Durch Säure-Base-Übergang induzierte ATP-P_a-Austauschreaktion in Chloroplasten

Abstract

Chloroplasts possess an ATP-Pa-exchange activity, which is induced by a transition from acid to base. The reaction is dependant on the presence of Mg 2 ® and a reducing agent, DTT. The exchange reaction induced by acid-base transition has properties similar to the light-triggered ATPPa-exchange and the ATP-synthesis induced by acid-base transition.Die Austauschreaktion zwischen ATP * und anorganischem Phosphat, wie auch die Reaktion der ATP-ase, gelten nach heutigen Erkenntnissen allgemein als Teilreaktionen der mit einem Elektronentransport (Atmungskette oder photosynthetischer Elektronentransport) gekoppelten ATP-Synthese. Während ATP-ase-und die ATP -Pa-Austauschreaktion an Mitochondrien und Mitochondrienfragmenten schon vor längerer Zeit nachgewiesen werden konnten (vgl. die zusammenfassende Darstellung von RACKER 1 ), glaubte man lange, daß isolierte Chloroplasten zwar bei Belichtung zur ATP-Bildung befähigt sind, aber weder ATP-ase-Reaktion noch ATP -Pa-Austausch katalysieren können (AVRON und JAGENDORF 2 , AVRON 3 ). Vor wenigen Jahren gelang es jedoch, in Chloroplasten Enzyme nachzuweisen, die unter besonderen Bedingungen ATP spalten: eine durch Ca 2 ® und eine durch Mg 2 ® und ein Thiolreagens aktivierte ATP-ase. Erstere funktioniert nur im Licht (BENNUN und AVRON 4 ), während die durch die zweite ATP-ase katalysierte Reaktion durch eine kurze Belichtungszeit induziert wird und anschließend im Dunkeln abläuft (PETRACK und LIP-MANN 5 , HOCH und MARTIN 6 , MARCHANT und PACKER 7 ).Falls ATP-ase und ATP -Pa-Austausch-Reaktion Umkehrungen der Endstufen der Photophosphorylierung sind, sollte unter den oben genannten Bedingungen für die ATP-ase-Aktivität auch ein ATP -* Verwendete Abkürzungen: ATP = Adenosintriphosphat, Pa = anorganisches Phosphat, PMS = Phenazinmethosulfat, DTT = Dithiothreit. 1 E. RACKER, Mechanisms in bioenergetics, New York 1965. 2 M. AVRON U. A. T. JAGENDORF, J. biol. Chemistry 234, 967 [1959]. 3 M. AVRON, Biochim. biophys. Acta [Amsterdam] 40, 257 [1960]. 4 A. BENNUN U. M. AVRON, Biochim. biophys. Acta [Amsterdam] 79, 646 [1964]. 5 B.Pa-Austausch induziert werden können. Dies gelang kürzlich CARMELI und AVRON 8 und MCCARTHY und RACKER 9 . Es erwies sich auch für die Induktion dieser Austauschreaktion eine kurzzeitige Belichtung als notwendig bei gleichzeitiger Anwesenheit eines Kofaktors der Photophosphorylierung (z.B. PMS); ferner benötigte die Reaktion Mg 2 ® und DTT.In den letzen Jahren fand die chemiosmotische Hypothese der Phosphorylierung von MITCHELL (zusammenfassender Artikel siehe MITCHELL 10 ) immer stärker Beachtung, besonders seit es gelang, sie experimentell zu belegen (JAGENDORF und URIBE 11 ). In der vorliegenden Arbeit wird gezeigt, daß in der ATP-Pa-Austauschreaktion die Lichtinduktion durch den für die chemiosmotische ATP-Bildung notwendigen Säure-Base-Ubergang vollständig ersetzt werden kann. MethodenChloroplastenfragmente wurden aus Handelsspinat nach WHATLEY und ARNON 12 hergestellt; die Chlorophyllbestimmung erfolgte nach ARNON 13 . Vor der Durchführung der Austausc...

Synthesis of labelled ATP from ADP and labelled pyrophosphate by spinach chloroplasts

“…In contrast to light induced phosphorylation; there is no need for electron transport; light and addition of the electron carrier PMS do not enhance the formation of ATP under the described conditions. Furthermore the building up of a high energy membrane state, either by light or by an acid base transition as found necessary for the ATP/Pi exchange [7,9] and for the ATPase [ 12, 181, is no prerequisite for an ATP synthesis from ADP and pyrophosphate. A thiol reagent, activating ATP/Pi exchange and ATP hydrolysis, has no remarkable effect on the ATP synthesis with pyrophosphate.…”

“…Unfortunately little is known of the nature of the energy-rich intermediates of phos phorylation. Decay times of these intermediates differ markedly, X, of Neumann and Jagendorf [ 191, as measured by pH change, has a half life of 2 to 30 setonds depending on the pH, Xg of Bachofen and Specht [9] and Specht and Bachofen [I 1 ] a half life time up to 30 mm, as measured by the ability to catalyse the ATP/Pi exchange reaction. At the moment it is not possible to estimate the decay time of X -P produced by pyrophosphate.…”