Catalase activity and ultrastructure сhanges of Chlamydomonas reinhardtii сells inducedby methanol

Abstract

Methanol at low concentrations stimulates the growth of autotrophic batch culture Chlamydomonas reinhardtii. The effect is maximal in the cultural medium with 0.2% methanol. In order to clarify the mechanism we studied the effects of methanol on the ultrastructure of the C. reinhardtii. To test the hypothesis on the participation of catalase in the metabolization of methanol a cytochemical study of localization and activity of catalase in the cell compartments of C. reinhardtii was carried out. Cytochemical reaction for catalase was performed with 3,3'-diaminobenzidine-tetrahydrochloride (DAB). Ultrastructure of cells was investigated by transmission electron microscopy and morphometric analysis. Biochemical study of catalase activity was determined by a Clarck oxygen electrode. Methanol-induced quantitative changes in ultrastructure of C. reinhardtii cells are detected: the volume of C. reinhardtii cells and partial volume of chloroplasts decreased, partial volumes of vacuoles, mitochondria, and plastoglobules increased. Methanol addition has also resulted in increase in catalase activity of the mitochondria. The obtained data confirm that catalase is localized in mitochondria of C. reinhardtii cells. In the presence of methanol, the activity of mitochondrial catalase increases, suggesting its involvement in the oxidation and metabolization of the solvent.

Метанол в низких концентрациях стимулировал рост автотрофной накопительной культуры Сhlamydomonas reinhardtii. Наибольший эффект наблюдался при добавлении в культуральную среду 0,2% метанола. С целью уточнения механизма его действия было изучено влияние этой концентрации метанола на ультраструктуру клеток C. reinhardtii. Для проверки предположения об участии каталазы в метаболизации метанола было проведено цитохимическое исследование локализации и уровня активности каталазы в компартментах клеток C. reinhardtii. Цитохимическую реакцию на каталазу проводили с 3,3΄-диаминобензидин-тетрагидрохлоридом (ДАБ). Ультраструктуру клеток исследовали методом трансмиссионной электронной микроскопии и морфометрического анализа. Метанол вызывал количественные изменения в структуре клеток C. reinhardtii. Показано, что под действием метанола уменьшался объем клеток C. reinhardtii и парциальный объем хлоропластов, увеличивались парциальные объемы вакуолей, митохондрий и пластоглобул. Данные подтверждают, что каталаза в клетках C. reinhardtii локализована в митохондриях. Добавление метанола приводило также к повышению активности каталазы в митохондриях. В присутствии метанола активность митохондриальной каталазы возрастала, что свидетельствует об ее участии в окислении и метаболизации этого спирта.

Метанол в низьких концентраціях стимулює ріст автотрофної накопичувальної культури Chlamydomonas reinhardtii. Найбільший ефект спостерігався при додаванні в середовище культивування 0,2% метанолу. З метою уточнення механізму його дії було вивчено вплив цієї концентрації метанолу на ультраструктуру клітин C. reinhardtii. Для перевірки припущення про участь каталази в метаболізації метанолу було проведено цитохімічні та біохімічні дослідження цього ферменту в клітинах C. reinhardtii. Цитохімічну реакцію на каталазу проводили з 3,3-діамінобензидин-тетрагідрохлоридом (ДАБ). Ультраструктуру клітин досліджували ме тодом трансмісійної електронної мікроскопії та морфометричного аналізу. Під дією метанолу відбувалися кількісні зміни в структурі клітин C. reinhardtii. Показано, що під впливом метанолу зменшувався об'єм клітин C. reinhardtii і парціальний об'єм хлоропластів, збільшувалися парціальні об'єми вакуолей, мітохондрій і пластоглобул. Дані підтверджують, що каталаза в клітинах C. reinhardtii локалізована у мітохондріях. Додавання метанолу призводило також до підвищення активності каталази в мітохондріях. У присутності метанолу активність мітохондріальної каталази збільшувалася, що свідчить про її участь в окисненні і метаболізації цього спирту.