This work has been digitalized and published in 2013 by Verlag Zeitschrift für Naturforschung in cooperation with the Max Planck Society for the Advancement of Science under a Creative Commons Attribution4.0 International License.

Dieses Werk wurde im Jahr 2013 vom Verlag Zeitschrift für Naturforschungin Zusammenarbeit mit der Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung derWissenschaften e.V. digitalisiert und unter folgender Lizenz veröffentlicht:Creative Commons Namensnennung 4.0 Lizenz.

1 2 7 6 E. STEUDLE UND U.ZIMMERMANN

Purification by GLC afforded 17 pg (71%, 28 ,400 dpm, spec. act. 4.5 x 105 dprn/^mole) of methol 3.7.11-trimethyltridecanoate (4 a) . 16.8 pg (28 ,100 dpm) 4 a were cleaved with L i A l H 4 . The 3.7.11-trimethyltri-decanol (5 a) after purification by GLC (12.5 pg, 83%) did not contain any of the label. The methanol was isolated as described above from 9 / 1 0 of the aqueous phase as the methyl 3.5-dinitrobenzoate (6) (376 mg, 66%, 15,500 dpm, spec. act. 9,300 dpm/ mmole). Crystallization from C H 3 0 H / H 2 0 afforded fraction I (spec. act. 8 ,700 dpm/mmole) and fraction II (8,900 dpm/mmole). Fraction I recrystallized: 8 ,400 dpm/mmole.

Degradation of UC-JH from experiments ivith 2-14C-acetate: 2 pg JH diluted with unlabelled JH to 45 pg (2,300 dpm, spec. act. 15 ,000 dpm/^mole) were hydro-

genated. During GLC purification besides 35 pg 4 (80%, 1,100 dpm, spec. act. 8 ,900 dprn/^mole) some labelled byproducts (520 dpm) were collected. 32 pg (1,000 dpm) 4 were cleaved with L i A l H 4 . The aqueous phase after acidification and extraction with ether was inactive. The ether phase contained only 9 pg (32%) 5 which was purified by GLC (8 pg, 260 dpm, spec. act. 8 ,300 dpm/^mole).

The 2- 1 4C -JH was kindly donated by Dr. JOHN B. SIDDALL, Zoecon Corp., Palo Alto, Calif. W e thank Dr. CHRISTIAN SCHLATTER, Universität Bern, Switzerland, for synthesizing the 2-14C-farnesol. Our work was generously supported through grants from the National Science Foundation (GB-7941) and the Cotton Pro-ducers Institute (CPI 69-139) .

Zellturgor und selektiver Ionentransport bei Chaetomorpha linum Cell Turgor Pressure and Selective Ion Transport of Chaetomorpha linum

E . STEUDLE und U . ZIMMERMANN

Institut für Physikalische Chemie, Kernforschungsanlage Jülich GmbH, Jülich

(Z. Naturforsch. 26 b, 1276—1282 [1971]; eingegangen am 3. April 1971)

The littoral alga Chaetomorpha linum is especially able to maintain a constant turgor pres-sure in the cell by regulating the internal osmotic pressure, if the salt content of the sea water changes. Experiments in artificial isotonic sea water with a constant sodium concentration, but variable potassium concentrations (from 1 to 50 mMol/1) prove, that the decrease or increase of the potassium concentration in the medium (CK) is an essential cause for this regulation of the turgor pressure besides the change of the osmotic pressure of the medium, which was thought to be the predominant cause till now. In the examined concentration range the ratio CK to Ck (po-tassium concentration in the cell) depends linear on CK in the steady state. At low values of Ck ( < 10 mMol/1) the decrease in Ck is compensated by a reversible sodium uptake only in part, and this leads to partly high changes in the cell turgor pressure, although the osmotic pressure of the medium remains constant. The results are discussed on the basis of carrier models.

Meeresalgen, die in Gebieten mit wechselndem Salzgehalt des Seewassers (Flußmündungen, Gezei-tenzonen usw.) wachsen, verfügen über mehr oder minder stark ausgeprägte Regulationsmechanismen, die den Turgor trotz erheblicher Änderungen des osmotischen Druckes in der Umgebung in engen Grenzen konstant halten Als Turgor wird der hy-drostatische Druck im Innern der Algenzelle bezeich-net, der im stationären Zustand der osmotischen Druckdifferenz zwischen innen und außen entspricht. Auch viele Meerestiere können durch Regulierungs-vorgänge Änderungen im Salzgehalt des Außen-mediums auffangen, im Unterschied zu Algen — vor

Sonderdruckanforderungen an Dr. U . ZIMMERMANN und Dipl.-Chem. E. STEUDLE, Institut für Physikalische Chemie der Kernforschungsanlage Jülich, D-5170 Jülich, Postfach 365.

1 H. KESSELER, Kieler Meeresforsch. 15, 51 [1959]. 2 A. KROCH, Z. vergleich. Physiol. 25, 335 [1938].

allem bei höherer Organisationsstufe — halten sie aber den osmotischen Druck im Innern ihrer Zellen bzw. in den Körperflüssigkeiten annähernd konstant.

Ausführliche Darstellungen hierüber finden sich bei KROGH 2 , POTTS und PAMY 3 sowie bei FLOREY 4 .

Für die Turgorregulation bei Algen werden zur Zeit drei Formen diskutiert: 1. Regulation durch Synthese oder Abbau osmotisch aktiver Stoffe in den Zellen (sog. Ana- bzw. Katatonose). 2 . Regulation durch Ausscheidung von Wasser durch pulsierende Vakuolen. 3 . Regulation durch Ionentransport. Alle drei Regulationsarten konnten bei Algen gefunden werden. KAUSS 5>6 schließt z. B. aus seinen Ver-

3 W. T. W. POTTS U. G. PAMY, Osmotic and ionic regulation in animals, Pergamon Press, Oxford 1964.

4 E. FLOREY, Lehrbuch der Tierphysiologie, Georg Thieme-Verlag, Stuttgart 1970.

5 H. KAUSS, Z. Pflanzenphysiol. 56, 453 [1967]. 6 H. KAUSS, Nature [London] 214,1129 [1967].

ZELLTURGOR UND SELEKTIVER IONENTRANSPORT 1277

suchen an der Frischwasseralge Odromonas malha-mensis, daß die Regulation des Turgors über die Bildung bzw. den Abbau von Isofloridosid erfolgt.

Die zweite Regulationsform — Ausscheidung von Wasser durch pulsierende Vakuolen — liegt nach GUILLARD 7 bei Chlamydomonas vor.

Aufnahme bzw. Abgabe von Ionen während der Turgorregulation konnte dagegen KESSELER 8 bei Chaetomorpha linum nachweisen. Als wichtigste Kationen bei der Turgorregulation fungieren nach KESSELER Kalium und Calcium. Die Bedeutung des Calciums ist sekundärer Art, worauf KESSELER be-reits hinweist. Die entscheidende Rolle des Kaliums bei der Turgorregulation leitet KESSELER aus der Messung der zeitlichen Änderungen der Natrium-und Kaliumkonzentration im Zellinnern bzw. im Außenmedium her, die nach Übertragung der Algen aus Seewasser mit 33%o Salzgehalt in 3%o Seewas-ser oder in dest. Wasser auftreten. Unter diesen Ver-suchsbedingungen blieb die Natrium-Innenkonzen-tration praktisch konstant, während die Kalium-Innenkonzentration auf einen Wert absank, wie er für einen osmotischen Druck im Zellinnern bei kon-stantem Turgor gefordert werden muß. Allerdings wurde von KESSELER eine relativ hohe Algenein-waage (5 g Chaetomorpha auf 100 ml Außen-medium) gewählt, so daß während der Versuche der osmotische Druck des Außenmediums und die Ka-lium-Außenkonzentration nicht konstant blieben.

KESSELERS Versuchsbedingungen entsprechen den natürlichen Verhältnissen, wie sie z. B. beim Ein-dunsten oder Verdünnen durch Regengüsse kleiner Wasserflächen im Watt vorliegen. KESSELER schließt aus seinen Versuchen, daß der Regulationsvorgang durch die Änderung des osmotischen Druckes im Außenmedium, die einen Nettotransport des Kaliums bewirkt, gesteuert wird. Dieser Schlußfolgerung kön-nen wir uns nicht anschließen, da unter den oben beschriebenen Versuchsbedingungen nicht nur der osmotische Druck des Außenmediums, sondern auch die Kalium- und Natrium-Außenkonzentration ge-ändert wurden, wobei sich darüberhinaus der osmo-tische Drude des Außenmediums und die Kalium-Außenkonzentration während des Versuches noch lau-fend veränderten. Um die Bedeutung, die diese drei Parameter für den Mechanismus der Turgorregula-tion haben, aufzuklären, müssen Versuchsbedingun-

7 R . R . L . GUILLARD, J. Protozool. 7 , 2 6 2 [ 1 9 6 0 ] 8 H. KESSELER, Hegol. wiss. Meeresunters. 10, 73 [1964] .

gen gewählt werden, bei denen jeweils nur ein Para-meter geändert wird:

Die Rolle des Kaliums bzw. Natriums kann durch Messung der Änderungen der Kalium- und Natrium-Innenkonzentrationen und des osmotischen Druckes im Zellinnern in isotonem Medium, aber bei variabler Kalium- bzw. Natrium-Außenkonzentra-tion erfaßt werden, die Bedeutung des osmotischen Druckes durch Variation der Teilchenkonzentration im Außenmedium bei konstanter Kalium- und Na-triumkonzentration.

Über Experimente in seewasserisotonem Medium bei variabler Kalium-Außenkonzentrationen soll im folgenden berichtet werden. Nach KESSELER sollten unter diesen Bedingungen weder eine Änderung in der Ionenzusammensetzung im Zellinnern noch eine Änderung des Turgors auftreten.

Experimenteller Teil

Chaetomorpha linum wurde im Watt bei List/Sylt zwischen September und Dezember 1970 gesammelt und in natürlichem Seewasser (Firma Biomaris, Bre-men) gehältert (Hälterungsbedingungen s. 1. c. 9) . Vor Versuchsbeginn wurden die Algen für vier Tage in iso-tonem künstlichem Seewasser inbukiert und ununter-brochen mit 125-W-HQL-Lampen der Firma Osram beleuchtet. Die Beleuchtungsstärke, gemessen auf der Wasseroberfläche betrug ca. 10 000 Lux. Die Teilchen-konzentration im natürlichen Seewasser betrug nach kryoskopischen Messungen 1,03 —1,05 Mol/1 (Haupt-bestandteile in mMol/1: 430 Na, 50 Mg, 9 - 1 0 K, 10 Ca, 510 Cl, 25 S 0 4 , 2,5 HC0 3 ) . Das künstliche Seewasser enthielt kein Sulfat und war wie folgt zu-sammengesetzt (in mMol/1) : 420 NaCl, 50 MgCl2 . 10 KCl, 10 CaCl2, 2,5 NaHCOg, 1 NaNOa , 1 Na 2 HP0 4 .

Die Kalium-Außenkonzentration wurde im Bereich von 1 mMol/1 bis 50 mMol/1 unter entsprechender Zu-gabe von NaCl variiert. Die Änderung der Natrium-Außenkonzentration betrug maximal 10% und kann bei der vorliegenden Problemstellung vernachlässigt wer-den. Für die Versuche bei Kalium-Außenkonzentratio-nen oberhalb von 10 mMol/1 wurde in einigen Ver-suchen natürliches Seewasser unter entsprechender Zu-gabe von isotonischer KCl-Lösung verwendet, um even-tuelle Artefakte, hervorgerufen durch erhöhte Schwer-metallionen-Konzentrationen im künstlichen Seewasser, zu eliminieren.

Bei allen Versuchen mit gegenüber natürlichem Seewasser veränderten Kalium-Außenkonzentrationen wurde gleichzeitig ein Teil der Algen in künstliches Seewasser mit natürlichem Kaliumgehalt von 10 mMol/1

9 U. ZIMMERMANN, Dissertation, TU Berlin 1968.

1278 E. STEUDLE UND U.ZIMMERMANN

als Kontrolle inkubiert, um jeweils bei den an verschie-denen Standorten und zu verschiedenen Jahreszeiten gesammelten Algen die Konstanz der Ionenverteilung und des Turgors über mehrere Tage zu überprüfen.

Das Volumen des Seewassers wurde gegenüber dem Zellsaftvolumen so groß gewählt, daß sich die Ionen-konzentrationen im Außenmedium während der Tur-gorregulation nicht änderten (70 g Chaetomorpha linum auf 1001 Seewasser). Die Konstanz der Zusam-mensetzung des künstlichen Seewassers, insbesondere des Kaliumgehaltes, wurde darüberhinaus durch lau-fende Probeentnahmen überprüft und konnte in allen Fällen bestätigt werden. Der pH-Wert des Seewassers betrug 7 , 9 - 8 , 3 .

Das künstliche Seewasser wurde während der Ver-suche mit Kreiselpumpen der Firma Eheim umgewälzt, um eine ausreichende Durchmischung zu gewährleisten, und mit Luft durchströmt. Die Temperatur betrug 15 —18 °C.

Zu bestimmten Zeiten wurden jeweils 4 —5 g Chaeto-morpha linum dem Inkubationsmedium entnommen und in einem Zentrifugenbecher mit Siebeinsatz9'10

12 Stdn. lang bei — 30 °C aufbewahrt. Nach dem Auf-tauen wurde durch Zentrifugieren (2 Stdn., 10 000 g) der Zellsaft gewonnen (Ausbeute an Zellsaft: 65% des Frischgewichtes). Zur Bestimmung des extrazellulären Raumes wurde das Versuchsmaterial vor dem Einfrie-ren zweimal 30 Sek. lang mit einer 0,5 N LiCl-Lösung, die 10 mMol/1 CaCl2 enthielt, abgespült und mit Kleenex kurz abgetupft. Die Werte für den extrazellu-lären Raum lagen mit 3 0 - 3 5 % höher als bei KESSE-LER 10.

Kalium, Natrium und Lithium wurden flammen-photometrisch mit einem Spektralflammenphotometer (PMQ II mit Gittermonochromator der Firma Carl Zeiss) nach entsprechender Verdünnung bestimmt, die osmotischen Drucke der Innen- und Außenmedien kryoskopisch mit der Apparatur der Firma Knauer. Bei allen angegebenen Werten für die Natrium-, Ka-lium- und Teilchenkonzentrationen ist der extrazellu-läre Raum berücksichtigt.

Ergebnisse

Nach Übertragung der Algen aus natürlichem Seewasser in künstliches Seewasser mit natürlichem Kaliumgehalt tritt innerhalb von 1 0 — 1 4 Tagen keine Änderung der ursprünglichen Ionenzusammen-setzung und des osmotischen Druckes des Zellsaftes ein. Danach läßt sich eine langsame, aber stetige Abnahme der intrazellulären Kaliumkonzentration mit einer entsprechenden Zunahme der Natrium-Innenkonzentration beobachten. Die Übertragung der Algen in natürliches Seewasser führt nicht mehr zur ursprünglichen stationären Verteilung der Ionen.

10 H. KESSELER, Hegol. wiss. Meeresunters. 11, 258 [1964].

Das Transportsystem ist irreversibel geschädigt. KESSELER 1 führt die pathologischen Erscheinungen, die bei längerer Hälterung in künstlichem Seewasser zu beobachten sind, auf die erhöhte Schwermetall-ionen-Konzentration im künstlichen Seewasser zu-rück. Die Messungen in künstlichem Seewasser wur-den deshalb nicht über den oben angegebenen Zeit-raum hin ausgedehnt.

Die Zusammensetzung des Zellsaftes von Chaeto-morpha linum ist Schwankungen unterworfen, die beim Kaliumgehalt 2 0 % ausmachen können. Für die vorliegenden Versuche wurde Material verwendet, das hinsichtlich der Kalium- und Natriumkonzentra-tion des Zellsaftes möglichst einheitlich war. Der Ka-lium- und Natriumgehalt sowie die Teilchenkonzen-tration im Zellsaft wurden laufend untersucht. Für den mittleren Gehalt an Kalium und Natrium bzw. für die mittlere Teilchenkonzentration im Zellsaft wurden folgende Werte erhalten (mit Standard-abweichungen; 18 Bestimmungen):

C k (<=0) = 920 ± 6 5 (7,1%) mMol/1, Cxa(«=o)= 50 ± 6 (12%) mMol/1,

n U o = 2,02 ± 0,14(6,9%) Mol/1.

Die mittlere osmotische Druckdifferenz Ant = o zwi-schen innen und außen, die zu Beginn der Versuche vorlag, ergibt sich aus der Teilchenkonzentration im Zellinnern (n.J=o) und im Außenmedium ( n a = l , 0 4 Mol/1) (s. S. 1277) nach v a n ' t H o f f zu:

Ant=o = 2 3 , 5 ± 3 , 6 (15,3%) atm.

Die Abbn. 1 und 2 zeigen die zeitlichen Ände-rungen der Kalium- bzw. Natrium-Innenkonzentra-tionen nach Inkubation der Algen in künstliches See-wasser mit Kalium-Außenkonzentrationen im Be-reich von 1 bis 50 mMol/1. Die Tab. 1 bringt eine Zusammenstellung aller Versuche mit Anfangs- und den sich einstellenden Endwerten der Kalium- und Natriumkonzentration sowie der Teilchenzahl, die kryoskopisch bestimmt und aus der Summe von Ka-lium und Natrium berechnet wurde. Man entnimmt den Abbildungen und der Tabelle, daß bei Kalium-Außenkonzentrationen oberhalb von 10 mMol/1 unter Berücksichtigung der Ausgangskonzentrationen nur geringe Änderungen in den Ionen-Innenkonzentra-tionen auftreten, so daß die Summe der Ionen und damit der osmotische Druck des Zellsaftes und dem-entsprechend der Turgor konstant bleiben.

In diesem Bereich scheint der sich im Innern der Zelle einstellende osmotische Druck eine Funktion

ZELLTURGOR UND SELEKTIVER IONENTRANSPORT 1 2 7 9

Zeit [h]

Abb. 1. Zeitliche Änderung des Kaliumgehaltes in Chaeto-morpha linum (CK in mMol/1 Zellsaft) nach Übertragung der Algen aus Seewasser mit natürlichem Kaliumgehalt (10 mMol/1) in Seewasser mit verschiedenem Kaliumgehalt (CK) : I C | = 1,12 mMol/1, II CK=2,16 mMol/1, III C £ = 4 , 1 0

mMol/1, IV CK = 10,7 mMol/l, V C £ = 50,0mMol/l.

der Gesamtteilchenzahl im Außenmedium zu sein, wie es KESSELER fordert.

Im Konzentrationsbereich unterhalb von 1 0 mMol /1 Kalium Außenkonzentration trifft diese Vor-stellung hingegen nicht mehr ganz zu. Je nach Ka-lium-Außenkonzentration kommt es zu einer mehr oder minder starken Abnahme der Kalium-Innen-konzentration mit einer simultan verlaufenden Auf -nahme von Natriumionen. Dieser Austausch erfolgt allerdings nicht im Verhältnis 1 : 1, so daß es zu Änderungen des osmotischen Druckes im Innern kommt, obgleich der osmotische Druck des Außen-mediums konstant bleibt. Konstante Endkonzentra-tionen werden erst nach zwei bis drei Tagen er-reicht.

KESSELER berichtet über einen Versuch, bei dem er Chaetomorpha linum in einer isotonen kalium-freien Lösung inkubierte und stellte über Gefrier-punktserniedrigungs-Messungen fest, daß der osmo-tische Druck in den Algenzellen in einem solchen Me-dium nach drei Tagen nur geringfügig abgenommen hatte. Das Ergebnis dieses Versuches wird verständ-lich, wenn man berücksichtigt, daß wegen des gro-ßen Verhältnisses von Zellsaft zum Volumen des Außenmediums die Lösung nicht kaliumfrei war. Es stimmt mit unseren Meßergebnissen überein, nur mit dem Unterschied, daß KESSELER den zwischen-zeitlich ablaufenden Austausch zwischen Kalium und Natrium im Zellinnern übersehen hat.

Zeit [h]—>-

Abb. 2. Zeitliche Änderung des Natriumgehaltes in Chaetomorpha linum zu den in Abb. 1 dargestellten

Versuchen.

U m eindeutig nachzuweisen, daß dieser Austausch reversibel erfolgt, wurden die Algenzellen, die je nach Versuchsbedingungen mit bis zu 3 6 0 mMol/1 Natrium beladen werden konnten, anschließend wie-der in natürliches Seewasser übertragen und nach drei bis vier Tagen die Kalium- und Natrium-Innen-konzentration bestimmt. In allen Fällen wurde die Ausgangsverteilung wieder erreicht. In Abb . 3 ist an einem Beispiel die Wiedereinstellung der ursprüng-lichen K-Na-Verteilung an Chaetomorpha-ZeWen ge-zeigt, die zuvor durch mehrstündige Inkubation in K-freiem Seewasser mit Natrium beladen worden waren.

Zeit [h]

Abb. 3. Wiedereinstellung der ursprünglichen K-Na-Vertei-lung an Chaetomorpha linum in natürlichem Seewasser, nach-dem die Algen zuvor durch mehrstündige Inkubation in K-freiem Seewasser unter Abgabe von Kalium mit Natrium be-

laden worden waren.

Trägt man die sich nach etwa drei Tagen ein-stellenden stationären Kalium- und Natrium-Innen-konzentrationen, die in der Tab. 1 zusammengefaßt sind, gegen die Kalium-Außenkonzentration auf, so

1386 E. STEUDLE UND U.ZIMMERMANN

OS t> cT o

ic ic tj* oo co

o o o o o <M X O <M ee ^co co o o o o o o o O C IQ CO LO o> <N (M ^

o o o o o o o o o o o o o o l O O N ^ ^ N n O T f M l O ^ l ® © -^TtHiC-tlOOOt^CCCSXOSOO

co i> i> 02 co ic t>

O O i C O O O O O O O O » C » C i C « o ^ o o o o o i x ^ o n o f f i o oocst-ososascccsasoscccsGcac

O O O - ^ C N N M ^ N O O O O J O <M(M(N-— COC0--HC0(MC0-̂ CCO5O3

(N tC O ^ ® CD O ® fH o -- CO —• --H TH |> GC (M O ffl -rH »H <N ci <N CO CO*" ^ " 0 0 0 5 ©~

i C -"V C c c •3 B'g = 3 « .2 3 j ; « 5

•2 s-1

» " 8 a I •3 C <e C 1 3

« <u a o "o

• 'S c -S3 i i ^ 1) © .3 73 r» I! -o S tu t3 o 5

Q aj nj = Ja o "Ö

E-*1 '53 -3 "m

f § s ' 3

fc £ fe _ «5 .3 -6 s 3 - ö g S S OJ (H c £ c 2 4> <u £ Ö > N 0 s -o .2 .2 E «

jB -ffi | W o

H C S V

"ö J2 'S ~ ~a S 'S j* 3 oj -g .5 , aä " S

•3§ I f cd « .S i! S c 3 3 13 13 . IU J3 i » • n o "3 <»

I § s S.-a

« 5 - c fcp I - S w 13 — . 3

Ei * ~ Q : 3 s Z S * • 13 -o «« * c -a c .2 3

M U S 13 fcß 2 10 3 tc to C 3 3 <

g - 8 ^ m e r-2 . o < « ^

•5 2 « E .2 ^ P £ > •S 8 ^ E_m U 13 so

~ c C 4> 13 tC UJJ ; 13 <i

'5 c « ti tu tc 13 .s

3 'S •

. ^ Q B - 3 2 e c

1 g al 3 £ IBS ^ £ -

h « ^ h 13 «J N tl .M

— C K o £ " 43 ^ U, S ^ to W « « O WD C « C 13 O » S h M) E .3 .3 c p 13 -3 e 10

2 § c to 'S C "O 13 s 'S c _ ^

W) 3 3 03 3 - 3

3 « 3 > £ tc

•s 1 1 1 H § 3 > <

erhält man den typischen Verlauf einer Sättigungs-kurve für Kalium (Abb . 4 ) . Diese Sättigungskurve geht in eine Gerade über, wenn man die Funktion C k o o = / ( C | ) in der Form C | / C U = g(C a K ) auf-trägt (Abb . 5 ) .

Diskussion

Ein linearer Zusammenhang zwischen dem Ka-l iumverte i lungs -Quot ienten CK/CJS.00 u n d der K a -

lium-Außenkonzentration C k im stationären Zu-stand läßt sich formal durch einen Transport über Carrier beschreiben.

Nimmt man für den Kaliuminflux eine M i -c h a e l i s - M e n t e n -Kinetik und für den Efflux eine Reaktion 1. Ordnung an, so müssen im statio-nären Zustand die beiden Flüsse entgegengesetzt gleich groß sein:

^max' C K # n = 0 = C k + ^ D

• kex' Ci (1)

= Nettokaliumfluß [ M o l - c m - 2 - s e c - 1 ] , $ m a x = Maximalgeschwindigkeit für den Influx [ M o l - c m - 2 • s e c - 1 ] , Km = M i c h a e l i s - M e n t e n - Konstante [Mol •cm 3 ] , kex = Geschwindigkeitskonstante für den Efflux [ c m - s e c - 1 ] .

Aus dieser Gleichung erhält man durch Umfor-men den geforderten linearen Zusammenhang:

•CS + Km'he

(1)

Die M i c h a e l i s - M e n t e n - Konstante Km berech-net sich nach diesem Modell zu 2 , 3 • 1 0 - 3 Mol/1.

Zur weiteren Prüfung dieser einfachen Modell-vorstellung müssen jedoch kinetische Messungen durchgeführt werden, über die in Kürze berichtet werden soll. Die gemachten Annahmen erscheinen jedoch plausibel, wenn man bedenkt, daß an vielen Pflanzenzellen und -geweben (s. Zusammenfassung bei LÜTTGE n ) sowie an Bakterien (RING und HEINZ 1 2 und RICKENBERG et a l . 1 3 ) ein saturier-barer Influx und ein linearer Efflux für den Trans-port von Elektrolyten und Nichtelektrolyten gefun-den wurde.

Die Ergebnisse zeigen, daß die Vorstellungen über den Mechanismus der Turgorregulation bei Chaeto-

11 U. LÜTTGE, Aktiver Transport (Kurzstreckentransport bei Pflanzen), Protoplasmatologia VIII/7 b, Springer-Verlag, Berlin 1969.

1 2 K . R I N G U. E . HEINZ, Biochem. Z . 3 4 4 , 4 4 6 [ 1 9 6 6 ] . 1 3 H . V . R I C K E N B E R G , G . N . C O H E N , G . B U T T I N U. J . M O N O D .

Ann. Inst. Pasteur 91 , 829 [ 1 9 5 6 ] .

ZELLTURGOR UND SELEKTIVER IONENTRANSPORT 1 2 8 1

400 |

300 o 5:

200 iE,

700-:5 O

Abb. 4. Stationäre Kalium-, Natrium, und Teil-chenkonzentrationen (Ckoo — A—, Cs?aoo —A -» n'oo - © - ) im Zellsaft von Chaetomorpha linum in Abhängigkeit von der Kalium-Außenkonzen-

tration (CK ) des Seewassers.

40 50 C* [mMol/l]

Abb. 5. Darstellung der stationären Kaliumver-teilung aus Abb. 4 in der Form CK/CKOO =

8 {CD.

40 50 C^ [mMol/l] -

morpha linum aus zwei Gründen erweiterungsbedür-tig sind:

1. Änderungen in der Kalium-Außenkonzentration unterhalb von etwa 1 0 mMol/1 Kalium führen zu einer Verschiebung des Verhältnisses von Na-trium- und Kaliumionen sowie zu Änderungen des osmotischen Druckes im Zellinnern, obgleich der osmotische Druck des Außenmediums kon-stant bleibt. Oberhalb von 1 0 mMol/1 Kalium im Seewasser treten nur geringe Änderungen auf.

2 . Algen, die bei dem unter Punkt 1 beschriebenen Regulierungsvorgang Natrium in einer Konzen-tration aufgenommen haben, die annnähernd die des Außenmediums erreichen kann, können bei Übertragung in Seewasser gleicher Osmolalität, aber mit normalem Kaliumgehalt, dieses Natrium wieder reversibel gegen Kalium austauschen. Na-trium kann also bis zu einem gewissen Grad Kalium bei der Regulation ersetzen.

Man muß hieraus den Schluß ziehen, daß bei der Turgorregulation unter natürlichen Bedingungen (d. h. bei Schwankungen im Salzgehalt des See-wassers) nicht nur die Änderung des osmotischen Druckes des Seewassers, sondern in hohem Maße auch die Änderung der Kalium-Außenkonzentration eine Rolle spielt. Man muß fordern, daß bei Über-tragung von Chaetomorpha linum in Seewasser mit erniedrigter Osmolalität der typische Verlauf der Turgorregulation nach KESSELER unterbleibt, wenn die Kalium-Außenkonzentration des Seewas-sers entsprechend erhöht wird. Über derartige Ver-suche wird in Kürze berichtet.

Die von KESSELER nicht gefundene Aufnahme von Natriumionen bei der Turgorregulation nach Übertragung in hyper- und hypotone Lösungen kann aus dem Sättigungsverlauf für die Kalium-Innenkon-zentration und der Annahme eines Carriers für den Transport von Kalium und Natrium in die Zelle er-

1 2 8 2 P. G. POPOV, L. I. VALEVA-DIMITROVA, AND A. A. HADJIOLOV

klärt werden. Oberhalb von etwa 1 0 mMol/1 Kalium im Außenmedium ist das Carriersystem mit Kalium praktisch gesättigt, so daß im hypertonen Me-dium nur Kalium aufgrund seiner höheren Spezifi-tät zum Carrier, nicht aber Natrium, in die Zelle transportiert wird. In hypotonen Medien ist bei er-niedrigter Kalium- und Natrium-Außenkonzentra-tion zwar der Carrier des Influxes an Kalium nicht gesättigt, dennoch kommt es zu keinem merklichen Natriumtransport in die Zelle, da die Natrium-Außenkonzentration zu gering ist. Erst unter unse-

ren Versuchsbedingungen — hohe Natriumkonzen-tration im Außenmedium — ist eine Aufnahme von Natrium in die Zelle möglich.

Wir danken der Deutschen Forschungsgemeinschaft für die großzügige Förderung dieser Arbeit durch Reise- und Personalmittel. Unser Dank gilt ferner Herrn Dr. H. K E S S E L E R von der Biologischen Anstalt Helgoland, Litoralstation List/Sylt, für die Beschaf-fung des Algenmaterials, und Herrn Prof. Dr. 0 . K I N N E

sowie Herrn Dr. H O P P E N H E I T für ihre Unterstützung bei den Arbeiten in der Meeresstation der Biologischen Anstalt Helgoland auf Helgoland.

Effect of Irradiation on the Biosynthesis of Liver Ribonucleic acids in Intact and Adrenalectomized Rats

P . G. POPOV, L . I . VALEVA-DIMITROVA , and A . A . HADJIOLOV

Biochemical Research Laboratory, Bulgarian Academy of Sciences, Sofia, Bulgaria

(Z . Naturforsdi. 26 b , 1282—1287 [1971] ; received June 24, 1971)

Intact and adrenalectomized rats were irradiated with 900 R or treated with 10 mg per 100 g body weight of hydrocortisone. The incorporation of orotic acid-6-14C for 2 hours into liver free uridine nucleotides, nuclear and cytoplasmic RNA and RNA fractions obtained by agar gel electro-phoresis, were studied.

The obtained results show that in intact animals both irradiation and hydrocortisone induce a higher labelling of cytoplasmic and nuclear liver RNA. The higher labelling of RNA is not cor-related with a higher labelling of the free uridine nucleotides. The labelling of all electrophoretic RNA fractions is increased to approximately the same extent under the action of either hydro-cortisone or irradiation.

Irradiation or hydrocortisone treatment of adrenalectomized rats causes also a higher labelling of liver nuclear and cytoplasmic RNA. The higher labelling of RNA is not correlated with that of free uridine nucleotides and affects all electrophoretic RNA fractions.. The combined action of irradiation and hydrocortisone shows an additive effect on the labelling of nuclear and cytoplasmic liver RNA.

The obtained results indicate that whole body irradiation causes an increased synthesis of both ribosomal and non-ribosomal RNA's of rat liver. Since the same effect is observed in intact and adrenalectomized animals it may be concluded that the stimulation of liver RNA synthesis by ir-radiation is not mediated by the adrenals.

Despite some early conflicting results (see 1. c. *) it seems now firmly established that irradiation in-creases the labelling of liver R N A in intact rats 2 ~ 4 . This effect is correlated with an increased labelling of proteins 5 ' 6 and enzyme induction 7 ~ 9 .

Requests for reprints should be sent to Dr. P. G. POPOV, Biochemical Research Laboratory, Bulgarian Academy of Sciences, Sofia 13, Bulgarien.

1 R. GOUTIER, Progr. Biophysics 11, 54 [1961]. 2 V . L . M A N T I E V A , E . A . R A P O P O R T , S . G . TULKESS , a n d

I . B . Z B A R S K Y , V o p r . M e d . K h i m i i 1 2 , 4 0 7 [ 1 9 6 6 ] . 3 E . J. H I D V E G I , E . B O L O N I , J. H O L L A N D , F . A N T O N I , a n d

V. VARTARESZ, Biochem. J. 116, 503 [1970]. 4 I . F . P A S K E V I C H , E . S . VASSILIEVA, I . N . T O D O R O V , a n d

V. I. SHANTYR, Radiobiologiya 10, 19 [1970].

The mechanism of action of irradiation on rat liver R N A synthesis remains unclear. As shown by MANTIEVA et al. 2 and MARKOV et a l . 1 0 irradiation increases the labelling of all types of nuclear R N A ' s . A n increase of large polysomes in rat liver cyto-

5 J. D A V I D a n d L . M I L L E R , J . b i o l . C h e m i s t r y 2 4 3 , 2 6 8 [1968].

6 E . J . H I D V E G I , J. H O L L A N D , E . B O L O N I , P . L O N A I , F . A N T O N I , a n d V . V A R T A R E S Z , B i o c h e m . J. 1 0 9 , 4 9 5 [ 1 9 6 8 ] .

7 J . F . T H O M S O N a n d E . . M I K U T A , P r o c . S o c . E x p t . B i o l . Med. 85 ,29 [1954].

8 T . N . P R O T A S S O V A a n d A . S . K O I N O V A , R a d i o b i o l o g i y a 1 , 731 [1961].

9 P. G. POPOV, Radiobiologiya 11,174 [1971].