for this antibiotic are present on the vertebrate liver pyruvate carboxylases. The occupancy of these sites appears to cause significant distortion of both the catalytic and the activator sites.     

Stoffwechselprodukte von Mikroorganismen

Zusammenfassung Es wurde die Wirkungsweise von Borrelidin untersucht und mit zwei Makrolid-Antibiotica verglichen. Borrelidin hemmt in einem zellfreien System aus Bacillus subtilis spezifisch den Einbau von Threonin in sRNS bei einer Konzentration von 1,4·10^-6 m. Hingegen hemmen die Makrolid-Antibiotica Lankamycin (neutral) und Erythromycin (basisch) bei Konzentrationen, die zehnmal höher liegen als die wachstumshemmende Konzentration, nicht die Verknüpfung von Threonin oder anderer Aminosäuren mit sRNS.In Zellen hemmt Borrelidin bei einer Konzentration von 1,5–3·10^-6 m die Synthese von Protein, RNS und DNS. Lankamycin und Erythromycin hingegen hemmen nur die Synthese von Protein.Es wird vermutet, daß Borrelidin das erste Antibioticum ist, das die Protein-synthese über die Hemmung des Einbaus von Aminosäuren in sRNS blockiert.

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Metabolic products of microorganisms. 62nd information the inhibition of the attachment of threonine to sRNA in a cell-free system and of the sythesis of protein and nucleic acids in the cell by the antibiotic borrelidin

Summary The mode of action of borrelidin has been studied and compared with two macrolide antibiotics. Borrelidin specifically inhibits the attachment of threonine to sRNA at a concentration of 1,4·10^-6 m in a cell-free system of Bacillus subtilis. However, the macrolide antibiotics lankamycin (neutral) and erythromycin (basic), at concentrations which are ten times higher than those required to inhibit growth, still do not inhibit the binding of threonine or other amino acids to sRNA.In cells borrelidin inhibits at concentrations of 1.5–3·10^-6 m the synthesis of protein, RNA and DNA. In this point as well borrelidin acts differently from lankamycin and erythromycin which inhibit the synthesis of protein selectively.It is supposed that borrelidin is the first antibiotic inhibiting protein synthesis via amino acid attachment to sRNA.

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61. Mitt.: B. Maurer, A. Müller, W. Keller-Schierlein u. H. Zähner: Ferribactin, ein Siderochrom aus Pseudomonas fluorescens Migula. Arch. Mikrobiol. 60, 326–339 (1968).     

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.     

Isolierung und Charakterisierung Pyrazon-abbauender Bakterien

Zusammenfassung Aus Bodenproben wurden in einem Anreicherungsverfahren mit Pyrazon-haltigem Mineralsalzmedium Bakterien isoliert, die mit Pyrazon als alleiniger Kohlenstoffquelle wachsen können. Sie benötigen neben Nährsalzen und Pyrazon nur Cobalamin zum Wachstum. Pyrazon wird dabei in die entphenylierte Verbindung umgewandelt. Wachstum erfolgt auch mit Antipyrin, Pyramidon und Pyruvat.Die Bakterien sind osmotisch empfindlich. Sie wachsen nicht in Medien mit normaler Konzentration der Inhaltsstoffe (über 1%). In vielen Eigenschaften entsprechen sie Vertretern der Gattung Achromobacter.

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Isolation and characterization of bacteria, growing on pyrazon

Summary Bacteria capable of growth on pyrazon as a sole carbon source were isolated from soil. Only cobalamin was required as a growth factor in a pyrazonmineral salt medium. Pyrazon is metabolized to the dephenylated compound. The bacteria can grow on antipyrine, pyramidone and pyruvate, too. They do not grow on glucose or other sugars. The bacteria are osmotically sensitive. Growth is not observed in media with the concentration of ingredients exceeding 1%. Possibly, the bacteria belong to the genus Achromobacter.

     

Carboxylierungsreaktionen in Agaricus bisporus III. Pyruvat und Phosphoenolpyruvat als CO2-Acceptoren

Zusammenfassung Zellfreie Extrakte aus Agaricus bisporus bilden Malat, Fumarat und Aspartat einerseits aus Pyruvat und CO₂ in Gegenwart von Mn²⁺ und andererseits aus Phosphoenolpyruvat und CO₂ in Gegenwart von Mg²⁺.Die Carboxylierung von Pyruvat wird durch ATP und NADPH₂ deutlich gefördert, ist aber unabhängig von der Anwesenheit von CoA-Estern. Die Reaktion erfährt durch pCMB, Oxalat und Avidin eine Hemmung.Die Carboxylierung von Phosphoenolpyruvat wird durch ADP, nicht aber durch GDP und IDP gefördert.Aus den Ergebnissen wird geschlossen, daß bei der Carboxylierung von Pyruvat sowohl Pyruvatcarboxylase als auch Malatenzym wirksam sind, während für die Oxalacetatsynthese aus Phosphoenolpyruvat PEP-Carboxykinase verantwortlich ist.Die Bedeutung der drei Enzyme im Zusammenhang mit der Ernährung des Kulturchampignons aus dem natürlichen Substrat, mit der Glucogenese und der Steuerung des Citronensäurecyclus wird diskutiert.

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Carboxylation reactions in Agaricus bisporus III. Pyruvate and phosphoenolpyruvate as CO₂-acceptors

Summary Cell-free extracts from Agaricus bisporus catalyze the synthesis of malate, fumarate and aspartate from pyruvate and CO₂ in the presence of Mn²⁺, and from phosphoenolpyruvate and CO₂ with Mg²⁺ (partially replaceable by Mn²⁺).The carboxylation of pyruvate is highly stimulated by ATP and NADPH₂, but is not affected by CoA-esters. The reaction is inhibited by pCMB, oxalate and avidin.The carboxylation of phosphoenolpyruvate is stimulated by ADP, but not by IDP and GDP.From cofactor-requirement and inhibitor studies it is concluded, that there are two enzymes, pyruvatecarboxylase and malic enzyme, which catalyze the carboxylation of pyruvate. Phosphoenolpyruvate carboxykinase is responsible for the CO₂-fixation into oxaloacetate.The significance of these three enzymes is discussed in connection with the nutrition of the fungus from its natural growth substrate and with the regulation of glycogenesis and the citric acid cycle.

     

Stoffwechselprodukte von Mikroorganismen

Zusammenfassung Aus dem Kulturfiltrat des Streptomyceten-Stammes Tü 99 wurde neben Chlorothricin das Antibioticum Ketomycin mittels Extraktion durch Lösungsmittel, Gegenstromverteilung und Kristallisation des Natriumsalzes isoliert. Mit Hilfe von spektroskopischen und chemischen Methoden wurde gezeigt, daß Ketomycin identisch ist mit 3-Cyclohexenylglyoxylsäure. Der Abbau von Ketomycin mit Ozon ergab die rechtsdrehende (R)--Carboxyadipinsäure. Ketomycin ist deshalb (R)-3-Cyclohexenylglyoxylsäure.Ketomycin hemmt das Wachstum von Bacillus subtilis. Die Wachstumshemmung kann kompetitiv durch Homoserin, Threonin, -Ketobuttersäure, -Keto--methylvaleriansäure, -Ketoisovaleriansäure, Valin, -Ketoisocapronsäure oder Leucin oder unkompetitiv durch Isoleucin aufgehoben werden. Aus der selben biosynthetischen Familie zeigen Pyruvat, Acetoin und Pantothensäure im Kreuztest keine Wirkung auf die Wachstumshemmung.Wachsende Kulturen von Bacillus subtilis wandeln Ketomycin in 3-Cyclohexenylglycin um. Die Wachstumshemmung des gereinigten Naturproduktes kann von den gleichen Substanzen in einer ähnlichen Weise kompensiert werden wie oben beim Ketomycin.In vitro wird 3-Cyclohexenylglycin von einer Aminosäure-Dehydrogenase gebildet. Die schwache Transaminase-Aktivität bildet kein 3-Cyclohexenylglycin aus Ketomycin.Ketomycin hemmt kompetitiv die Aminosäure-Dehydrogenase, welche -Keto--methylvalerat in Isoleucin umwandelt.3-Cyclohexenylglycin hemmt in vitro kompetitiv in bezug auf Threonin die Threonin-Desaminase. Dies erklärt die antagonisierende Wirkung von Threonin und vermutlich auch von Homoserin in vivo.Bei einer Konzentration, die zehnfach über der Isoleucinkonzentration liegt, hemmt 3-Cyclohexenylglycin die Verknüpfung von Isoleucin mit tRNA durch die Isoleucyl-tRNA-Synthetase nur in geringem Ausmaß. Dies erklärt den unkompetitiven Antagonismus von Isoleucin in vivo. Eine experimentelle Erklärung der antagonisierenden Wirkung von Valin, Leucin und deren unmittelbaren Vorprodukten konnte nicht gefunden werden.

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Metabolic products of microorganisms

Summary From culture filtrates of the Streptomyces strain Tü 99 the antibiotic ketomycin, in addition to chlorothricin, was isolated by solvent extraction, counter-current distribution and crystallization of the sodium salt. Spectroscopic investigations and chemical transformation showed, that ketomycin is identical with 3-cyclohexeneglyoxylic acid. Degradation of ketomycin by means of ozone yielded the dextrorotatory (R)--carboxyadipic acid. Ketomycin is therefore (R)-3-cyclohexeneglyoxylic acid.Ketomycin inhibits the growth of Bacillus subtilis. The growth inhibition can be reversed competitively by homoserine, threonine, -ketobutyrate, -keto--methylvalerate, -ketoisovalerate, valine, -ketoisocapronate or leucine or noncompetitively by isoleucine. Out of the same biosynthetic family pyruvate, acetoin and pantothenate have no effect on the growth inhibition as shown with a simple test.Growing cultures of Bacillus subtilis can convert ketomycin to 3-cyclohexeneglycine. The growth inhibition by the purified natural product can be counteracted by the same substances in a similar manner as above ketomycin.In vitro 3-cyclohexeneglycine is produced by an amino acid dehydrogenase. The weak transaminase activity does not form 3-cyclohexeneglycine out of ketomycin.Ketomycin is competitively inhibitory for an amino acid dehydrogenase activity which converts -keto--methylvalerate to isoleucine.3-Cyclohexeneglycine inhibits in vitro competitively with respect to threonine the threonine desaminase. This explains the antagonistic action in vivo of threonine and presumably of homoserine too.At concentrations 10 times higher than isoleucine 3-cyclohexeneglycine inhibits the attachment of isoleucine to tRNA by isoleucyl-tRNA-synthetase only to a minute degree. This explains the noncompetitive antagonism of isoleucine in vivo. An experimetal explanation of the antagonistic effect of valine, leucine and their immediate precursors could not be found.

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77. Mitteilung: W. Pache und H. Zähner: Arch. Mikrobiol. 67, 156 (1969).     

Wirkung von EDTA auf Sporulation,Kompetenz und potentielle Tranformanten von Bacillus subtilis

Zusammenfassung 1–5·10^–4 M EDTA verhinderte selektiv die Sporenbildung, wenn es zur Zeit t ₀–t ₃ zu Stickstoff-limitierten Bacillus subtilis-Kulturen gegeben wurde.EDTA beeinflußte in den genannten Konzentrationen nicht selektiv die Ausbildung kompetenter Zellen, die Transformationsrate war nicht vermindert. Jedoch hatte es eine spezifische stabilisierende Wirkung auf potentielle Transformanten. Aus diesen Ergebnissen wird gefolgert, daß kompetente Zellen keinen sporulationsspezifischen Stoffwechsel aufweisen. Erst, nachdem bei weiterer Bebrütung die Kompetenz verloren gegangen ist, verhalten sich diese Zellen wie Präsporen. Die stabilisierende Wirkung des EDTA auf potentielle Transformanten beruht dann auf der Konservierung des frühen, reversiblen Sporulationsstadiums.Kompetenz scheint ein Präsporulationsstadium zu sein, das ausgebildet wird in den Zellen, die in Anwesenheit von C- und N-Kataboliten zur Sporulation übergehen.

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Action of EDTA on sporulation, competence and potential transformants of Bacillus subtilis

Summary The formation of spores in a nitrogen-limited Bacillus subtilis-culture was suppressed selectively by addition of 1-5·10^-4 M EDTA during the first 3 hours of sporulation.EDTA at the concentrations mentioned did not alter the frequency of transformation when added to a young growing culture. The development of competent cells was not affected to a higher extent than the growth rate. However, a specific action of EDTA on potential transformants could be demonstrated. The presence of EDTA caused their stabilization for more than 5 hours. From these results ist was concluded that there is no sporulation specific metabolism in competent cells. Only after having lost their competence during further incubation they resemble forespores. The stabilizing effect of EDTA on potential transformants may then be caused by conserving the early, reversible phase of sporogenesis.Competence seems to represent a presporulation-state which occurs in cells which are going to sporulate in the presence of C- and N-catabolites.

     

Untersuchungen zur Photoautotrophie mit molekularem Wasserstoff bei neuisolierten schwefelfreien Purpurbakterien

Zusammenfassung In einer Mineralsalzlösung mit 0,1% NH₄Cl und 0,01% Hefeextrakt wurden aus Schlammproben unter einer Atmosphäre aus 90% H₂ und 10% CO₂ im Licht acht verschiedene Stämme von schwefelfreien Purpurbakterien angereichert und isoliert, die zum photoautotrophen Wachstum mit H₂-CO₂ befähigt sind. Die neuisolierten Stämme wurden aufgrund ihrer mikroskopischen Merkmale und ihrer Fähigkeit zur Verwertung verschiedener organischer C-Verbindungen bestimmt. Drei Rps. capsulata-Stämme benötigen Thiamin als Wachstumsfaktor, zwei R. rubrum-Stämme Biotin und ein Rps. gelatinosa-Stamm benötigt Thiamin und Nicotinsäure. Ein Rps. palustris-Stamm wächst langsam in einem Medium ohne Vitaminzusatz. Der Wachstumsfaktor-Bedarf eines zweiten Rps. palustris-Stammes kann nur durch Hefeextrakt gedeckt werden. Bei allen Stämmen wird das Wachstum durch kleine Mengen (0,01%) Casaminosäuren bzw. Hefeextrakt merklich beschleunigt. Die kürzesten Verdoppelungszeiten beim photoautotrophen Wachstum mit H₂ weisen die drei Rps. capsulata-Stämme auf (17 bis 23 h in einem Mineralmedium mit Thiamin, 10,5–11 h in einem Mineralmedium mit 0,01% Hefeextrakt). Die Hydrogenase-Aktivitäten der Stämme sind in starkem Maße abhängig von der Anzucht der Zellen. Die niedrigsten Aktivitäten werden nach photoheterotropher Anzucht in einem Medium mit NH₄Cl als N-Quelle gemessen, mittlere Aktivitäten nach photoheterotropher Anzucht in einem Medium mit Glutamat als N-Quelle und die höchsten Aktivitäten nach photoautotropher Anzucht mit H₂-CO₂. Die höchsten Raten der H₂-abhängigen CO₂-Fixierung werden ebenfalls nach photoautotropher Anzucht gemessen.

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Studies on the photoautotrophic growth of new isolated nonsulfur purple bacteria at the expense of molecular hydrogen

Summary By incubating samples of mud in a mineral salt medium containing 0.1% NH₄Cl and 0.01% yeast extract under an atmosphere of 90% H₂ and 10% CO₂ in the light, eight strains of nonsulfur purple bacteria capable of photoautotrophic growth at the expense of H₂-CO₂ were enriched and isolated. The bacteria were characterized by their microscopical features and their ability to use various organic compounds for growth. Three strains of Rps. capsulata need thiamine as a growth factor and two strains of R. rubrum biotin. The Rps. gelatinosa strain is dependent on thiamine and nicotinic acid. One of two Rps. palustris strains grows slowly in a medium completely free of growth factors, the other strain is dependent on the presence of 0.01% yeast extract. The growth of all strains is markedly stimulated by small amounts (0.01%) of amino acids or yeast extract. The three Rps. capsulata strains differ significantly from the other strains with regards to their fast photoautotrophic growth (doubling time: 17–23 h in a mineral salt medium with thiamine, 10.5–11 h in a medium with 0.01% yeast extract). The hydrogenase activities of all strains are strongly dependent on the culture conditions. The lowest activities are obtained after photoheterotrophic growth in a medium with NH₄Cl as the nitrogen source, moderate activities after photoheterotrophic growth in a medium with glutamate as the nitrogen source and maximum activities after photoautotrophic growth at the expense of H₂-CO₂. Maximum rates of CO₂-fixation are also obtained after photoautotrophic growth.

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Abkürzungen MB Methylenblau - PHBS Poly--hydroxybuttersäure - R. Rhodospirillum - Rps. Rhodopseudomonas Meinem Vater gewidmet.     

Role of Pyruvate Carboxylase in Facilitation of Synthesis of Glutamate and Glutamine in Cultured Astrocytes

Abstract: CO₂ fixation was measured in cultured astrocytes isolated from neonatal rat brain to test the hypothesis that the activity of pyruvate carboxylase influences the rate of de novo glutamate and glutamine synthesis in astrocytes. Astrocytes were incubated with ¹⁴CO₂ and the incorporation of ¹⁴C into medium or cell extract products was determined. After chromatographic separation of ¹⁴C-labelled products, the fractions of ¹⁴C cycled back to pyruvate, incorporated into citric acid cycle intermediates, and converted to the amino acids glutamate and glutamine were determined as a function of increasing pyruvate carboxylase flux. The consequences of increasing pyruvate, bicarbonate, and ammonia were investigated. Increasing extracellular pyruvate from 0 to 5 mM increased pyruvate carboxylase flux as observed by increases in the ¹⁴C incorporated into pyruvate and citric acid cycle intermediates, but incorporation into glutamate and glutamine, although relatively high at low pyruvate levels, did not increase as pyruvate carboxylase flux increased. Increasing added bicarbonate from 15 to 25 mM almost doubled CO₂ fixation. When 25 mM bicarbonate plus 0.5 mM pyruvate increased pyruvate carboxylase flux to approximately the same extent as 15 mM bicarbonate plus 5 mM pyruvate, the rate of appearance of [¹⁴C]glutamate and glutamine was higher with the lower level of pyruvate. The conclusion was drawn that, in addition to stimulating pyruvate carboxylase, added pyruvate (but not added bicarbonate) increases alanine aminotransferase flux in the direction of glutamate utilization, thereby decreasing glutamate as pyruvate + glutamate →α-ketoglutarate + alanine. In contrast to previous in vivo studies, the addition of ammonia (0.1 and 5 mM) had no effect on net ¹⁴CO₂ fixation, but did alter the distribution of ¹⁴C-labelled products by decreasing glutamate and increasing glutamine. Rather unexpectedly, ammonia did not increase the sum of glutamate plus glutamine (mass amounts or ¹⁴C incorporation). Low rates of conversion of α-[¹⁴C]ketoglutarate to [¹⁴C]glutamate, even in the presence of excess added ammonia, suggested that reductive amination of α-ketoglutarate is inactive under conditions studied in these cultured astrocytes. We conclude that pyruvate carboxylase is required for de novo synthesis of glutamate plus glutamine, but that conversion of α-ketoglutarate to glutamate may frequently be the rate-limiting step in this process of glutamate synthesis.     

Stoffwechselprodukte von Mikroorganismen

Zusammenfassung Der Stamm Tü 469 von Streptomyces arenae bildet ein lipophiles, farbloses, nur auf chemisch definierten Medien wirkendes Antibioticum, das Arenaemycin E (Epoxid). Bei stärkerem Ansäuern der Kulturfiltrate mit Salzsäure auf pH 2,5 kann das Arenaemycin C (Chlorhydrin), mit Schwefelsäure auf pH 2,5 das Arenaemycin D (Diol) isoliert werden. Die Spektren lassen die in den Partialformeln 1(E), 2(D) und 3(C) dargestellten Beziehungen erkennen. Als Angriffsort des Arenaemycins C kann die Pyruvatkinase angenommen werden.

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Metabolic products of microorganisms105. Arenaemycin E, D and C

Summary Arenaemycin E (epoxide), a new, colorless, lipophilic antibiotic has been isolated from cultures of strain Tü 469 of Streptomyces arenae. The antibiotic inhibits the growth of microorganisms in synthetic, but not in complex media. After adjusting the culture filtrate with hydrochloric acid to pH 2.5 Arenaemycin C (chlorohydrin) was isolated. However, when the pH of the original culture filtrate was adjusted to pH 2.5 with sulphuric acid, Arenaemycin D (diol) was isolated.The structural differences of the three Arenaemycins, which were analysed by IR, UV, NMR and Mass spectral methods are shown in the partial structural formulas [1(E), 2(D), 3(C)]. Preliminary studies indicate that the probable point of attack of Arenaemycin C is on the enzyme pyruvate kinase.

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104. Mitt.: W. Richle, F. K. Winkler, D. M. Hawley, M. Dobler und W. Keller-Schierlein: Die Struktur des Cinerubins B. Helv. chim. Acta. 54, 467–480 (1972).     

Atmung und Wachstum von Hefe im Licht

Zusammenfassung Belichtung von Hefezellen mit starkem sichtbarem Licht verursacht eine Hemmung des aeroben Umsatzes von Glucose. Unter den gleichen Bedingungen bleibt jedoch die CO₂-Abgabe konstant, so daß sich hohe RQ-Werte ergeben. Die Absorptionsbanden der Cytochrome zeigen, daß diese Pigmente im Licht in den reduzierten Zustand übergehen. Es wird auf eine lichtbedingte Hemmung des Krebscyclus geschlossen. Das Wachstum der Hefe ist im Licht ebenfalls stark beeinträchtigt.

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Summary Illumination of yeast cells with strong visible light results in an inhibition of the aerobic glucose metabolism. However, under these conditions the carbon dioxide output remains constant, so that the RQ rises to high values in time. The absorption bands of the cytochromes show that these pigments are reduced by light. The conclusion is that light inhibits the Krebs cycle. It also causes a strong inhibition of yeast growth.

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Mit 4 Textabbildungen

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Ein Stipendium des Schweizerischen Nationalfonds ermöglichte die Ausführung dieser Arbeit.     

Verlust der Kompetenz für genetische Transformation in Bacillus subtilis-Zellen während des Überganges in die stationäre Wachstumsphase

Zusammenfassung Im Gegensatz zu den Hinweisen, daß kompetente Bacillus subtilis-Zellen solche sind, die sich in frühen Sporulationsphasen befinden, stehen die genannten Befunde, wonach Zellen sporulieren, ohne dabei kompetent zu werden. Wenn die Sporulation durch den Übergang einer Kultur in die stationäre Wachstumsphase ausgelöst wurde, nahm sofort die Zahl der kompetenten Zellen ab. Bei einem Wechsel der Stickstoffquelle von Ammoniumsulfat zu Histidin, der bei einem Drittel der Population zur Ausbildung thermoresistenter Sporen führte, verminderte sich sofort die Anzahl transformierbarer Zellen von 4,5·10⁵ ml^-1 auf 2,0·10¹ ml^-1, ohne später wieder den zuvor gemessenen Wert zu erreichen.Der genannte Widerspruch läßt sich aufheben durch die Annahme, daß Zellen, die während des exponentiellen Wachstums der Kultur in den stationären Zustand übergehen und sporulieren, sich von denen unterscheiden, deren Sporulation durch Substratlimitation induziert wurde. Nur die ersteren sind transformierbar. Wahrscheinlich ist bei den letztgenannten die Synthese oder Funktion der zur Kompetenzausbildung und Erhaltung notwendigen Substanzen gehemmt.

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Loss of competence in the Bacillus subtilis transformation system during transition to the stationary growth phase

Summary Former experiments of several authors indicated that competence in the Bacillus subtilis transformation system is linked to an early phase of sporulation. The results presented here show that B. subtilis cells may sporulate without becoming competent. If mass sporulation was induced by transition of the culture to the stationary growth phase the number of competent cells decreased abruptly. Substitution of ammonium sulphate by histidine as the sole source of nitrogen induced a third of the population to form thermoresistant spores. Simultaneously, the number of cells which could be transformed was reduced from 4.5×10⁵ ml^-1 to 2.0×10¹ ml^-1. After prolonged incubation no total recovery of competence could be observed.The differing results concerning the connection of sporulation and transformability may be explained by the assumption that there exists a difference between single cells which sporulate after entering the stationary state during the exponential growth of the culture and such cells the sporulation of which is induced by limitation of substrate. Only the former ones may be subject to transformation while in the latter cells synthesis or function of substances necessary for establishing and maintaining competence may be inhibited.

     

Response of yeast pyruvate carboxylase to the adenylate energy charge and other regulatory parameters

The maximal velocity of the reaction catalyzed by partially purified pyruvate carboxylase (pyruvate + HCO₃⁻ + ATP → oxaloacetate + ADP + P_i, EC 6.4.1.1) from baker's yeast increases with an increase in the adenylate energy charge. This response is modulated by the addition of CoASAc, aspartate, or malate. Variation in energy charge does not change the apparent affinity of the enzyme for either pyruvate or HCO₃⁻, but effects on the maximal velocity may participate in regulating the rate of carboxylation of pyruvate.     

Bildung flüchtiger Säuren bei der Vergärung von Pyruvat und Fructose in anaerober Dunkelkultur von Rhodospirillum rubrum

Zusammenfassung R. rubrum bildet anaerob im Dunkeln aus exogenen und endogenen Substraten hauptsächlich Acetat und Propionat.In Kulturen mit Pyruvat als Substrat wurde in der Regel mehr Acetat als Propionat gebildet (4:1–1:1), mit Fructose dagegen weniger Acetat (1:2–1:3). Ruhende Zellen produzierten aus Pyruvat, im Vergleich zu Kulturen mit (NH₄)₂SO₄ im Medium, relativ mehr Propionat als Acetat.Beim Abbau von gespeicherter PHBS wurde relativ mehr Acetat und weniger Propionat als beim Abbau endogener Polysaccharide produziert.Eine Zugabe von Ascorbat (0,8 u. 1,6%) oder K₃[Fe(CN)₆] (0,08 u 0,32%) hatte nur einen geringen Effekt auf das Verhältnis von Acetat zu Propionat. Exogenes CO₂ war, besonders bei Zugabe von Fructose als Substrat, für die Synthese von Propionat notwendig. Die Wege der Acetat- und Propionatbildung unter anaeroben Bedingungen im Dunkeln werden diskutiert.

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The synthesis of volatile acids by fermentation of pyruvate and fructose in anaerobic dark cultures of Rhodospirillum rubrum

Summary Under anaerobic conditions in the dark R. rubrum produced mainly acetate and propionate from exogenous and endogenous substrates.With pyruvate as a substrate usually less propionate than acetate was synthesized, with fructose, however, more propionate than acetate was produced.In resting cells, compared with cultures having (NH₄)₂SO₄ in the medium, more propionate than acetate was synthesized from pyruvate.By degradation of stored poly--hydroxybutyric acid under anaerobic dark conditions relatively more acetate is produced than by degradation of endogenous polysaccharide.Addition of ascorbate (0.8 and 1.6%) or K₃[Fe(CN)₆] (0.08 and 0.32%) had little influence on the relative concentrations of acetate and propionate.Exogenous CO₂ was necessary for the synthesis of propionate, especially when fructose was the substrate. The pathways of acetate and propionate production anaerobically in the dark are discussed.

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Abkürzungen BChl Bacteriochlorophyll - PEP Phosphoenolpyruvat - PHBS Poly--hydroxybuttersäure - I.p.m. Impulse (¹⁴C) pro Minute     

Beeinflussung der postmitotischen Kernmigration vonMicrasterias denticulata Bréb. durch das Herbizid Trifluralin

Zusammenfassung Zellen vonMicrasterias denticulata Bréb. wurden wÄhrend der Phase des postmitotischen Wachstums mit Trifluralin behandelt. In einem Konzentrationsbereich von 10^–2 bis 10^–5% zeigte sich ein starker Einflu\ auf die Kernmigration, wodurch der Zellkern eine anormale Position innerhalb der Zelle einnahm. Daneben war auch die Migration des Chloroplasten stark gehemmt. Ein Effekt auf die Cytomorphogenese, d. h. das Wachstum und die Musterbildung der PrimÄrwand konnte nicht beobachtet werden. Es wird angenommen, da\ Trifluralin, so wie Colchizin, Vinblastin, IPC und CIPC auf das den Posttelophase-Kern vonMicrasterias umgebende Microtubuli-System, desorganisierend einwirkt. Durch die Zerstörung dieses MiÇrotubuli-Systems scheint der Zellkern seine FÄhigkeit zur Kernmigration zu verlieren.

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Influence of the Herbizide Trifluralin on the postmitotic migration of the nucleus inMicrasterias denticulata Bréb.

Summary During the phase of postmitotic cell-growth cells ofMicrasterias denticulata Bréb. were treated with Trifluralin. In a concentration range of 10^–2 to 10^–5% strong influence on the migration of the nucleus could be observed, leading to an abnormal position of the nucleus within the cell (Figs. 1B, C, D).Beside this, migration of the chloroplast was strongly inhibited. No effect could be observed on cytomorphogenesis,i.e., growth and patterning of the primary cell wall. It is suggested that Trifluralin like Colchicine, Vinblastine, IPC, and Chloro-IPC desorganizes the microtubule-system surrounding the posttelophase-nucleus ofMicrasterias. By the destruction of this microtubule-system the nucleus seems to loose its migration ability.

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Für die technische Hilfe danke ich Frau D. Neudecker. Die Untersuchungen wurden durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft unterstützt.     

Der Einfluß der Ernährung auf die Ultrastruktur der großen Zellen in den Mitteldarmdrüsen terrestrischer Isopoda (Armadillidium vulgare,Porcellio scaber)

Zusammenfassung Im Verlauf von 10wöchigem Nahrungsentzug unterliegen die großen Zellen der Mitteldarmdrüsen von Armadillidium vulgare und Porcellio scaber ultrastrukturellen Veränderungen, die denen entsprechen, welche von Ligia oceanica beschrieben wurden.Wiederfütterung mit verschiedenem Futter nach 6wöchigem Nahrungsentzug hat sehr verschiedene ultrastrukturelle Veränderungen zur Folge: Die dominierenden Merkmale sind Glykogen-Felder nach Saccharose-Gabe, elektronendichte Grana und große Vakuolen nach Protein, Lipideinschlüsse nach Butter und Fettkörper von Käferlarven sowie Sambucus-Blättern, Heterolysosomen nach Buchenlaub und Douglasien-Nadeln und elektronendichte Grana nach Bakterien (z.B. Bacillus subtilis). Das vielfältigste Bild zeigen die Zellen der Tiere, welche künstliches Nährmedium aufgenommen hatten.

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The influence of different diets on the ultrastructure of the large cells in the hepatopancreas of land-dwelling isopods (Armadillidium vulgare, Porcellio scaber)

Summary Over a 10-week period of food deprivation the large epithelial cells of the hepatopancreas of Armadillidium vulgare and Porcellio scaber undergo ultrastructural changes that correspond to the conditions described previously from Ligia oceanica. Refeeding with different diets after a starvation period of 6 weeks results in very different ultrastructural aspects of the large epithelial cells. The dominant features are as follows: glycogen deposits (after a sucrose diet), electron dense granules and large vacuoles (protein diet), lipid droplets (butter, fat body of beetle larvae, litter of Sambucus), heterolysosomes (litter of Fagus, needles of Pseudotsuga), and electron dense granules (bacteria, e.g. Bacillus subtilis). The most diversified ultrastructure was obtained 2 days after refeeding with an artificial diet.

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Unterstützt durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG Sto 75/4-7)     

Eigenschaften von Bacillus subtilis-Mutanten,die gegen den Isoleucin-Antagonisten Ketomycin resistent sind

Zusammenfassung Es wurden 30 spontane Mutanten von Bacillus subtilis isoliert, die gegen Ketomycin (3-Cyclohexenylglyoxylsäure), einen Isoleucin-Antagonisten, resistent sind. Diese Mutanten konnten in 3 Gruppen unterteilt werden: starke Isoleucin-Ausscheider (11–34 g Isoleucine/ml Kulturflüssigkeit), schwache Ausscheider (2 g/ml) und Nichtausscheider. Nur die starken Ausscheider (Gruppe 1) besitzen eine durch Isoleucin nicht hemmbare Threonin-Desaminase. Mutanten mit dereprimierter Synthese von Threonin-Desaminase wurden nicht gefunden. Nicht-ausscheider sind nicht resistent auf Grund einer fehlenden Umwandlung von Ketomycin in Cyclohexenylglycin.Unter diesen 30 Mutanten wurden 2 ungewöhnliche Mutanten gefunden. Die eine Mutante, ein starker Ausscheider, besitzt eine instabile Threonin-Desaminase. Die andere Mutante, ein Nichtausscheider, besitzt eine Threonin-Desaminase mit einer sigmoiden Substratsättigungskurve. Dies steht im Gegensatz zum Wildtyp-Enzym, welches eine hyperbolische Kurve besitzt.

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Properties of mutants of Bacillus subtilis which are resistant to the isoleucine antagonist ketomycin

Summary Thirty spontaneous mutants of Bacillus subtilis resistant to Ketomycin (3-cyclohexenylglyoxylic acid), an isoleucine antagonist, were isolated. These mutants could be subdivided into 3 groups: strong isoleucine-excretors (isoleucine accumulation in the culture fluid: 11–34 g/ml), weak excretors (2 g/ml), and nonexcretors. Only the strong excretors (group 1) possess an isoleucine insensitive threonine deaminase. Mutants with derepressed synthesis of threonine deaminase were not found. The resistance of nonexcretors is not due to a lack of conversion of ketomycin to cyclohexenylglycine.Within these 30 mutants, two unusual mutants were found. One mutant (strong excretor) has an unstable threonine deaminase. The other mutant (nonexcretor) possesses a threonine deaminase showing a sigmoid substrate saturation curve in contrast to the wild type enzyme, which shows a hyperbolic curve.

     

Effects of regurgitation and reflex bleeding on mortality in western budworm (Choristoneura occidentalis) treated with lannate

Larvae of the western budworm, Choristoneura occidentalis, displayed symptoms of hyper-activity, regurgitation, and reflex bleeding after topical application of 0.4 g per 100 mg body weight of Lannate^® (S-methyl N-[(methylcarbamoyl) oxy] thioacetimidate). When the larvae were kept in containers with non-absorbent surfaces, the ejected hemolymph and regurgitated fluids enveloped the larvae and mortality increased. The greater time required for the drying or clotting of ejected fluids in closed containers appeared related to the higher mortality which also occurred in closed containers. Fluorescent tracer methods were used to show that ejected fluids did not readily penetrate the tracheal system. However, when spiracles and cuticles of larvae were covered by the ejected fluids, both CO₂ production and O₂ consumption rates decreased below normal during prostration. When prostrate larvae were on an absorbent surface, respiration rates were well above normal.

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Wirkung von erbrechen und reflexbluten auf die sterblichkeit des westlichen knospenwicklers (Choristoneura occidentalis) nach behandlung mit lannate

Zusammenfassung Die Raupen des Westlichen Knospenwicklers, Choristoneura occidentalis Freeman, zeigten nach örtlicher Behandlung mit 0,4 g pro 100 mg Körpergewicht Lannate^® (S-methyl-N-[(methylcarbamoyl) oxy] thioacetimidat) Symptome von Übererregung, Erbrechen und Reflex-bluten. Wurden die Larven in Behältern mit nichtabsorbierenden Oberflächen gehalten, so bedeckten die ausgetretene Hämolymphe und die erbrochenen Flüssigkeiten die Larven und erhöhen die Sterblichkeit. Die längere Zeit, die zum Trocknen oder Gerinnen der abgegebenen Flüssigkeiten in geschlossenen Behältern erforderlich war, schien in Beziehung zu der höheren Sterblichkeit zu stehen, die zugleich in geschlossenen Behältern auftrat. Fluoreszenz-Nachweis-Methoden wurden benutzt, um zu zeigen, daß die ausgeschiedenen Flüssigkeiten nicht leicht in das Tracheensystem eindringen. Wenn jedoch die Stigmen und die Kutikula der Raupen mit den abgesonderten Flüssigkeiten verschmiert waren, sanken sowohl die CO₂-Produktion wie die Sauerstoffverbrauchsraten unter das während der Behandlung normale Niveau. Wenn behandelte Larven auf einer absorbierenden Unterlage gehalten wurden, waren die Respirationsraten gut übernormal.

     

Fructoseverwertung und Bacteriochlorophyllsynthese in anaeroben Dunkel- und Lichtkulturen von Rhodospirillum rubrum

Zusammenfassung Für eine signifikante B.-Chlorophyllbildung anaerob im Dunkeln ist bei Rhodospirillum rubrum neben Reservestoffen in den Zellen ein exogenes Substrat und eine N-Quelle notwendig (NH₄ ⁺). Fructose kann in anaerober Dunkelkultur als Substrat für die B.-Chlorophyllbildung dienen. Die Verwertung ist aber adaptiv und stark vom Gehalt an Reservesubstanzen abhängig. Eine Steigerung der Pigmentsynthese tritt erst nach einer mehrstündigen lag-Phase ein, die durch eine aerobe Vorbebrütung mit Fructose um etwa die Hälfte verkürzt werden kann. Die Syntheserate des B.-Chlorophylls ist in den ersten 2–4 Std mit Fructose geringer als mit Malat als Substrat, steigt dann aber stark an, während mit Malat die Rate etwa konstant bleibt.Aerob im Dunkeln mit Fructose vorbebrütete Zellen können auch ohne Reservesubstanzen in anschließender anaerober Dunkelkultur Pigmente bilden. Die Syntheserate ist aber geringer als mit Reservesubstanzen.Eine Pufferung mit CaCO₃ (pH>6) erhöht die B.-Chlorophyllsynthese.In Gegenwart von Fructose finden unter anaeroben Bedingungen im Dunkeln nicht nur eine Pigmentbildung, sondern auch nach einer mehrstündigen lag-Phase eine Thylakoidmorphogenese und Wachstum statt.Es konnte somit gezeigt werden, daß bei Athiorhodaceen (R. rubrum) eine echte Gärung stattfindet, die Pigmentsynthesen, Bildung von Membranstrukturen und Wachstum ermöglicht.In anaeroben Lichtkulturen ist Fructose ein gutes Substrat. Die B.-Chlorophyllsynthese ist zu Beginn der anaeroben Lichtkultur ebenfalls von Reservesubstanzen und der Vorkultur abhängig.

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The function of reserve-material for the adaptive utilization of fructose, and the synthesis of bacteriochlorophyll in anaerobic dark and light cultures of Rhodospirillum rubrum

Summary Rhodospirillum rubrum needs exogenous carbon and nitrogen sources in addition to reserve material for bacteriochlorophyll synthesis in anaerobic cultures in the dark. Under these conditions fructose is a good substrate for growth and synthesis of bacteriochlorophyll. The utilization of fructose is adaptive and quantitatively dependent on the amount of reserve materials. The rate of pigment synthesis is increased after a lag phase of several hours. An aerobic preincubation with fructose reduces the lag phase to about 50%. During the first 2–4 h the rate of bacteriochlorophyll synthesis is lower when the cells are provided with fructose than with malate. After this time the production of bacteriochlorophyll on fructose is accelerated, whereas the synthesis rate on malate remains constant.Cells which have been preadapted on fructose aerobically in the dark are able to synthesize pigment in a following anaerobic dark culture even in the absence of reserve materials. However, the rate of synthesis is lower than in the presence of reserve materials. The drop of pH by fermentation products and the resulting decrease of synthesis rate are removed by the addition of CaCO₃. The fermentation metabolism on fructose enables the cells not only to synthesize pigment but also to grow and to form thylakoids. Fructose also is a good substrate in photosynthetic cultures. However, the synthesis of bacteriochlorophyll at the beginning of the anaerobic light culture likewise is related to the presence of reserve materials and to the preculture conditions.

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Abkürzungen im Text B.-Chlorophyll Bacteriochlorophyll - R8, R7, R6 und P, PO₄ ^'-Puffer Nährlösungen und Phosphatpuffer (s. Methodik)     

Die funktionelle Regulation der Chloroplastenstruktur vonChlamydobotrys stellata

Zusammenfassung Die elektronenmikroskopische Strukturanalyse der Thylakoidmembranen aus autotroph und aus photoheterotroph kultiviertenChlamydobotrys stellata hat weder nach Gefrierbruch noch nach Tiefenätzung und Negativkontrastierung von Chloroplastenmembranen irgendwelche Strukturunterschiede aufgezeigt, die Ursache für das Vorhandensein der an Ultradünn-schnitten erkennbaren normalen Granastruktur in den autotrophen bzw. ihr Fehlen in den photoheterotrophen Algen sein könnten. 1. Nach Gefrierbruch sind in beiden Fällen zwei verschiedene Bruchflächen zu erkennen. Die Fläche B ist zerstreut mit 160-Å-Partikeln (ungefähr 8/0,01 m²), die Fläche C dicht mit 110-Å-Partikeln (ungefähr 34/0,01 m²) besetzt. Nach Negativkontrastierung sind auf den stromaseitigen Thylakoidflächen 110-Å-Partikeln zu erkennen. 2. Der Ersatz von CO₂ durch Acetat als einzige Kohlenstoffquelle führt innerhalb von ein bis zwei Stunden zu einer fast granafreien Chloroplastenstruktur. Innerhalb dieses Zeitabschnittes können diein vivo getrennten Thylakoidein vitro durch Mg²⁺-Salze wieder zum Grana-Kontakt gebracht werden. Bei längerer photoheterotropher Kultur ist dies nicht mehr möglich. 3. Die Umwandlung der inneren Chloroplastenstruktur im Zusammenhang mit dem Wechsel von der autotrophen zur photoheterotrophen Ernährung ist unabhängig von jeder Proteinsynthese, weder Cycloheximid noch Chloramphenicol können sie verhindern. 4. Ausschlaggebend für die Transformation der Chloroplastenstruktur ist der ungehinderte Ablauf des photosynthetischen Elektronentransports; denn DCMU verhindert die normalerweise mit dem Entzug von CO₂ gekoppelte Auflösung der Granastruktur. 5. Die Ergebnisse werden auf die Existenz einer elektronenmikroskopisch nicht faßbaren Strukturkomponente zurückgeführt, die in autotroph ernährten Algen in aktiver Form und inaktiv in den photoheterotrophen Organismen vorliegt. Die Aktivierung dieser Komponente erfolgt in engem Zusammenhang mit dem photosynthetischen Elektronentransport und der CO₂-Fixierung.

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The regulation of the chloroplast structure ofChlamydobotrys stellata

Summary Thylakoid membranes from autotrophically and from photoheterotrophically cultivatedChlamydobotrys stellata were studied by thin sectioning, freeze-fracturing, deep-etching and negative staining techniques for electron microscopy, as well as the mechanism which regulates the inner chloroplast structure during the transition from autotrophic to photoheterotrophic growth conditions. 1. There are no visible differences—except in thin-sections—between the chloroplasts from the differently grown algae. In both cases freeze-fracturing reveals two fracture faces of the membranes. Surface B is characterized by randomly spaced 160 Å particles (about 8/0.01 m²), surface C shows closely packed 110 Å particles (about 34/0.01 m²). Negatively stained preparations of thylakoids show 110 Å particles on the membrane surface. 2. Replacement of CO₂ by acetate as the only carbon source leads to an almost granafree chloroplast structure within one to two hours. During this period the thylakoids separatedin vivo can be brought backin vitro to a grana-conformation by the addition of Mg²⁺-ions. Magnesium, however, does not act in this way on the thylakoid membranes isolated fromChl. stellata cultivated photoheterotrophically for more than six hours. 3. The transformation of the inner chloroplast structure is independent from protein synthesis: Neither cycloheximide nor chloroamphenicol have any influence on the transformation. 4. Decisive for the chloroplast transformation is the unhindered light dependent photosynthetic electron transport: DCMU completely prevents the loss of the grana conformation normally brought about by CO₂ depletion. 5. These observations are interpreted to result from the presence of the presence of a special (electronmicroscopically invisible) structural component of the thylakoid membranes, which exists in an activated form leading to the formation of grana in the autotrophic algae, and in an inactivated form in the photoheterotrophic organisms. The activation of this structural component is brought about by electron transport during normal photosynthetic CO₂-fixation.

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Herrn Prof. Dr. A.Pirson anläßlich seines 65. Geburtstages gewidmet.