Springer Nature is making SARS-CoV-2 and COVID-19 research free. View research | View latest news | Sign up for updates

Die Protochlorophyll(ID)-Umwandlung und Ihre Beziehungen zur Photooxydation der Ascorbinsäure bei Etiolierten Keimpflanzen

The protochlorophyll(ide) transformation and its relation to the photooxidation of ascorbic acid in etiolated seedlings

  • 15 Accesses

  • 8 Citations

Summary

The terminal steps in chlorophyll synthesis leading from protochlorophyll(ide) to chlorophyll have been investigated on etiolated seedlings of Triticum vulgare.

It could be demonstrated that at least before the lag-phase the synthesis of chlorophyll proceeds not only via protochlorophyllide but also via protochlorophyll; however, about 90% of the synthesized chlorophyll originates from protochlorophyllide reduction.

By a two-minute illumination with 7000 Lux 76–88% of the protochlorophyllide but only 30–60% of the protochlorophyll is transformed into chlorophyll(ide).

As to the question of the hydrogen donor for this transformation, the present investigations have revealed that in red light the protochlorophyll(ide) reduction corresponds to the photooxidation of ascorbic acid. Hence it is suggested that in the photoreduction in vivo ascorbic acid could be involved as a reductant for the pigment. This supposition offers a new interpretation of the role of ascorbic acid in the chloroplasts.

Zusammenfassung

Bei etiolierten Keimpflanzen von Triticum vulgare wurden die vom protochlorophyll(id) zum Chlorophyll führenden Syntheseschritte untersucht.

Dabei zeigte sich, daß die Chlorophyllsynthese, zumindest vor der Lag-Phase, nicht nur den Weg über das Chlorophyllid nimmt, sondern auch über Protochlorophyll erfolgen kann, wobei allerdings etwa 90% des gebildeten Chlorophylls durch Protochlorophyllid-Reduktionen entstehen.

Von diesem Pigment werden 76–88% photoreduziert, vom Protochlorophyll hingegen nur etwa 40–70%.

Was die Frage des Wasserstoffdonators für diese Photoreduktion anbetrifft, so haben die vorliegenden Untersuchungen ergeben, daß im Rotlicht stöchiometrische Beziehungen zwischen der Protochlorophyll(id)-Reduktion und der Photooxydation der AS bestehen. Dadurch wird der Gedanke nahegelegt, daß bei der in vivo stattfindenden Phototransformation des Protochlorophyll(id)-Holochroms die AS als Wasserstoffdonator eine Rolle spielt.

Daraus ergibt sich für die Rolle der AS in den Chloroplasten eine neue Deutungsmöglichkeit.

This is a preview of subscription content, log in to check access.

Literatur

  1. Boardman, N. K.: Studies on a protochlorophyll-protein-complex. II. The photoconversion of protochlorophyll to chlorophyll a in the isolated complex. Biochim. biophys. Acta (Amst.) 64, 279–293 (1962).

  2. Bogorad, L.: Chlorophyll biosynthesis. In: Goodwin, ed., Chemistry and biochemistry of plant pigments, p. 55. London and New York: Academic Press 1965.

  3. Bryan, G. W., and L. Bogorad: Protochlorophyllide and chlorophyll formation in response to the iron nutrition in a Chlorella mutant. In: Microalgae and photosynthetic bacteria (A special supplement to plant and cell physiol.), p. 399. Press 1 Motofuji-Cho, Bunkyo-Ku, Tokyo (1963).

  4. Bukatsch, F.: Eine neue Methode zur Bestimmung des C-Vitamins mit dem Stufenphotometer von Zeiss. Hoppe-Seylers Z. physiol. Chem. 2, 1–8 (1939).

  5. —: Über die Rolle der Ascorbinsäurein den Chloroplasten I. Planta (Berl.) 30, 118–128 (1939/40).

  6. Franck, J., and C. S. French: Photooxydation processes in plants. J. gen. Physiol. 25, 309–324 (1941/42).

  7. Franke, W., u. U. Heber: Über die quantitative Verteilung der Ascorbinsäure innerhalb der Pflanzenzelle. Z. Naturforsch. 19b, 1146–1149 (1964).

  8. Gerhardt, B.: Untersuchungen über Beziehungen zwischen Ascorbinsäure und Photosynthese. Planta (Berl.) 61, 101–129 (1964).

  9. Giroud, A., et C. P. Leblond: Localisation histo-chemique de la vitamin C dans le cortex surrenal. C. R. Soc. Biol. (Paris) 115, 705–706 (1934).

  10. Granick, S.: Magnesium porphyrins formed by barley seedling treated with δ-amino levulinic acid. Plant Physiol. 34, Suppl. XVIII (1959).

  11. Hager, A.: Zur Chromatographie der lipoidlöslichen Blattfarbstoffe. Planta (Berl.) 48, 592–621 (1957).

  12. Hughes, R. E.: The use of homocysteine in the estimation of dehydroascorbic acid. Biochem. J. 64, 203–208 (1956).

  13. Klein, S.: Phytylation of chlorophyllide and the formation of lamellae in chloroplasts. Nature (Lond.) 196, 992–993 (1962).

  14. Krasnovsky, A. A.: Reversible photoreduction of porphyrins and the mechanism of photosensitization. Progress in Photobiology, p. 561–564. Elsevier Publishing Company Amsterdam-London-New York-Princeton 1961.

  15. —, and M. I. Bystrova: Studies on Chlorophyll formation in the homogenates of etiolated leaves with the use of fluorescent spectrophotometry. Biochimija 25, 168–179 (1960) (mit engl. Zus.-fass.). Ref. Ber. wiss. Biol. 160, 263 (1961).

  16. —, u. L. M. Kosobutskaya: Spektraluntersuchung des Zustandes des Chlorophylls bei seiner Bildung in der Pflanze und in kolloiden Lösungen der Substanz etiolierter Blätter. Dokl. Acad. Nauk. SSSR 85, 177–180 (1952) [Russisch]. Ref. Ber. wiss. Biol. 81, 380 (1953).

  17. —, u. K. K. Voynovskaya: Reversible photochemische Reduktion und Oxydation von Bacteriochlorophyll und Bacteriophäophytin. Dokl. Acad. Sci. USSR 66, 663–666 (1949) [Russisch].

  18. Lebedev, S. I., u. L. G. Litvinenko: Biosynthese von Chlorophyll im roten und nahen infraroten Abschnitt. Dokl. Acad. Nauk. SSSR 160, 1427–1429 (1965) [Russisch]. Ref. Ber. wiss. Biol. 248, 196 (1965).

  19. Litvin, F. F., A. A. Krasnovsky u. G. T. Rikhireva: Bildung und Umbildung von Protochlorophyll in grünen Blättern. Dokl. Acad. Nauk. SSSR 127, 699–701 (1959) [Russisch]. Ref. Ber. wiss. Biol. 145, 269 (1960).

  20. Loeffler, I. E.: Precursors of protochlorophyll in etiolated barley seedlings. Carnegie Inst. Year Book 54, 159–160 (1955).

  21. Madsen, A.: Protochlorophyll conversion by single flash illumination. Physiol. Plantarum (Kbh.) 13, 380–384 (1960).

  22. —: The time cours for the photoconversion of protochlorophyll by flash illumination. Physiol. Plantarum (Kbh.) 16, 470–474 (1963).

  23. Mapson, L. W.: Metabolism of ascorbic acid in plants. Part I. Ann. Rev. Plant Physiol. 9, 119–150 (1958).

  24. —: Photo-Oxidation of ascorbic acid in leaves. Biochem. J. 85, 360–369 (1962).

  25. Martini, E., u. A. Bonsignore: Eine neue Methode der Ascorbinsäurebestimmung (Vitamin C). Biochem. Z. 273, 170–177 (1934).

  26. Rudolph, E.: Untersuchungen über den Einfluß der Photoreaktionssysteme auf die Chlorophyllsynthese. Planta (Berl.) 66, 75–94 (1965).

  27. Rudolph, H.: Über die Einwirkung farbigen Lichtes auf die Entstehung der Chloroplastenfarbstoffe. Planta (Berl.) 21, 104–155 (1934).

  28. Shibita, K.: Spectroscopic studies on chlorophyll formation in intact leaves. J. Biochem. (Tokyo) 44, 147–173 (1957).

  29. Shlyk, A. A., V. L. Kaler, L. I. Vlasenok, and V. I. Gaponenko: The final stages of biosynthesis of chlorophylls a and b in the green leaf. Photochem. and Photobiol. 2, 129–148 (1963).

  30. Smith, J. H. C.: The development of chlorophyll and oxygen-evolving power in etiolated barley leaves when illuminated. Plant Physiol. 29, 143–148 (1954).

  31. —: Protochlorophyll transformation. In: Allen, ed., Comparative biochemistry of photoreactive systems, p. 259. New York and London: Academic Press 1960.

  32. —, and A. Benitez: The effect of temperature on the conversion of protochlorophyll to chlorophyll a in etiolated barley leaves. Plant Physiol. 29, 135–143 (1954).

  33. —, and D. W. Kupke: Some properties of extracted protochlorophyll holochrome. Nature (Lond.) 178, 751–752 (1956).

  34. Virgin, H. I.: Pigment transformations in leaves of wheat after irradiation. Physiol. Plantarum (Kbh.) 13, 155–164 (1960).

  35. —, A. Kahn, and D. v. Wettstein: The physiology of chlorophyll formation in relation to structural changes in chloroplasts. Photochem. and Photobiol. 2, 83–91 (1963).

  36. Vlasenok, L. I., L. I. Fradkin, and A. A. Shlyk: Chlorophyllide as an intermediary in the conversion of protochlorophyllide into chlorophyll a in green leaves. Photochem. and Photobiol. 4, 385–389 (1965).

  37. —, and A. A. Shlyk: Chlorophyllide as an intermediate product in the transformation of protochlorophyllide into chlorophyll. Biochimija 28, 57–69 (1963) (mit engl. Zus.fass.). Ref. Ber. wiss. Biol. 210, 67 (1964).

  38. Witt, H. T., B. Rumberg, P. Schmidt-Mende, U. Siggel, B. Skerra, I. Vater, u. I. Weikard: Über die Analyse der Photosynthese mit Blitzlicht. Angew. Chem. 77, 821–842 (1965).

  39. Wolff, J. B., and L. Price: Terminal steps of chlorophyll a biosynthesis in higher plants. Arch. Biochem. 72, 293–301 (1957).

  40. Wolwertz, M. R.: Photooxidation of chlorophyll pigments in the presence of a radioactive precursor. Photochem. and Photobiol. 2, 149–158 (1963).

Download references

Author information

Additional information

Im Text werden folgende Abkürzungen verwendet: AS=Ascorbinsäure, DAS=Dehydroascorbinsäure.

Rights and permissions

Reprints and Permissions

About this article

Cite this article

Rudolph, E., Bukatsch, F. Die Protochlorophyll(ID)-Umwandlung und Ihre Beziehungen zur Photooxydation der Ascorbinsäure bei Etiolierten Keimpflanzen. Planta 69, 124–134 (1966). https://doi.org/10.1007/BF00399783

Download citation