Untersuchungen zum Stoffwechsel des Harnstoffs in Mikroorganismen

Summary

In the “fat-yeast” Endomycopsis vernalis Ludwig the specific activity of all enzymes of the ornithine cycle are reduced under N deficient conditions (0,25% asparagine in Wöltje nutrient medium) as compared to the growth in the normal medium (1% asparagine). In the “protein-yeast” Torulopsis utilis (Henneb.) Lodder on the other hand the specific activity of almost all enzymes are higher than in the N rich medium at all stages of its development.

After pre-culturing in N deficient medium and subsequent transfer of the mycelium to media with normal amounts but different sources of N (ammonium succinat, asparagine, l-alanine, l-aspartic acid, l-glutamic acid, l-ornithine, l-citrulline, l-arginine, urea, biuret, thiourea, phenylurea, guanine) enzymes of the ornithine cycle show different reactions during the 24 h culture period:

Asparagine for example stimulates the synthesis of all enzymes of the ornithine cycle in Endomycopsis, whereas in Torulopsis the same N source inhibits the carbamoylphosphate-synthetase formation.

Emphasis is given to the fact that in Endomycopsis the synthesis of the ornithine carbamoyl-transferase is considerably enhanced by ammonium succinate, urea and arginine. The same N sources have no stimulating effects on the formation of this enzyme in Torulopsis. From these facts and the results reported in the literature, the existence of two different ornithine carbamoyl-transferases is concluded.

In both organisms citrulline stimulates the synthesis of arginase approximatly twice as much as arginine. Arginine in turn has the highest stimulating effect on the production of the “arginine synthetizing enzymes”.

Derivates of urea (biuret, thiourea, phenylurea) and guanine do not increase the synthesis of the enzymes of the ornithine cycle nor the synthesis of urea in Endomycopsis. Since this yeast, on the other hand, grows well with biuret as sole N source, this compound must be metabolized by means of different enzymes.

Zusammenfassung

• 1. Bei der Fetthefe Endomycopsis vernalis sind unter N-Mangelbedingungen (1/4% Asparagin in der Wöltje-Nährlösung) die spezifischen Aktivitäten aller Enzyme des Ornithin-Cyclus im Vergleich zum Wachstum auf 1% Asparagin verringert. Bei der Eiweißhefe Torulopsis utilis hingegen ist bei N-Mangel (1/2% Asparagin) die Aktivität fast aller Enzyme zu jedem Zeitpunkt der Kulturdauer gegenüber der N-reichen Anzucht stark erhöht.

• 2. In Umpflanzkulturen, wobei die Versuchsorganismen N-arm auf Asparagin vorgezogen und die Pilzdecken dann auf neue Nährlösungen mit den zu prüfenden N-Verbindungen als jeweilige N-Quelle umgepflanzt worden waren, wurden die spezifischen Aktivitäten der Enzyme des Ornithin-Cyclus und der Urease im Verlaufe der Versuchsdauer von 24 h festgestellt.

• 3. Ammoniumsuccinat als N-Quelle bewirkt bei Torulopsis eine Teilhemmung der Synthese aller Enzyme des Ornithin-Cyclus; bei Endomycopsis werden die Ornithincarbamoyltransferase und die Arginase gefördert.

• 4. Asparaginsäure und Glutaminsäure hemmen bei beiden Versuchsorganismen die Bildung der Carbamoylphosphatsynthetase und bei Torulopsis zusätzlich die Synthese der “argininsynthetisierenden Enzyme”.

• 5. Wachstum auf Asparagin fördert bei Endomycopsis die Synthese aller Enzyme des Ornithin-Cyclus, bei Torulopsis aber wird die Bildung der Carbamoylphosphatsynthetase gehemmt.

• 6. Bei der Umpflanzung von Endomycopsis auf Ornithin werden außer der Arginase die anderen Enzymaktivitäten teilweise (Carbamoylphosphatsynthetase total) gehemmt; bei Torulopsis ist nur die Bildung der Carbamoylphosphatsynthetase (vollständig) gehemmt.

• 7. Harnstoff induziert bei Endomycopsis wahrscheinlich über das durch die Urease freigesetzte Ammoniak — nicht aber bei der ureasefreien Torulopsis — die Bildung der Carbamoylphosphatsynthetase. Arginin hingegen fördert die Synthese des Enzyms bei Torulopsis, nicht aber bei Endomycopsis.

• 8. Bei Endomycopsis wird die Synthese der Ornithincarbamoyltransferase durch Ammoniumsuccinat, Harnstoff und Arginin stark gefördert. Die gleichen N-Quellen haben keine fördernde Wirkung auf die Bildung des Enzyms bei Torulopsis. — Es wird auf zwei verschiedene Ornithincarbamoyltransferasen geschlossen.

• 9. Citrullin fördert bei beiden Versuchsorganismen die Synthese der Arginase etwa doppelt so stark wie Arginin. Arginin hinwiederum fördert am stärksten die Bildung der “argininsynthetisierenden Enzyme”.

• 10. Die Ureasesynthese erfolgt bei Endomycopsis wahrscheinlich im engen Zusammenhang mit der Arginasebildung.

• 11. Harnstoffderivate (Biuret, Thioharnstoff, Phenylharnstoff) und Guanin fördern bei Endomycopsis weder die Synthese der Enzyme des Ornithin-Cyclus (bei Guanin und Thioharnstoff eine schwache, nicht signifikante Förderung der Arginase beziehungsweise der “argininsynthetisierenden Enzyme”) noch die der Urease. Da der Pilz andererseits auf Biuret als N-Quelle gut wächst, muß die Verbindung unter Mitwirkung anderer Enzyme abgebaut und assimiliert werden.