Das Carotinoidmuster und die Verbreitung des lichtinduzierten Xanthophyllcyclus in verschiedenen Algenklassen

Summary

The present chemosystematic study is based on the investigations of the pigment pattern and the light-induced xanthophyll interconversions in 9 different classes of algae; the results of which have been summarized in 5 publications (Hager and Stransky, 1970a, b, c; Stransky and Hager, 1970a, b).

Informations on the relationship of some classes of algae have been obtained from the following results.

• 1. The typical pigment of the Xanthophyceae is a xanthophyll ester, vaucheriaxanthin. As an exception the alga Pleurochloris contains this ester; its other pigments, however, are equivalent to the carotenoid pattern of the green algae.

• 2. Within the green algae, members of the Chlamydomonadaceae, Oocystaceae, Scenedesmaceae, Hydrodictyaceae and Protosiphonaceae are able to synthesize secondary carotenoids during nitrogen starvation. It is remarkable that these algae contain a xanthophyll with 3 OH-groups [3,3′,4(?)-trihydroxy-α-carotene], not characterized until now.

• 3. Within the blue-green algae xanthophylls with allenic structures have been found the first time. They are 3,3′-dihydroxy-5-hydro-7-dehydro-β-carotene (named caloxanthin) and 3,3′-dihydroxy-5,5′-dihydro-7,7′-didehydro-β-carotene (named nostoxanthin).

• 4. Besides “normal” carotenoids those with alkine bonds have been found within the Xanthophyceae, Euglenophyceae, Bacillariophyceae, Cryptophyceae and Chrysophyceae.

• 5. The carotenoids of the Chrysophyceae studied are not uniform. Whereas Isochrysis forms the characteristic pigments of the Bacillariophyceae, Ochromonas reveals the carotenoid composition of the brown algae.

• 6. Violaxanthin, antheraxanthin and zeaxanthin are involved in the light induced xanthophyll cycle of the green and brown algae. Within the Xanthophyceae, Euglenophyceae, Bacillariophyceae and Chrysophyceae the alkine carotenoids diadinoxanthin and diatoxanthin are interconverted (see the figure and in Stransky and Hager, 1970a, Fig. 7). In contradiction to their systematic classification, Pleurochloris and Ochromonas reveal the cycle of the green algae.

• 7. In such groups of algae, which synthesize phycobilins (Cryptophyceae, Cyanophyceae and Rhodophyceae) no light-induced xanthophyll interconversion can be demonstrated. Carotenoid-epoxides do not occur in these algae.

• 8. The figure shows, that the variation in the pigment pattern and the kind and distribution of a metabolic process occurring in the xanthophyll cycle can aid in the classification of algae.

Zusammenfassung

Die vorliegende chemosystematische Betrachtung basiert auf den Untersuchungsergebnissen über das Pigmentmuster und die lichtinduzierten Xanthophyll-Umwandlungen bei 9 verschiedenen Algenklassen, welche in 5 Arbeiten (Hager u. Stransky, 1970a, b und c; Stransky u. Hager, 1970a und b) zusammengestellt wurden.

Zu einer Aussage über die Verwandtschaft einzelner Algengruppen haben u. a. folgende Ergebnisse beigetragen.

• 1. Die Xanthophyceen besitzen als typisches Pigment einen Xanthophyllester, das Vaucheriaxanthin. Als Ausnahme weist die Alge Pleurochloris zwar diesen Ester auf, ihre übrigen Pigmente entsprechen jedoch dem Carotinoidmuster der Grünalgen.

• 2. Bei den Grünalgen können Vertreter der Chlamydomonadaceae, Oocystaceae, Scenedesmaceae, Hydrodictyaceae und Protosiphonaceae unter Stickstoffmangel Sekundärcarotinoide synthetisieren. Es ist auffallend, daß diese Algen ein bisher nicht beschriebenes Xanthophyll mit 3 OH-Gruppen [3,3′,4(?)-Trihydroxy-α-Carotin] beinhalten.

• 3. Bei den Blaualgen wurden erstmals Xanthophylle mit Allenstruktur gefunden. Es handelt sich um das 3,3′-Dihydroxy-5-Hydro-7-Dehydro-β-Carotin (benannt als Caloxanthin) und das 3,3′-Dihydroxy-5,5′-Dihydro-7,7′-Didehydro-β-Carotin (benannt als Nostoxanthin).

• 4. Bei den Xanthophyceen, Euglenophyceen, Bacillariophyceen, Cryptophyceen und Chrysophyceen wurden neben “normalen” Carotinoiden auch solche mit Alkinbindungen nachgewiesen.

• 5. Die Carotinoide der untersuchten Chrysophyceen sind nicht einheitlich. Während Isochrysis die charakteristischen Pigmente der Bacillariophyceae aufweist, zeigt Ochromonas die Carotinoidzusammensetzung der Braunalgen.

• 6. Am lichtbedingten Xanthophyllcyclus der Grünalgen und Braunalgen sind Violaxanthin, Antheraxanthin und Zeaxanthin beteiligt. Bei den Xanthophyceen, Euglenophyceen, Bacillariophyceen und Chrysophyceen werden die Alkincarotinoide Diadinoxanthin und Diatoxanthin umgewandelt (s. Abbildung und bei Stransky u. Hager, 1970a, Abb. 7). Pleurochloris und Ochromonas zeigen in Widerspruch zu ihrer systematischen Zugehörigkeit den Cyclus der Grünalgen.

• 7. Bei den Algengruppen, welche Phycobiline synthetisieren (Cryptophyceae, Cyanophyceae und Rhodophyceae), ist keine lichtbedingte Xanthophyll-Umwandlung nachzuweisen. Carotinoid-Epoxide kommen in diesen Algen nicht vor.

• 8. Die Abbildung zeigt, daß ein unterschiedliches Pigmentmuster sowie die Art und Verbreitung eines Stoffwechselvorganges, wie er im Xanthophyllcyclus vorliegt, einen Beitrag zur Gruppierung von Algen liefern kann.