Planta (Berl.) 92, 358--373 (1970)

Der Einflu$ von Natrium- ,rod Kalium-Ionen auf die Photophosphorylierung bei Ankistrodesmus braunii C. I. ULLRICH-EBERIUS u n d W. SI~[O~IS Botanisches Institut I der Universit~t Wtirzburg Eingegangen ~m 15. Oktober 1969/31. M~rz 1970 T h e I n f l u e n c e of S o d i u m a n d P o t a s s i u m Ions on t h e P h o t o p h o s p h o r y l a t i o n in Ankistrodesmus braunii Summary. During short-time experiments (30 sec to 60 rain) sodium ions stimulate the phosphate uptake and especially the s2P-labelling of the organic TCA-soluble phosphate compounds up to 1,500 % (K+= 100 %). The labelling is maximally stimulated in the light and in the dark at concentrations of about 5 • l0 -3 tool/1 Na + and at pH 8. Lithium ions stimulate 32P-labelling in a similar but less effective way. In comparison, in the presence of potassium ions the s2p_ label decreases. It was investigated whether sodium ions specifically stimulate the ATP-synthesis or some reaction of the photosynthetic carbon reduction cycle or whether they only enhance the 32P-labelling of phosphorylated compounds. Separation by thin-layer chromatography of the MCF-soluble phosphate fraction showed that labelling of all compounds investigated was stimulated by Na + to a similar extent. Experiments performed in red and far-red light (683 and 712 nm) under nitrogen and in the presence of various DCMU-concentrations, as well as in the presence of antimycin A and CCCP showed that Na+ exerts no specific influence either on the cyclic or on the non-cyclic photophosphorylation in vivo. ATP-dependent reactions such as laCO2-fixation or glucose uptake are not influenced by l~a+. Since Na + does not change the size of phosphate pools in a different way from K +, there is no evidence for the assumption that the Na§ increase in the s2p-labelling is due to its action on the chloroplast membrane in increasing its permeability to orthophosphate ions. This is supported by the lack of any effect of sodium plus phosphate ions on the CO2-fixation. Therefore the results give no evidence that sodium acts directly on phosphorus metabolism inside the cell. It is suggested that its action is localised at the phosphate-transporting site of the plasmalemma.

Einleitung N a t r i u m i o n e n f 6 r d e r n i m L i c h t wie iln D u n k e l n gegentiber K a l i u m ionen die ~2P-Einlagerung in K u r z z e i t v e r s u c h e n bei Ankistrodesmus braunii (Simonis u n d U r b a e h , 1963). D a die M a r k i e r u n g in den s~ure15slichen organisehen P h o s p h a t v e r b i n d u n g e n a m st~rksten gefSrdert war, wu r d e a n g e n o m l n e n , dab N a + die P h o s p h o r y l i e r u n g s r e a k t i o n e n spezi-

EinfluB yon Na + und K + auf die Phosphorylierung

359

fisch f6rdert. Andererseits b e o b a e h t e t e n i n L a n g z e i t v e r s u c h e n B a u m e i s t e r u n d Conrad (1966) bei Scenedesmus obliquus u n d Siegenthaler, Belsky u n d Goldstein (1967) bei dem m a r i n e n P h y c o m y c e t c n Thraustochytrium roseum eine spezifische N a + - F 6 r d e r u n g der P h o s p h a t a u f n a h m e . Bei Rhodopseudomonas spheroides f6rdert N a + unspezifisch d e n langfristigen E i n b a u y o n P h o s p h a t i n die P o l y p h o s p h a t e u n d N u c l e i n s i u r e n , ist aber n i c h t wie K+ essentiell (Grosse, 1963). W e g e n dieser unterschiedlichen Befunde wurde i n der vorliegenden Arbeit versucht, die W i r k u n g y o n N a + i m Vergleich zu der v o n K + bei Ankistrodesmus braunii auf e i n e n ]~e~ktionsraum u n d auf e i n e n Stoffwechselprozel~ zu lokalisieren. Material u n d M ethodik Die einzellige Griinalge Ankistrodesmus braunii (Naegeli) Brunnth. (StammNr. 202--7 c aus der Algensammlung Pringsheim, G6ttingen) wurde in Synchronkultur (Kaden, 1965) bei 8000 lx, 30~ und einer stSmdigen Durchliiftung mit Luft + 1,5 % CO2 in der anorganischen N~hrl6sung (pH 6,2) nach Pirson und Ruppel (1962) angezogen. 5 Std vor Versuchsbeginn, davon 31/2 ira Licht, wurden die Algen in die gleiche, aber an PO~-, Na + und K + verarmte, mit Tris gepufferte Ns fibertragen. Die Algensuspension wurde zur Inkubation mit 32P-markiertem Phosphat in eine Glaskiivette (,,Lollipop" nach Calvin, 1956) fibertragen und entweder mit gereinigtern Stickstoff, Luft oder Luft + 3 % CO~ begast. Alle Versuche wurden bei 30~ C, 20000 lx (WeiBlicht) und bei loll 8 (Tris/It2SO ~, 5 X 10-2 tool/l) durchgeffihrt. Die ReaktionslSsung hatte folgende Zusammensetzung (tool/l) : KI-I2POa (1,15--5 • 10-6), NaC1 bzw. KCi (2 • 10-a), NOa- (9,7 • 10-3). SO~- (6,7 • 10-4), B033- (2,3 • 10-5), 1Vig2+ (6 • 10-4), Ca2+ (6 • 10-5), Fe 2 +(1,5 • 10-5), Mm2+ (4,3 • 10-6), Zn2+ (2,1 • 10-6) Cu2+ (1,6 • 10-7), (NH~)6M%024 (8 • 10-9). In Versuehen mit monochromatischem Licht wurden die Interferenzfilter (Schott/Mainz)folgender Wellenli~ngen benutzt: FIL 683 nm/15 nm Halbwertsbreite und JL 712 rim/12 nm Halbwertsbreite, kombiniert mit dem Sperrfilter l%G 8/2 ram, um WellenlS~ngenunter 700 nm wegzufiltern. Am Ende der Einlagerungszeit wurde die Algensuspension fiber Blaubandfilter mit einer Filternutsche abgesaugt, mit Wasser nachgewaschen und mit Trichloressigsi~ure (TCE 10 %, 0~ C) abget6tet und 30 min extrahiert. Die neutralisierten TCE-Extrakte wurden nach den Methoden yon Avron (1960) un4 Yanagita (1964, vgl. auch Kanai und Simonis, 1968) aufgetrennt in das freie Orti~ophosphat (Pa) und die organischen TCE-lSs]iehen Phosphatverbindungen (Po). Diese wurden durch Schwefels~ure-Hydrolyse fraktioniert in die Gruppen der stabilen Phosphatverbindungen (Po-stabil) und der labilen Phosphatverbindungen (Po-labil). Die TCE-unlSsliche Fraktion (Pu) wurde nieht weiter aufgetrennt. Die Fraktion der s~urel6sliehen :Phosphatverbindungen (G1P) wurde naeh einer yon Gimmler (1967) entwickelten Methode der Diinnschichtchromatographie in ihre Einzelverbindungen aufgetrennt. Als Extraktionsmittel diente hier ein Gemiseh yon Methanol, Chloroform und Ameisens~ure (MCA). Methodik und Identifizierung vgl. auch Simonis und Gimmler (1965) und Feige et al. (1969). Die Glucoseaufnahme wurde ermittelt durch die Bestimmung der l~estglucose im Medium naeh der Methode yon Folin und Wu (1922) und Kandler (1954) (LSsungender Fa. Merck/Darmstadt).

360

C.I. Ullrich-Eberius und W. Simonis:

Die Versuchsergebnisse wurden auf den Ch]orophyllgehalt der Algensuspension bezogen. Die Chlorophyllbestimmung erfolgte nach der Methode yon Arnon (1949). Ergebnisse

1. Ein/lufl yon N a +, K + und L i + au/ die 32P-Markierung Die H a u p t c h a r a k t c r i s t i k a der W i r k u n g yon N a t r i u m i o n e n sind in Tabe]le 1 z u s a m m e n g e s t e l l t . Die P h o s p h a t a u f n a h m e (GP) ist im Licht Tabelle 1. F6rderung der 32P-Markierung dutch Na + gegeniiber K + und durch Licht bei den einzelnen Fraktioner~ und bei der Ges~m~m~rlcierung. 5 • lO-6mol/1 P, 55 ~.g Chl/5 ml, Lu/t, Einlagerungszeit 2 rain LichtfSrderung (Du ~ 100%)

Na +FSrderung (K + ~ 100%)

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Li Du

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1295 347

50,5 14,5

Li Du

276

---

29,0 11,2

Li Du

138

373 219

27,4 59,2

---

55,1 72,5

Fraktion

Bedingungen

Po-stabil

Na + K+

Po-labil

N~ + K+

Po-ges.

Na+ K+

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Pu

Na + K+

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Li Du

104

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Li Du

288

725 290

Li Du

115

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GP

Na + K+

81

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Po-stabil : trichloressigs~urelSsliches stabiles organisches Phosphat; Po-labil= sgurel6sliches labiles organisches Phosph*t; Po-ges.=sgurelSsliches organisches Phosphat; P ~ = O r t h o p h o s p h a t ; Pu=s~ureunlSsliches Phosphat; G P = g e s a m t e s Phosphat.

EinfluB von Na+ und K+ auf die Phosphorylierung

361

um das 7fache gegentiber der in If +- Gegenwart erhSht. Bei der Verteflung dieses zus/~tzlieh aufgenommenen Phosphates auf die einzelnen Fraktionen entf/~llt naeh 2 min Einlagerungszeit der gr66te Anteil auf das Po-stabil. Die Na+-bedingte Markierungsf6rderung auf etwa 1300 % erfolgt nieht auf Kosten der Markierung des Pa oder des Pu. Aus der prozentualen Markierungsverteilung fiber die einzelnen Fraktionen (GP 100 %) ist als weitere Wirkung der Natriumionen die Verlagerung der Markierungsmaxima yore Pa zum Po zu erkennen. 55 % Pa (K+) sinken anf 27 % P~ (Na+) und 29 % Po (K+) steigen auf 50 % Po (Na+) 9 Aueh im Dunkeln fSrdern Natrinmionen deutlieh die Gesamtaufnahme sowie die Markierung aller Frakgionen. Mit steigender Kationenkonzentration im Medium (Abb. 1) nimmt die hemmende Wirkung des K + auf die Markierung aller Fraktionen zu, w~hrend die Na+-F6rderung immer st/irker wird und je naeh Algensuspensionsdiehte zwisehen 2 • 10.2 und 10.2 tool/1 einen deutliehen Gipfel zeigt. Lithiumionen haben eine ~hnliehe Wirkung wie Na +. Der Gipfel der F6rderung wird bei etwas h6herer Konzentration erreieht.

2. Markierungsmuster einzelner Phosphatverbindungen Die Auftrennung des a2Po in Einzelverbindungen mit Hilte der ])finnschichtchromatographie (Abb. 2 links) zeigt, dag die Na+-F6rderung in allen markierten Verbindungen auftritt, je naeh Gr0Be der aktiven Pools st~trker oder schw~cher. Die gr6gte Na+-F6rderung liegt bei der geringen Phosphatkonzentration yon 1,15 • 10-~ mol/lin allenVerbindungen innerhalb der ersten 10 min der Reaktion (Abb. 3). Nach 30 sec Reaktionszeit sind die prozentualen Anteile der markierten Verbindungen am Gesamt-P o in Na+-Gegenwart nieht grundlegend yon denen der K+-Kontrollen verschieden (Abb. 2 rechts). In den K+-Ans~tzen werden aber die durch Pulsmarkierung bedingten Maxima und Minima des Markierungsverlau~es im ATP und in dessen Folgeprodukten deutlich verst/irkt. Da der Anstiegswinkel der K u r v e n ffir die Markierung in K+. Gegenwart in allen Verbindungen flaeher ist als in Na +- Gegerlwart (Abb. 2 links), sind diese Unterschiede auf eine verlangsamte Marlderung zurtiekzuffihren. Die Dunkelwerte fiihren zu einem entspreehenden Ergebnis.

3. Nichteydische und cyclische Photophosphorylierung Die Ergebnisse der Versuche in monochromatischem Licht zu der Frage, ob Na + die a2P-Einlagerung nur unter Bedingungen der nichtcyclisehen oder auch der cyciischen Photophosphorylierung f6rdert, siad in Abb. 4 in % der ungehemmten Na+-Kontrollen dargestellt. Sowohl bei 683 nm als auch bei 712 nm (N2,) wird die 32P-Markierung aller Fraktionen durch Na+ gef6rdert. In Gegenwart von

362 Ullrich-Eberius u. Simonis: EinfluB von N~+ und K + auf die Phosphorylierung ~/I

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Abb. 1. Abh~ngigkeit der Phosphataufnahme und der 82p-Markierung des Po-stabil yon der extra cellul~ren Li+-, lqa+- und K+-Konzentration. Ordinate: s2P-Einlagerung in Prozent der maxim~len Na+-Werte bei 5 • i0 -3 tool/1 NaC1. 5 • 10--6mo]/l P, 67 ~g Chl/5 ml, Licht, Luft, Einlagerungszeit 2 rain DCMU [3-(3,4-Dichlorphenyl)-l,l-Dimethylharnstoff, I t e m m s t o f f des n i c h t - c y c l i s c h e n E l e k t r o n e n t r a n s p o r t e s ] bleibt die Markierung i n allen F r a k t i o n e n bei 712 a m i n Na +- u n d in K + - G e g e n w a r t bis 10-Stool/1 DCMU u n g e h e m m t . Dagegen wird bei 683 n m ab 5 • 10-7 mol/1 DCMU i n N a + - G e g e n w a r t die Markierung aller F r a k t i o n e n s t a r k gehemm~, i n

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Abb. 2. Links: 3~P-Markierung der MCA-16slichen, organischen Phosphatverbindungen in Na +- und in K+-Gegenwart im Licht. 1,15 x 10-6 mol/1 P, 32 ~g Chl/5 ml, Luft + 3 % CO s. Rechts: Prozentualer Anteil der ~2P-Markierung der Einzelverbindungen am ~2Po

364 Ullrich-Eberins u. Simonis : EinfluB yon Na + und K+ auf die Phosphorylierung % 1300 Na+-FSrderung 900

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Abb. 3. Prozentuale F6rderung der 32P-Markierung der Phosph~tfraktionen durch 5T~+ (K+ ~ 100 % ) i m Licht. Bedingungen wie Abb. 2 Tabe|le 2. Hemmu~j der prozentualen Na+-F6rderung der a2P-Markierung dutch D C M U und Antimycin A. 683 nm, (10000 erg/cm 2 • und 712 nm (12500 erg/cm 2 • sec), 1,25 • 10 -8 mol/l P, 56 [zg Chl/5 ml, N2, Einlagerungszeit 2 rain Hemmstoff (tool/l)

DCMU 5" 10-s DCMU 5"10-6 ~Antimycin A, 20 ~g/mU DCMU 5" 10-6 DCMU 5"10 -6 + Antimycin A, 20 tzg/mlJ

nm

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Na+.F6rderung (K+ = 100% ) Po stabil

Po labil

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638 427 229

207 151 82

235 228 104

288 207 99

712

530 405 11~

460 352 139

148 134 96

198 203 106

187 181 102

K + - G e g e n w a r t n u r sehwach, da die M a r k i e r u n g i a K +- G e g e n w a r t sowieso sehr gering ist. Zu r K l ~ r u n g der F r a g e , ob die N a + - b e d i n g t e M a r k i e r u n g fiber die H e m m u n g beider liehtabhi~ngigen A T P - B i l d u n g s p r o z e s s e das N i v e a u der K + - K o n t r o l l e n erreicht, w u r d e n die A lg e n zusiitzlich z u m D C M U (5 • 10 -s tool/l) m i t A n t i m y c i n (20 ~g/ml) i n k u b i e r t (Tabelle 2). Die Gesamt-

Abb. 4. EinfluB von DCMU auf die Phospha$aufnahme und die 82P-Markierung der Fraktionen im Rotlicht bei 683 nm (10000 erg/cm2• und 712 nm (12 500 er g/ cm 2• see). Ordinate: 32P-Einlagerung in Prozent der ungehemmten Na+-Kontrolle bei 683 nm. 2,5 • 10-s mol/] P, 60 ~g Chl/5 ml, N~, Einlagerungszeit 2 min

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Ullrich-Eberius u. Simonis: Einflu$ yon Na+und K+ auf die Phosphorylierung 367 einlagerung wird bei 683 und 712 nm in Na+-Gegenwart auf den gleichen unhemmbaren Restbetrag yon 12000 Ipm/~g Chl (683 nm) wie in K+Gegenwart herabgesetzt. Das sind 17 % der ungehemmten Na+-Kontrolle und 61% der ungehemmten K+-Kontrolle. 11200Ipm/~g Chl (712 rim) sind 24 % der Na+-Kontrolle und 67 % der K+-Kontrolle. Auch in Gegenwart des Entkopplers CCCP (Carbonyleyanid-mChlorphenylhydrazon) in WeiBlicht und Luft (Abb. 5) ist in Na+- wie in K+-Gegenwart der Verlauf der Markierung gleich, das Ausma$ der ttemmung aber in Ha+-Gegenwart auch bier betr/~ehtlieh grSl~er, da die Verbindungen st/~rker markiert sind. Ws die organischen P-Frak~ionen berei~s bei niederen Konzentrationen (3 • 10-6 mol/1 CCCP) gehemmt werden, wird die Markierung im Or~hophosphat, besonders in Ha+-Gegenwart, aufgestaut. Im Dunkeln tritt die Hemmung in Ha+und in K+-Gegenwart gleichsinnig bereits bei niedrigerer ttemmstoffkonzentration ein. Bei hSheren Konzentrationen wird die Markierung der organisehen P-Verbindungen im Licht und im Dunkeln vollkommen verhindert. Der Restbetrag der Phosphataufnahme zeigt dann keinen Ha+-K+- sowie Licht-Dunkel-Unterscbied mehr.

g. 14CO~-_Fixierung Gem/~$ der durch Ha+ erheblich gefSrderten Markierung des ATP und der PGS sowie weiterer Folgeprodukte des Photosyntheseeyclus mfiBte bei effektiv vermehrter ATP-Bildung aueh die 14C02-Fixierungsrate dureh Ha+ gegeniiber K+ gesteigert werden, solange nicht die Enzymsysteme des Calvin-Cyelus begrenzend sind. Das Ergebnis (Abb. 6) zeigt, dal~ die C02-Fixierungsrate, zun/~chst ohne Orthophosphat im Ansatz, zwischen 1 und 10 min durch Ha + nieht gefSrdert wird. Die Kationenwirkung kSnnte andererseits aueh auf einem an der Chloroplastenmembran erleichterten Transport yon Phosphationen zu den Phosphorylierungssystemen beruhen. Dureh Zugabe yon Orthophospha~ in das Reaktiosmedium in einer ffir die Na+-Wirkung optimalen Konzentration yon 5 • 10-~ mol/1 wh-d innerhalb yon 10 rain kein Unterschied zwisehen der Na+-bedingten ~4CO~-Fixierungsrate und der in K+-Gegenwart beobaehte~ (Abb. 6).

5. Glucoseau/nahme Die Glucoseaufnahme gilt als ein gebr/~uchlicher und zuverl~ssiger, indirekter Test fiir die in vivo ablaufende Photophosphorylierung (Kandler, 1954; Tanner, Loos und Kandler, 1966 und Lysek and Simonis, 1968). Abb. 5. Einflul3 yon CCCP auf die P h o s p h a t a u f n a h m e u n d die 82P-Markierung der Fraktionen im Licht u n d im Dunkeln. Ordinate: s2P-Einlagerung in Prozen$ der ungehemm~en Na+-Kontrolle im Licht. 5 X 10-e tool/1 P, 63 ~g Chl/5 ml, Luft, Einlagerungszeit 2 min 25b Planta (~erl.), Bd. 92

368

C.I. Ullrich-Eberius und W. Simonis: i

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Abb. 6. laC02-Fixierung in Na+- and in K+-Gegenwart, in Gegenwart und Abwesenher yon Phosphat (5 X 10-6 tool/l). 5,3 ~M HCOa-/5 ml, 68 ~g Chl, Liehg Da die Na+-bedingte F6rderung des a~P-Einbaus im alkalischen pHBereich verstgrk~ auftrat, wurde bei p H 8 gearbeite~, obwoM bier die Rate der Glucoseau~nahme geringer als bei p H 5,6 war. Das LichtDunkel-Verhgltnis der Aufnahmerate lag nach 30 mia noch bei 2,5:1, so dag ein licht-gefSrdertes ATP-Angebot auch fiir p H 8 wahrscheinlich war. Wghrend der zeitabhgngigen Glucoseaufnahme (Abb. 7) kann zwischen 10 und 60 rain keine durch Na + verbesser~e Aufnahmerate gemessen werden.

6. A'nderungen der Phosphatpoolgr6fleu Bei den kurzfristigen Einlagertmgen von 30 sec his 60 mht wurde dureh Na + besonders die Markierung der organischen, sgurelSslichen P-Verbhtdungen erhSht, meist auf Kosten des prozen~ualen A~efls des Pa an der Gesamtmarkierung. Diese Verschiebung kSrmte daraul beruhen, dag Na+ den Orthophosphatpool zugtmsten der PoolgrSge des Po erniedrigt, wie es bei K+-verarmter und belichteter Chlorella nach K+-Gaben yon Latzko unct Mechsner (1958) beobach~et wurde. Zur UnCersuchung der Wirkung yon Na + auf die PoolgrSl~en wurden die Algen 19 Std vor Versuchsbeghm in phosphatffeier NghrlSstmg mit tr~geffreiem azp vormarkiert. Um das Interferieren eines K+-Mangels b d l~ngerer Verarmung zu vermeiden, wurden die Algen erst 41/2 Std vor Versuchsbeginn in frische, phosphatfreie NghrlSsung ohne Na + und K + umgesetz~. Als Poolgr5Be wird hier der prozentuale Anteil der Markierung

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Abb. 7. Glucoseaufnahme in Na +- und in K+-Gegenwart. P (10-5 tool/l), D-Glucose (750 tLg/5 ml), 72 ~g Chl, Licht, Luft

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Abb. 8. EinfluB yon Na + und K+ (2 X 10-3 tool]l) und yon 31p (10-~ tool]l) auf die 3~P-Verteilung yon 32P-vormarlderten Algen. 75 ~g Chl/5 ml, Licht, Luft einzelner F r a k t i o n e n a n der G e s a m t m a r k i e r u n g bei 32P/81P-Gleichvert e i l u n g verwendet. Abb. 8 zeigt, d a b der prozentuale A n t e i l des Orthophosphates a m G e s a m t p h o s p h a t i m Licht n a c h Zugabe y o n N a + i n n e r h a l b y o n 30 rain

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C. L Ullrich-Eberius und W. Simonis:

nicht unterschiedlich gegenfiber K + zugunsten des prozentualen Anteils der Po-Fraktion verschoben wird. Bei einer nachtr/iglichen, nicht markierten Orthophosphatgabe (10-amol/l) zu den vormarkierten Algen sinkt die Markierung des Po-stabil in Na +-Gegenwart starker als in K+Gegenwart ab. Die Markierung des Pu nimmt in beiden Ans/~tzen zu, in Na+-Gegenwart deutlich st/~rker wegen der dutch Na + bedingten AufnahmefSrderung. Diskussion Na+-Ionen fSrdern in Km'zzeitversuehen und bei niedrigen Phosphatkonzentrationen (5• 10-6 mol/1) bevorzugt die a~P-Einlagerungin die TCE-15sliehen organisehen Phosphatverbindungen gegeniiber K+. Ionen. Da die FSrderung zwar besonders im IAcht, abet aueh im Dunkeln auftritt, kann es sich nieht um die spezifische Beeinflussung einer Lichtreaktion handeln. Hemmstoffe wie DCMU, Antimycin A (RotHeht, Iq2) und CCCP (Licht und Dunkel, Luft) vermSgen die FSrderung roll. kommen zu unterdriicken, so dal] der Angriffsort der Kationen bei einem energieabhangigen Prozef zu suehen ist. Na + kSnnte innerhalb der Zelle die folgenden Reaktionen beeinflussen, die zu dem vorliegenden lV[arkierungsmuster fiihren. 1. Unter der Voraussetzung, daf ATP nicht den begrenzenden Faktor darstellt, kann die ErhShung der 3~'P-Markierung der Po-Fraktion bedeuten, dab eines der Produkte des Photosynthesecyclus dureh Na +bedingte Aktivierung eines der Enzymsysteme gefSrdert wird. Dies wiirde entweder eine Anreicherung des Produktes oder eine ErhShung der Markierung yon dessen Folgeprodukten verursachen. Die diinn. sehiehtehromatographische Auftrennung der organisehen, siiurelSslichen Fraktion ergab, da~ dies nicht zutrifft, sondern daf alle Verbindungen gleichartig und ihrer PoolgrSl]e gemai3 gefSrdert werden. Das heift, daf die Photosynthesefolgeprodukte die hohe prozentuale Na +FSrderung der a~P-Markierung erst durch sekundare Beeinflussung aufweisen. 2. Demnaeh kSnnte die FSrderung einen Schritt frfiher liegen, bei der ATP-Bildung irmerhalb der Chloroplasten. Simonis und Urbaeh (1963) beobachteten in WeiBlichtversuchen in Na~--Gegenwart eine erheblich st~rkere DCMU-I-[emmung der 32P-Markierung als in K+-Gegenwart. Sic vermuteten damals, daft Iqa+ das System des nieht-cyclisehen Elektronentransportes beeinflussen kSnnte. Eine beschleunigte ATPBfldung oder eine VergrS]erung des ATP-Pools sowie ein verstiirktes NADPH-Angebot wiiren die Folge. Bei ausreichender CO~-Versorgung wiirden dadureh die TransphosphoryHerungsreaktionen aaf die Folgeprodukte allgemein besehleunigt. Das Markierungsmuster, wie es die dfinnschiehtehromatographisehe Auftrennung des Po zeigt, entsprieht

Einflufl yon Na+ und K+ auf die Phosphorylierung

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diesen Voraussetzungen. Die Ergebnisse der Hemmstoffversuche entsprechen itmen aber nicht, l~icht nur bei 683 nm und in N~-Atmosph~re wird die F6rderung sichtbar, sondern aueh bei 712 nm in Gegenwart yon DCMU. Durch gleichzeitige Gabe yon Antimycin A wird sie unterdrfickt. Dies sowie die entkoppelude Wirkung yon CCCP in Luft, im Lieht und Dunkeln spr/~che ffir eine allgemeine Beeinflussung der Phosphorylierungsreaktionen. Welter gilt es zu kl~ren, ob effektiv mehr ATP gebildet und den energicbedfirftigen Reaktionen wie COa-Fixierung, Substrat- und Ionenaufnahme zur Verffigung steht. Erh6hte Bildung yon ATP im Licht (Arnon, 1966) oder eines anderen energiereiehen, phosphorylier~en Intermedi/~rproduktcs (Jensen und Bassham, 1966; Kalberer, Buchanan und Arnon, 1967 und Vose und Spencer, 1967) haben eine verst/irkte COSAssimilationsrate zur Folge. In den vorliegenden Untersuchungen ist die Rate der CO2-rixierung in Na+-Gegenwart aber nieht gegenfiber der in K+-Gegenwart erh6ht. Die starke a2p-Markierung der PGS karm daher nieht fiber eine verst~rkte Neubfldung zustandegekommen sein. Aueh die Rate der Glucoseaufnahme wird duroh Na + nich~ gesteigert. Hieraus kann nut gefolgert werden, dab Na+ die ATP-Bfldung selbst nich~ beeinfluBt. 3. Als weiterer AngriffsorC des Na + ist die Chloroplastenmembran m6glich, die nach Heber et al. (1964) und Ullrieh et al. (1965) eine Transportsehranke ffir Orthophosphat darstellt. Na + mfiBte im Lieht den Or~hophosphatspiegel absinken und den der 15sliehen, organisehen Verbindtmgen ansteigen lassen. Es treten aber in Na+- und in K +- Gegenwart, gemessen bei a~P-vormarkierten Algen, keine uugleichsinnigen 1)oolgr6Beni~nderungen auf. DaB Na + nicht an der Chloroplastenmembran wirksam ist, best/itigen die Versuche zur C02-Fixierung. Denn auch durch Zusatz yon Orthophosphat in das Reaktionsmcdium wird die C02-Fixierungsrate in Na+.Gegenwal~ nicht erh6h$. 4. Da durch Na+-Gaben die ATP-Bildung selbst nieht beeinflul]t wird, muB die stark erh6hte Phosphataufnahme auf eine Reaktion am Plasmalemma der Algen zurfickgeffihrt werden. Die betr~chtliche FSrderung der s~P-Einlagerung durch Li+-Ionen wird als erster Hinweis angesehen, daft die Ka~ionenwirkung an der erstcn Transportschranke, dem Plasmalemma, ansetzt, da aus der Tierphysiologie die Wirkungsweise von IA+ auf Transportprozesse bereits lange bekannt ist (Overton, 1902; Maizels, 1961). Aus dem Fehlen einer Na+-Wirkung auf den Glucosetransport wir4 jedoch deutlich, dab bci den einzelligen Grfinalgen mit andersartigen Transportsystemen als bei tierischen Geweben zu rechnen ist. Eindeutiges Ergebnis dieser Arbeit ist, dab die Phosphataufnahme dutch Na + gef6rdert wird. ttierauf und auf die Frage, in welcher Weise

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C.I. Ullrich-Eberius und W. Simonis:

d u r c h die A u f n a h m e r e a k t i o n die M a r k i e r u n g d e r intrazellul~ren Phosp h a t v e r b i n d u n g e n v e r i i n d e r t ~Srd, k o n z e n t r i e r e n sieh die U n t e r s u c h u n g e n d e r f o l g e n d e n Mit~eflung (Ullrich-Eberius u n d Simonis). Der Deutschen Forschungsgemeinschaft dankeu wir sehr fiir ihre Unterstiitzung dieser Untersuehungen.

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