Small-angle X-ray scattering studies on the X-ray induced aggregation of malate synthase II. Inactivation and aggregation experiments

The X-ray induced inactivation and aggregation of the enzyme malate synthase in aqueous solution were investigated by small-angle X-ray scattering and enzymic tests.Enzymic activity decreases about exponentially with increasing dose. The rate of inactivation depends linearly on the dose rate; the extrapolation to zero dose rate yielded a finite limiting value of the rate constant of inactivation. The inactivation doseD₃₇ is a linear function of enzyme concentration.Enzymic tests and small-angle X-ray scattering on samples, which had been X-irradiated before the measurements, showed no direct relation between aggregation and inactivation. The substrates glyoxylate and acetyl-CoA and the substrate analogue pyruvate are able to protect the enzyme against radiation damage, however to a different extent against aggregation (pyruvate > glyoxylate > acetyl-CoA) or inactivation (glyoxylate > pyruvate acetyl-CoA; the latter showed no effect). These findings and the protective effect of dithiothreitol against aggregation and inactivation of the enzyme are discussed in context with the formation of hydrogen peroxide. A possible shielding of radiosensitive groups of the enzyme by the substrates and scavenging are also taken into consideration as explanations for the protective effects.While the novel application of small-angle X-ray scattering in the field of radiation biology delivers information on X-ray induced structural changes of biopolymers and on their kinetics, the occurrence of radiation damages in conventional small-angle X-ray scattering measurements on biopolymers can be reduced by a variety of precautions.

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Röntgenkleinwinkeluntersuchungen der durch Röntgenstrahlen induzierten Aggregation der Malatsynthase. II. Inaktivierungs- und Aggregationsexperimente

Zusammenfassung Die durch Röntgenbestrahlung in wäßriger Lösung induzierte Inaktivierung und Aggregation des Enzyms Malatsynthase wurden mit der Methode der Röntgenkleinwinkelstreuung und mit Enzymtests untersucht.Die Enzymaktivität nimmt mit zunehmender Dosis annähernd exponentiell ab. Die Inaktivierungsgeschwindigkeit hängt linear von der Dosisleistung ab; die Extrapolation auf Dosisleistung null ergab einen endlichen Grenzwert der Inaktivierungsgeschwindigkeitskonstante. Die InaktivierungsdosisD₃₇ ist eine lineare Funktion der Enzymkonzentration.Enzymtests und Röntgenkleinwinkelstreuexperimente an Proben, welche vorher bereits bestrahlt worden waren, zeigten keinen direkten Zusammenhang zwischen Aggregation und Inaktivierung. Die Substrate Glyoxylat und Acetyl-CoA sowie das Substratanaloge Pyruvat vermögen das Enzym gegen Strahlenschäden zu schützen, jedoch in unterschiedlichem Ausmß gegen Aggregation (Pyruvat > Glyoxylat > Acetyl-CoA) oder Inaktivierung (Glyoxylat > Pyruvat Acetyl-CoA; letzteres zeigte keinen Effekt). Diese Befunde und die Schutzwirkung von Dithiothreitol gegen die Aggregation und Inaktivierung des Enzyms werden in Zusammenhang mit der Bildung von Wasserstoffperoxid diskutiert. Als weitere Erklärungen für die Schutzwirkungen werden die mögliche Abschirmung strahlenempfindlicher Gruppen des Enzyms durch die Substrate und der Einfang von Radikalen in Erwägung gezogen.Während die neuartige Anwendung der Röntgenkleinwinkelstreuung auf dem Gebiet der Radiobiologie Aufschluß über strahleninduzierte Strukturänderungen von Biopolymeren und deren Kinetik gibt, läßt sich das Auftreten von Strahlenschäden bei konventionellen Röntgenkleinwinkelmessungen an Biopolymeren durch verschiedene Vorkehrungen reduzieren.