Einbau von ³²P in verschiedene Phosphatfraktionen, besonders Polyphosphate, bei einzelligen Grünalgen (Ankistrodesmus braunii) im Licht und im Dunkeln

Summary

Using the unicellular green alga, Ankistrodesmus braunii, distribution and turnover of phosphorus in various fractions of cell material were investigated with special reference to the formation of inorganic polyphosphates (Poly-P).

• 1. The whole P-compounds in Ankistrodesmus cells were fractionated by the modified Schmidt and Thannhauser methods which were applied by Kanai et al. (1965) for the quantitative separation of various inorganic polyphosphates in Chlorella ellipsoidea. The inorganic polyphosphates in Ankistrodesmus cells were also successfully separated from each other by successive extractions with cold 10% TCA (Poly-P “A”), with cold KOH at pH 9 (Poly-P “B”), and with 2n-KOH (Poly-P's “C” and “D”; the former precipitates on neutralization, leaving the latter in solution).

• 2. Analysis of the uniformly ³²P-labeled algal cells showed that the highest in P-content was four kinds of poluphosphates (“A” + “B” + “C” + “D” = ca. 60% of total P) followed by RNA, lipid, acid soluble organic compounds, inorganic orthophosphate, DNA and protein in decreasing order.

• 3. The pool-size of each polyphosphate changed characteristically during the synchronous growth of Ankistrodesmus cells by changing light and darkness periodically (14 hr L: 10 hr D). The amounts of Poly-P's “B” and “D” increased soon after the beginning of light period, whereas the increase of Poly-P's “A” and “C” occurred at the latter stage of light period. In the dark period, the algal cells were divided synchronously. Correspondingly DNA and lipid-P increased, whereas Poly-P's “A” and “B” (and acid soluble organic P-compounds, as well) decreased. Poly-P “C”, on the other hand, did not show any significant change in darkness.

• 4. Using the Ankistrodesmus cells which were pre-cultured in a P-free medium for about 20 hrs, the rapid incorporation of radioactivity into various P-compounds was followed in the short time-course (0–15 min) by introducing ³²PO ^≡₄ in light and in darkness. Radioactivity in inorganic orthophosphate within the algal cells and labile nucleotide phosphate increased rapidly and saturated in 5–10 min both in light and in darkness. The rapid increase of ³²P in Poly-P's “C” and “D” and RNA was observed 5–10 min after the addition of ³²P; these P-compounds were labeled much faste in light than in darkness.

  The highest light-enhancement of ³²P-incorporation was found in non-nucleotide P-components of the acid soluble organic compounds (probably, in sugar phosphate esters). The radioactivity in these compounds incorporated after 2 min in light was found to be 10 times greater than that in darkness.

  Poly-P's “A” and “B” were not labeled in light and in darkness during the course of the short time experiment.

• 2. It is suggested from the short term experiments and others that the synthetic pathways of Poly-P's “C” and “D” are different from those of Poly-P's “A” and “B”; the former Poly-P's are synthesized rapidly in light from inorganic phosphate through the intermediary products such as labile nucleotides and/or sugar phosphates.

Zusammenfassung

Es wurde die Verteilung und der turnover von Phosphat in verschiedenen aus einzelligen Grünalgen (Ankistrodesmusbraunii) gewonnenen Fraktionen unter besonderer Berücksichtigung der Bildung von anorganischem Polyphosphat (Poly-P) untersucht.

• 1. Die Fraktionierung der gesamten P-Verbindungen in Ankistrodesmus-Zellen wurde mit einer von Kanai u. Mitarb. (1965) veränderten Methode nach Schmidt u. Thannhauser vorgenommen. Auch die anorganischen Polyphosphate wurden in aufeinanderfolgenden Extraktionen in 4 Fraktionen (Poly-P “A” bis “D”) aufgetrennt (vgl. Methodik).

• 2. Die 4 Poly-P-Fraktionen besaßen mit etwa 60% den größten Phosphatanteil. Mit abfallendem Mengenanteil folgten RNS, Lipoid-Phosphat, säurelösliche organische P-Verbindungen, anorganisches Orthophosphat, DNS und Proteinphosphat.

• 3. Die Pool-Größen der 4 Poly-P-Fraktionen änderten sich charakteristisch während des synchronen Wachstums (14 Std L: 10 Std Du) der Ankistrodesmus-Zellen. Poly-P “B” und “D” erhöhten sich gleich nach Beginn der Lichtperiode, “A” und “C” erst später. In der Dunkelperiode, während der synchronen Teilung der Zellen, stieg DNS und Lipoid-P an, während Poly-P “A” und “B” abfiel. Poly-P “C” zeigte während der Dunkelperiode keine Änderung.

• 4. Weiterhin wurde in Kurzzeitversuchen (0–15 min) die Einlagerung von ³²PO ^≡₄ in die verschiedenen Fraktionen aus den P-frei vorkultivierten Algen (20 Std) verfolgt. Unter anderem war die Markierung von Poly-P “C”, “D” und RNS 5–10 min nach ³²P-Zugabe im Licht viel stärker als im Dunkeln. Poly-P “A” und “B” wurden während der Kurzzeitversuche weder im Licht noch im Dunkeln markiert.

• 5. Es kann angenommen werden, daß die Synthesewege der Poly-P “A” und “B” von denen der Poly-P “C” und “D” verschieden sind. “C” und “D” werden offenbar im Licht auf den Weg über Intermediärprodukte, wie labile Nucleotide und/oder Zuckerphosphate, gebildet.