Untersuchungen über die lichtabhängige Carotinoidsynthese

Summary

The purpose of these studies was to investigate wether the primary step in the reaction chain of the light-dependent carotenoid synthesis in heterotrophic organisms, the photochemical reaction of the photoreceptor, requires oxygen. Submerged cultures of Fusarium aquaeductuum and Neurospora crassa were used.

Biosynthesis of carotenoids following a photoinduction occurred only under aerobic conditions. When the mycelia were illuminated in the absence of oxygen and subsequently transferred to aerobic conditions in the dark, they produced carotenoids; however, the amount of pigments produced was lower in comparison to that synthesized after photoinduction in O₂ atmosphere. Under anaerobic conditions light saturation of photoinduction occurred at a dosage of approximately 5.10³ Lux. min (white light) in both organisms; this dosage was independent of light intensity and time of illumination. The photoeffect followed the reciprocity law even in the absence of oxygen. The amount of pigments synthesized following a saturating photoinduction under anaerobic conditions was 10% in Fusarium and 75% in Neurospora of that after photoinduction under aerobic conditions. When mycelia were illuminated in N₂ atmosphere with saturating dosages, subsequently supplied with oxygen in the dark and then illuminated a second time with or without oxygen, an additional photoinduction took place. This result indicates that the photoreceptor can be reactivated by oxygen. This reactivation is completed in approximately 10 min; it is independent of temperature and does not occur in the absence of oxygen.

From these results it is concluded that oxygen does not directly participate in the primary photochemical event but functions as an electron acceptor to keep the photoreceptor (possibly a flavin) in the proper oxidation state.

Zusammenfassung

Ziel der vorliegenden Untersuchungen was es, zu prüfen, ob der erste Schritt in der Reaktionskette der lichtabhängigen Carotinoidsynthese von heterotrophen Organismen, die photochemische Reaktion des Lichtacceptors, obligat sauerstoffbedürftig ist. Durch Belichtung unter anaeroben Bedingungen wird bei Fusarium aquaeductuum und Neurospora crassa Carotinoidsynthese induziert; die Farbstoffmenge im Mycel ist allerdings geringer als nach Belichtung unter aeroben Bedingungen. Bei beiden Pilzen wird in N₂-Atmosphäre Lichtsättigung bei etwa 5·10³ Lux·min erreicht und zwar unabhängig von der eingestrahlten Lichtintensität und Belichtungszeit; die höchste induzierbare Carotinoidmenge beträgt bei Fusarium 10%, bei Neurospora 75% von derjenigen, die nach Belichtung unter O₂ maximal gebildet wird. Führt man dem Mycel im Anschluß an eine sättigende Belichtung unter anaeroben Bedingungen im Dunkeln Sauerstoff zu, so wird durch eine darauf folgende 2. Belichtung eine zusätzliche Carotinoidsynthese induziert; der Photoreceptor wird also offenbar durch O₂ wieder reaktiviert. Diese Reaktivierung wird als Reoxidation des Photoreceptors (wahrscheinlich ein Flavin) interpretiert; sie ist innerhalb von 10 min abgeschlossen und temperaturunabhängig. Aus den Ergebnissen wird geschlossen, daß der Sauerstoff an der photochemischen Reaktion des Photoreceptors nicht direkt beteiligt ist, sondern nur als Elektronenacceptor für die Reoxidation des Photoreceptors dient.