Tagesverlauf der NADP-abhängigen Glycerinaldehyd-3-Phosphat-Dehydrogenase in synchroner Kultur der einzelligen Grünalge Ankistrodesmus braunii und seine Beeinflußbarkeit durch Röntgenstrahlen und Hemmstoffe der Proteinsynthese

Abstract

• 1. The daily progress of NADP-linked GPD-activity rise in synchronous culture of Ankistrodesmus braunii was investigated in respect to short time increase of activity by light. After various exposure times cells were temporarily deprived of light and subsequently the so-called dark value as well as the light value (dark value + light-induced part) of the enzyme activity was determined.

• 2. The increase of dark and light values per cell number is greater in the first half of the day than in the second. The minor activity rise in the second half seems to be caused by culture conditions since the activity of the light and dark values—after reduction of cell density to half in the early afternoon—shows a greater increase again. With regard to chlorophyll, around noon the enzyme activity reaches a maximum which corresponds to numerous other physiological maxima in synchronous algae cultures.

• 3. The absolute value of the light-induced part of NADP-linked GPD-activity per cell number also increases with increasing exposure time in the first half of the day more than in the second.

• 4. X-irradiation retards the rise of the dark value of the NADP-GPD. This is particularly evident if the cells are exposed to light for 4 hrs after X-irradiation: 10–25 krad is enough to completely arrest the rise of the dark value.

• 5. The light-induced part of GDP-activity is hardly affected by high X-ray doses (424 krad), either immediately following the X-irradiation point or after the additional 4-hrs exposure to light; in fact, after low doses up to 25 krad it even rises somewhat.

• 6. Similar to X-irradiation, rifamycine and actinomycine D also completely retarded the rise of the dark value after 4 hrs exposure to light.

• 7. Longer culture duration of the irradiated cells of 8 hrs altered the effect of the irradiation: the rise of the dark value was not as great as the control; the light-induced part of enzyme activity was obviously retarded more than it had been after only 4 hrs exposure time. Thus it can be assumed that with regard to the dark value of GPD-activity there is a recovery from the irradiation damage, whereas the radiation effect on the light-induced part of GPD-activity is possibly increased.

• 8. The D₃₇ of chlorophyll synthesis of synchronous Ankistrodesmus cultures is approximately 85 krad and is thus, like the rise of the light-induced increase of NADP-linked GPD-activity, substantially more radiation resistent than the rise of the dark value which for a plant organism is extremely radiation sensitive.

• 9. The high radiation sensitivity of the dark value rise of the GPD-activity in Ankistrodesmus braunii is compared with the relatively radiation resistent rise of this enzyme activity in resting greening Euglena gracilis, which contrary to Ankistrodesmus is not retarded by actinomycine, but only by chloramphenicol.

One of the hypotheses under discussion regarding the X-ray effect is that the transcription processes which probably occur additionally for the rise in activity of the dark value of NADP-linked GPD may be the particularly radiation sensitive processes in Ankistrodesmus braunii.

Zusammenfassung

• 1. Es wurde der Tagesverlauf des NADP-abhängigen GPD-Aktivitätsanstiegs in synchroner Kultur von Ankistrodesmus braunii unter Berücksichtigung der kurzfristigen Lichtaktivierung untersucht, indem die Zellen nach verschiedenen Belichtungszeiten vorübergehend verdunkelt und dann der sog. Dunkelwert sowie der Lichtwert (= Dunkelwert + lichtaktivierbarer Anteil) der Enzymaktivität festgestellt wurden.

• 2. Dunkel- und Lichtwerte steigen pro Zellzahl in der ersten Tageshälfte stärker an als in der zweiten. Der geringere Aktivitätsanstieg in der zweiten Tageshälfte scheint in der Kulturbedingungen begründet zu sein, da die Aktivität des Licht- und Dunkelwertes — nach Verringerung der Zelldichte um die Hälfte am frühen Nachmittag — wieder stärker ansteigt. Auf Chlorophyll bezogen, zeigt die Enzymaktivität um die Mittagszeit ein Maximum, das in Übereinstimmung mit zahlreichen anderen stoffwechselphysiologischen Maxima in synchronen Algenkulturen steht.

• 3. Der absolute Wert des lichtaktivierbaren Anteils der NADP-abhängigen GPD pro Zellzahl nimmt mit zunehmender Belichtungszeit zu, ebenfalls in der ersten Tageshälfte stärker als in der zweiten.

• 4. Röntgenbestrahlung führt zu einer Hemmung des Anstiegs des Dunkelwertes der NADP-abhängigen GPD. Dies wird besonders deutlich, wenn man die Zellen nach der Bestrahlung 4 Std lang belichtet: Bereits 10–25 krad unterdrücken das Ansteigen des Dunkelwertes völlig.

• 5. Der lichtaktivierbare Anteil wird sowohl unmittelbar nach dem Röntgenbestrahlungszeitpunkt, als auch nach dazwischengeschobener vierstündiger Belichtungszeit durch hohe Strahlendosen (424 krad) kaum beeinflußt, nach niederen Dosen bis 25 krad sogar etwas erhöht.

• 6. Rifamycin und Actinomycin D hemmten, ähnlich wie die Röntgenstrahlen, den Anstieg des Dunkelwertes nach vierstündiger Belichtungszeit ebenfalls völlig.

• 7. Längere Kulturdauer der bestrahlten Zellen (8 Std) führte zu einer Änderung des Strahleneffekts: Der Anstieg des Dunkelwertes war im Vergleich zur Kontrolle weniger stark, der lichtaktivierbare Anteil deutlicher geschädigt als nach nur 4stündiger Belichtungszeit. Hieraus wird bezüglich des Dunkelwertes der GPD-Aktivität eine Erholung des Strahlenschadens vermutet, während die Strahlenwirkung beim lichtaktivierbaren Teil möglicherweise verstärkt wird.

• 8. Die D₃₇ der Chlorophyllsynthese synchroner Ankistrodesmus-Kultur liegt bei ca. 85 krad und ist damit, ebenso wie das Ansteigen des lichtaktivierbaren Anteils der NADP-abhängigen GPD, wesentlich strahlenresistenter als der für pflanzliche Organismen sehr strahlenempfindliche Anstieg des Dunkelwertes.

• 9. Es wird die hohe Strahlenempfindlichkeit des Dunkelwertanstiegs der GPD-Aktivität in Ankistrodesmus braunii mit dem relativ strahlenresistenteren Anstieg dieser Enzymaktivität in ruhenden ergrünenden Euglena gracilis verglichen, der im Gegensatz zu Ankistrodesmus nicht durch Actinomycin, sondern nur durch Chloramphenicol gehemmt wird.

Unter anderen Hypothesen zur Wirkung von Röntgenstrahlen wird die Hypothese diskutiert, daß bei Ankistrodesmus braunii die für den Aktivitätsanstieg des Dunkelwertes der NADP-abhängigen GPD wahrscheinlich zusätzlich auftretenden Transcriptionsvorgänge als besonders strahlenempfindliche Prozesse in Frage kommen können.