Frenyó, V

Mester, E

ELTE Digital Institutional Repository (EDIT)

HHS1STHXZ 1'FLAXXHtHHK ZLULATFll .E  BUBEA LASERS! RA ULLAVon1).-. E . M E 8 T E R  un d  E r . V. F R E X Y ÖC hirurgische K tin ik  I I. d er m edizinischen U n iv e rs itä t u n d  L ehrstuh ! fü r i 'f la n z c n p h  vsio- [ogie der E ö tv ö s  I.orAnd U n iv e rs itä t, B udapestE ingegangen : 30. S ep tem ber i 070Tti unserer die B io struk tu r anbetreffenden  Forschungsarbeit w urde ein Versuch zu einer neueren A nw endung der Lasertechnik  angestcllt. I h r  gingen zum  Teil bereits U ntersuchungen im Z usam tnenhang m it dem Peroxysom  voran  (.\1 e s t c r  u. Alitarb. 106!)). Vorhegende A bhandlung versucht the Kohcsion des semi])crtneablen pflanzlichen fonoplastes und  des pho tosyn thetisierenden  P igm entsystem s durch Verwcndutig von L aserinpadsen  zu untersuchen . Beide m ikroheterogenen System e haben näm lich eine bestim m te S tru k tu r , deren S ta b ih tä t sich zw ar der P flanzen  - a r t  unti dem  physiohigiscltcn Z ustand gem äß verändert, jedoch von einer gewissen m echanischen W iderstandsfähigkeit charak terisiert w ird, so wie uns xum Beispici auch die s tru k tu re iic  Viskosität, über die inneren Ver- häitnisse ties Pro toplasm as un terrich te t. i)ie V iskosität der Zeitenpart ikehi könnten jedoch kaum  itemessen werden, w eshaib hier der Laser nützlich wird, w orüber sieit in anderer Hinsicht K a r i a n d  e r und  K  r  a u  s s folgenderm aßen geäußert haben (l!)üM): ,,The tieveiopm ent o f th e  lascr ))as adtied a new too! to  titose available to  th e  photobiologist". U nseren V erstehnngen nach können wir durch stufenw eise gesteigerte Lascrim - puise feststehen , bei welchem Energieniveau die subm ikrosko])isehe S tru k tu r  von der Laserw irkung aufgeiüst wird, und  dieser -i o u i c- sci)o W ert (-!/cm'-) kann fü r tiie über die geringste Resistenz des System s verfügende Stehe charak teristisch  sein.U nsere U n tersuchung  gleicht gewisserm aßen dem V erfahren von M a j u m d e r (1970), der die W ärm estab iiitä t ties P igm entsystem s xur G rundiage genotnm en iiat, sein Param eter ist der sog. O hlorophyllindex, also der U ntersch ied  des E x tink tionsw ertes des vor und  nach der W ärm e­behand lung  auslösbaren Chlorophylls. V ielleicht w urde das Problem  unserer U n tersuchung  auch von dem U ntersuchungsergebnis von 11 i 1 d r  e t  h u. Alitarb. ( PXiti) berührt. Es w urde festgestellt, daß sieh a u f  die W irkung von L aserstrahlen kleinere In te n s itä t  (einige m.J) die L ich tabsorp tion  der fh lo ro p la s te  vorübergehend verändert. O ffensicht­lich kann der leicht veränderliche m etastab ile  Z ustand  des System s, indem  dieses zu r R eduk tion  und  O xydation gleichfalls geneigt ist, ange­nom m en werden. W ir haben  jedoch unser Problem  n ich t von physiko­chem ischem  G esich tspunkt, sondern in solcher Weise un tersuch t, die einen u nm itte lbareren  E inblick in die V erhältnisse der die P lasm am cm branc u n d  die S tru k tu r  des P igm entsystem s zusam m enhaltenden K räfte  e r­m öglicht. W ir denken, da  fl diese M ethodik in der Z ukunft zum Zwecke der U n tersuchung  der llio s tru k tu ren  noch m ehr entw ickelt werden könn­te. Zufolge seiner strengen  K ohercnz kann das Eascrstrahlcnhiinde! auch a u f  ein subm ikroskopisches Gebiet fokussiert und  a u f die in tra ­zellulären P a rtik e ln  gerich te t werden sowie eine b ekann te  Encrgicmcnge — lau t R e n t z e p i s  (1968) — in e tw a IO"* sec a u f  die gezielte Stelle entsenden. Die V erschiebung der K olloidteilchen und ihre U m gruppie rung  ist innerhall) dieser kurzen  Zeit unbe träch tlich . De)' mechanische W iderstand  der s tru k tu re llen  Teilchen kann dem nach g u t gemessen werden und  zu biophysikalischen, oder sogar bioenergetischen Schlüssen Anlaß geben. Diese noch u n te r  P rü fung  stehende M ethodik, die wir hier e rs t noch in p rim itiver W eise anw enden konnten , verspricht solche Vorteile.MethodischesDie U ntersuchungen w urden m it dem ersten  und zw eiten B latt der K cim pflanzcn des M tägigen Maises unternom m en. Die eine G ruppe der P flanzen w urde in einer K lim akam m er nebst einer Picht intonsität von 1t) 000 P ux  gezüchtet, diese ist norm al erg rün t. Die andere G ruppe wurde im D unkeln gezüchtet, die P flanzen  blieben chlorotisch und vergeilten. Im Laufe des eigentlichen E xperim ents erfolgte die L aserirrad iation  nach zwei solchen V arian ten , die sich bezüglich der G egenw art bzw. des ( 'hloro- phylhnangels unterschieden haben. Da in den vergeilten B lättern  neben dem K aro tin  das ebenfalls helle Protochlorophyll vorhanden ist. ist die S trah lenabsorp tion  dieser viel geringer als die der grünen B lätter.Die S trah lenbehandlung  (A =  6943Ä) haben wir mit einem R ubin­laser durchgeführt, dessen abgebbarc  M axim alleistung je Im puls etw a 3 J /cm - be träg t. Zu sehr geringen Dosen — z. B. von e tw a 0,03 J /cm - — haben wir S trah len filte r verw endet. Bei einem gegebenen Energieniveau w urden die Dosen auch in verschiedenen W iederholungen angew endet, wobei die K um ulation  der W irkung u n tersuch t wurde.Der technische Teil der U ntersuchungen wurde von der L lektro ingenieurin Jo län  G. T  o t a und  dem A spiranten T h a i D u v N i n h durchgeführt.Ergebnisse und BesprechungU nsere U ntersuchungen  inform ativen  C harak ters zeigten, daß die S trahlendosis 0,03 -l/cnU sowohl au f  das chlorophyllhaltige als auch a u f das vergeilte B latt p rak tisch  genom m en keine W irkung ausüb t. Dieses N iveau der Energie ist dem nach subm inim al und  bleib t so sehr u n te r der7 0  M E S T E R  — F R E N Y ÖW irkungsch welle, daß es selbst die von uns kon tro llie rten  biochem ischen Prozesse w ahrnehm bar n ich t b e rü h rt. W ir haben näm lich die irrad iierten  grünen  B lä tte r wiederum  in die K lim akam m er gesetz t und  24 S tunden  lang mit einem  gem ischten Licht von 10 000 L u x -In te n s itä t beleuchtet . N achher un tersuch ten  wir m it Jo d reak tio n , ob cs in dem  S tärkegehalt der affizierten  Stelle gegenüber dem benachbarten  B lattgew ebc ein U n te r­schied bestünde. Es w urde kein solcher U ntersch ied  w ahrgenom m en, was w ir in dom Sinne ausgclegt haben, daß  die P ho tosvn thesc  von der ange­w andten  L aserirrad iation  weder angesporn t, noch gehem m t wurde, oder daß ihr E influß nicht länger als 24 S tunden  an h ä lt. Auch a u f  den Pro zessen der Chlorophvllbildung ist die S trahlcndosis 0,05 J /cm - w irkungs­los, d a  die so behandelten  vcrgcilten  B lä tter in der hellen K lim akam m er nach 24 S tunden  gleichm äßig e rg rü n t sind: in dem der L aserirrad ia tion  ausgesetzten  Gewebeteil ging die Färbung  des P ro toch lorophv  1 ls in dom - selben Tem po vor sich, wie in den benachbarten  Geweben, die von der L aserbehandlung  nicht b e rü h rt worden sin d . D a nacheinander zwei- oder sogar dreim al gegebene Dosen, ferner die Dosis 1 J /cm - a u f das vergcilte B latt keine W irkung ausgeübt haben, konnte d a ra u f  gefolgert werden, daß die Gewebe des hellen B lattes die S trahlen des R ubinlasers nicht in sochlem Maße absorbieren, das bereits eine V eränderung hervorrufen könnte.U nsere w eiteren U ntersuchungen haben wir nu r m ehr mit grünen B lättern  durchgeführt, und  zw ar mit den in der Tabelle 1. angeführten  Ergebnissen.7.W irk u n g  von Lns<*ritn])'Hson a u t  das {friino i!!at(R E S IS T E N Z  P F L A N Z L IC H E R  Z E L L E N T E IL E  G E G E N  L A S E R S T R A H L E N  7 )ln  der Tabelle sind die eine histologische Ä nderung andcu tendcn  S tufen sub jek tiv , d a  es noch zu keiner anderen A usw ertung gekom m en ist. E ine In filtra tion  bedeu te t hier so viel, daß in die in trazellu lären Gänge des B lattes aus den benachbarten  Zellen Feuchtigkeit geraten  ist , was die Ä nderung der L ichtbrechung bezeichnet. An der irrad iierten  Stelle wird näm lich das Gewebe optisch m ehr durchschim m ernd als die sie u m ­gebenden Gewebe. W ahrscheinlich rüh rt diese Ä nderung von der momen tanen  W ärm ew irkung her. Die die Sem iperm eabilität aufrochtcrhaltcn- den M embranen — vor allem der Tonoplast der Zellen — läd ierten  w ah r­scheinlich zufolge der plötzlichen, sp rungartig  ansteigenden D am pften ­sion bzw. der hvdrostatischcn  D ruckzunahm c. Bei einer D estruk tion  istvon den parallelen  B la ttadertt lediglich das Pttretteltytn v e rle tz t. Kino D estrtdetion bedeu te te  bere its  auett eine ¡tioehemisehe V eränderung, bei einer N ekrose sind zw ar die Zeiten abgestorben, jedoch die Zellenwätute erhaltcn  gebiieben. Bei Perfo ra tion  und K on tinu itä tsm angc) ist aueh die B ia ttaderung  zerrissen.D er zu den Versuchen gebrauch te  H ubiniascr w ar n icht dazu geeignet, um das Energieniveau zwischen 0,05 —5 J/cnU  in ¡deinen Stufen zu s te i­gern, v erha if uns aber doch zu einigen Erkenntnissen; z. B. ()ie Desorgani sierung irgendeiner Region (icr B iostruk tu r erfolgt innerhalb eines be stim m ten  K nergiebcreichcs, das heiß t cs m uß einen Jnpttds von kritischen) ^ laße  geben, bei dem  (¡er Zcrfaü beginnt. Es ist zweifcüos, (¡aß die Blatt zelten des jungen Maises dem , aus dem  R ubinlaser en tsand ten , eine Encr gie von 0.05 J/cnU  aufw eisenden Im puts voükom m en w iderstehen, jedoch hört die S cm ipcrm cabiü tät a u f  die W irkung eines einm aügen tm puiscs von 1 J /cm - auf. Eaüs wir die Zerreißfestigkeit (ter M embrane bewerten wo) )en, so ist das kritische Energieniveau u n te r t J /em - zu suchen. ])ic ¡1c- stin im ung  des w irklichen W ortes wird von zahlreichen U m ständen  — z. B. die p ro tek tive  Bolle des den Tonoplast um gebenden M ezoptasmas und sogar der die ganze Zelle um hüücndcn Zeüenw and beeinflußt. T rotzdem  kann die Zerreißfestigkeit des Tonoplastcs annähernd  bestim m t werden, da  der Lascrim puls seine Energie in kurzen Z eitabschnitten  (<  10*3 sec) abgib t und  so die E rschü tterung  der ZeDcnorganellen inner­halb des System s sich kaum  w eiterpflanzcn kann, also au f  diese Weise mit der A bbrem sung der W irkung nicht unbedingt zu rechnen ist.Es muß hier erw ähnt weiden, daß der M ikrom anipulator zur Bcstim m ung der Zerreißfestigkeit (¡es Tonoplastcs ungeeignet ist, da  es den Ei})oidmolckülen Zeit gegeben ist, um sich von der angegriffenen StcHe zu verschieben; in der M em brane kann daher eine innere U m ordnung vor sich gehen. Die von dem Eascr hcrvorgcrufcnc W irkung erreich t zu folge des sekundär au ftre tenden  hydrostatischen  Druckes in einem Au genbück a u f  einm al die ganze U m rißlinie des Tonoplastcs, was verm ut lieh seine unm itte lbare  R u p tu r verursacht. Die R u p tu r  erfolgt w ah r­scheinlich nicht von der Vakuole nach außen zu, sondern im Gegenteil einw ärts. Die Stelle der S trah lcnabsorp tion  ist nändich die Schicht der Chloroplastc, die sicli wiederum  im M czoplasma b efin d en d er Druck greift dem nach die M embrane von der Peripherie her an (Abh. t).7 2  M E S T E R  — F R E N Y OAbt). ). Die L aserstrah len  werdet) in d e r B lattr.elte von den Lhloropla.sten (Lid) abso rb iert. Die W irkung  ü b e rträ g t sieh von hier aus au f  den T onoplast (T) u n d  a u f  die V akuole (V).D o  in den Zetten au ¡'tretende D ruck kann auch au fg rund  des a u f  eine Zelte iahenden  Im putsos (?) charak te ris ie rt w erden:R E S IS T E N Z  P F L A N Z L IC H E R  Z E L L E N T E IL E  G E G E N  L A S E R S T R A H L E N  7 3wo /  der .1 o u t e  sehe W ert des aus dem Laser en tsan d ten  Lnputses ist, / ;  ()ie nach dem D urchdringen des B tattes n ich t abso rb ie rte  R estenergie des Luscrstrahtcs, % d icZ ch en zah t der irrafh ierten  Ftäctte bedeu te t. Die Dicke des B ta ttes kann  die Form el kaum  ungültig  m achen, d a  ja  in den zw eiten, d r itte n  usw. Zehenschichten D den W ert der von dem  Laser her kom m enden S trah tung  v e rtr it t  und /4,. /A,. . . D„ durcti die nacheinan­der fotgenden Zehcnsctuchten w eiterdringt.A uf dem m it 1 J /cm - Dosis irrad iierten  B tatt zeigte siet) nact) einem T a-R -dcrau fdcr P ho to au fn ah m csich lb a rc  tlefek t; an d e rS te h e ite r  I rra d ia ­tion  verschw am t das t'to rophyh , sodann trockneten  ihc Zetten aus, was außer der physikatischcn E vaporation  auch die A dsorption des W assers der benachbarten  in tak ten  Zehen fördern konn te  (Abb. 2). Auch andere inhalthchc Teite, z. B. ( 'h to rop)astfragm ente  en tteeren  siet) zum guten  Tche aus iten Zehen, was a u f  eine A utolyse, also a u f die A ktiv ierung  der zcrsctzcndcn Enzym e verw eist. Dies trifft w ahrscheinlich, inshesondere im Fähe der Ctdoro))hyttase sekundär ein. Dieses tlesm oenzym  t)i)idet sich s ta rk  an die S tru k tu r  des Chtoroptastcs (A m m o n D i r s c ti c r t t!'43), atso sein Freiw erden bed ing t die D esorganisation des C hloroptastes. Dies beginnt atter W ahrscheinlichkeit nact) in den C ra n a d c s  Farbkürpcrchcns, wo sich schichtenw eise das absorbierende F arbm atcria t befindet (A!d). 3 — 4). Es ist fast mit Sicherheit, anzunchm cn, daß auch der farbige Mg- tk))-[)tiyrin 'feit (tes Ct)toro{)tiyttmotekütsvon der in Lipoidschichtcn g eb e t­te ten  äbreiß t (A)'t'. 3). U nsere A nnahm e könnte mit einer chrom atographi sehen A natvse kon troh iert werden, zu der cs alter noch n ich t gekom m en ist.Abb. 2. CbtorophyM defekt a u f  dem  H)att an  der h-rndiations- stcHc.Abt). 3. t t tc  s c b 'c h t c n b a f t f  S t r u k t ' t r  (tes O d o r o jd a s t e s .  a r b  H .  Atobr.Unser<; A ngaben inform ieren uns gu t über die K um ulation der W ir kung. Die W iederholung der Laserdosen st(ügert den Kffekt, jedoch nield p roportion iert: 3 x 1  J /em - yi 1 X 3 J/cm '-l So sein- es aueh leielit ist ein­zusehen, daß  es so sein m üßte, können7 4  M E S T E R  — F R E N Y Öwir dennoeli nie))t im m er in diesem Sinne rechnen. D eshalb ist es n ich t übcrflüß ig  zu betonen , daß bei der U n tersuchung  der B iostruk turen  (he a u f  einma! gegebene k ritische Hncr giedosis fü r geeigneter scheint, als die W iederholung kleiner Dosen.A bb. 4. Teil <h:r inneren S tru k tu r  des ChIoro]!]astes m it der L age der C htorophyttm otekiite.(Skizze au s dem  W erk von i) .  Mohr).Abi). . Das  M odelt des Chtoro- pityiim oiekiiis. D as Fragezeichen weist die S telie an. an  der au f  die W irkung  des Laserim puises w ir den D titrh  fiir mügtir'h iiaiten. (M odifiziertes Hitd nach [[. Mohr).Zusam mettfassung\ l i t  H ille von Laserim pulscn haben wir in den Zellen von juntten M aisb lättern  die m echanische W iderstandsfähigkeit der die S tru k tu r  der Z cntralvakuolc  um grenzenden M embrane (Tonoplast) und der lichtabsor bierenden ( 'h loroplasten  un tersuch t. A uf diese Weise versuchten wir uns da rü b er zu inform ieren, von wck-lt großen inneren physikalischen K räf tcn d ie v e tsc h ic d e n en  Bestandteile des Broto[)lastnas xusamm ontfchallcn werden. Das kritische Knergicniveau der Im pulse, bei welchen die Hut) tu r  e in tr it t , liegt zwischen: 0 ,05—1 J/cm -.Die \ \  itkung der Laserstrahlen ist nur auf den pigm entierten  Stellen unm itte lbar; farblose P artike ln  destru ieren  sich in ind irek ter Weise, z. B. zufolge des in dem System  au ftre tenden  hydrostatischen  Druckes.Auch die K um ulation in der W irkung der Dosen kann nachgcwic- sen werden, doch erwies sie sich nicht als mit der Zahl der Doset) p ro ­portion iert.D er L aser scheint, zur B estim m ung der K ohäsion de r B io struk tu ren  geeignet zu sein, doch m uß die M ethodik von dem  A nfangsstad ium  w eiter en tw ickeit werden.SC H R IF T T U MA m  in on. R . — H i r s c h e  r L W. 194S. F erm en te , H orm one, V itam ine und  die B eziehungen dieser W irkstoffe zueinander. G. T hicm e, Leipzig, 103! p.H i 1 d  r e t  h , W. W . — A v  r o n , M. — C h  a  n  c e, B. 1900. L aser ac tiv a tio n  of rap id  abso rp tion  changes in sp inach  t-hioropiasts an d  Chtorcliu. P la n t Physio logy  t l :  9 S 3 -9 9 1 .K a r l a n d e r ,  H.  P.  — K r a u s s ,  R . W . 190S. T he  laser as a  lig h t source for th e  p ho to syn thesis  an d  g row th  o f  C hlorella vannielii. B iochim . B iophys. 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Resistenz pflanzlicher Zellenteile gegen Laserstrahlen

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