Incorporation von [D-4,5-3H]-Ieucine und [2-14C]-Acetat in die photosynthetischen Pigmente und Chinone von Chlorella pyrenoidosa

Der Metabolismus der photosynthetischen Pigmente und Chinone von Chlorella wurde mit Hilfe von ¹⁴CO₂, [2-¹⁴C]-Acetat und [D-4,5-³H]-Leucin als Vorstufen der Isoprenoidsynthese untersucht. Auch wurde untersucht, ob Leucin als Vorstufe in der Biosynthese der Terpenoide fungiert. Die Verwendung der Doppelmarkierung sollte bestehende Unterschiede in der Regulation und Biosynthese der Isoprenoide der Chloroplasten, Mitochondrien und des Zytoplasmas aufdecken. Neben der Verwendung von Radioisotopen wurde die Inkorporation von Deuterium in die Carotinoide verwendet, um den turnover der Prenyl-Lipide direkt nachzuweisen. In tracer-kinetischen Untersuchungen mit ¹⁴CO₂ konnte gezeigt werden, daß ¹⁴-C-α-Carotin zu ¹⁴C-Lutein und ¹⁴C-ß-Carotin zu ¹⁴C-Zeaxanthin umgesetzt wird. Eine Vorstufenfunktion läßt sich auch für Plastohydrochinon-9 nachweisen, das in Plastochinon-9 umgesetzt wird. Die Markierungskinetik der einzelnen Prenyl-Lipide deutet auf einen schnellen turnover hin. Anhand der ¹⁴C-Inkorporationskinetik wurden Halbwertszeiten im Bereich von 30 min bis 220 min ermittelt, während sich aus den Dekorporationskinetiken Zeiten von 9 bis 113 h ergeben. Prenyl-Lipide wie die Carotine, Chlorophyll a und Plastochinon-9, die einerseits Vorstufenfunktion besitzen, andererseits aber auch direkt an der Photosynthese beteiligt sind, werden schneller umgesetzt als ihre Folgeprodukte. Somit scheint ein direkter Zusammenhang zwischen der Funktion des Prenyl-Lipides im Chloroplasten und seinem Umsatz zu bestehen. Sowohl Acetat wie auch Leucin werden von Chlorella als Vorstufen in der Terpenoidbiosynthese verwendet. Acetat wird aber wesentlich schneller inkorporiert als Leucin, was vielleicht darauf zurückzuführen ist, daß Leucin im Zytoplasma zu Acetat oder Mevalonsäure metabolisiert wird und dann in den Chloroplasten gelangt. Auch im tracer-kinetischen Experiment mit ¹⁴C-Acetat und ³H-Leucin läßt sich eine Vorstufen-Produkt-Beziehung für die Chlorophylle, Carotinoide und Chinone zeigen. Im Vergleich zu den Experimenten mit ¹⁴CO₂ zeigen die tracer-kinetischen Experimente mit ¹⁴C-Acetat und ³H-Leucin, daß die Chloroplasten-Isoprenoide wesentlich langsamer metabolisiert werden und ihre Umsatzraten mehr jenen entsprechen, die aus den ¹⁴C-Dekorporationskinetiken des ¹⁴CO₂-Experimentes resultieren. Es zeigt sich aber auch hier, daß jene Prenyl-Lipide, die direkt an der Photosynthese beteiligt sind, schneller metabolisiert werden. Daß die Chloroplasten-Isoprenoide in autotroph kultivierten Chlorellen einem ständigen turnover unterliegen, läßt sich auch sehr eindrucksvoll mit Hilfe der Deuterium-Inkorporation für die Carotine zeigen. Die aus der Deuterium-Inkorporation erhaltenen Umsätze der Carotine entsprechen in etwa denen, die sich aus ihrer Dekorporationskinetik im tracer-kinetischen Experiment mit [2-¹⁴C]-Acetat und [D-4,5-³H]-Leucin ergeben, zeigen allerdings, daß a-Carotin wesentlich schneller umgesetzt wird als ß-Carotin. Die Untersuchungen wurden durch ein Stipendium der Deutschen Forschungsgemeinschaft im Austausch mit der British Royal Society an K.H.G. unterstützt, wofür wir uns bedanken.