Einfluß von 2,4-dinitrophenol auf die atmung und die Konzentration einiger metabolite bei embryonen des herings Clupea harengus

Abstract

In rearing experiments with herring eggs (temperature=14.0°±0.1°C; salinity=15‰), oxygen consumption under normal conditions and after addition of 2,4-DNP (concentration=0.1 mM/l; pH=8.1) was measured over the period of embryonic development by means of the Wabburg-technique. Additionally, the concentration of low molecular sugars, polysaccharides, free amino-acids, and adenosintriphosphate (ATP) was determined. The oxygen consumption increases during embryonic development; this increase is not linear. Periods of high intensity of oxygen consumption are followed by others with only slight increase. Immediately before hatching, the respiration curve distincly declines (Fig. 1). Under the influence of 2,4-DNP (dinitrophenol), the embryos increase their respiration intensity after a short period of incubation. The maximum rise in percentage over the normal values reaches up to 400% at the beginning of gastrulation, falls to 50% even before the locking of the blastopore, and decreases slightly to about 30% until hatching. The immense decline in the percentage increase in respiration following the addition of 2,4-DNP at the end of the first day of development is caused by the rapid increase in normal respiration. After poisoning with DNP at different stages of development, the uncoupled respiration curves are normally almost equal. This holds both for the temporal position of the respiration maxima (about 12 to 24 h after poisoning), and for the absolute amounts of the increased respiration over the normal values (5 to 7 μl/h/100 embryos). Excluded from these regularly repeated findings are two stages of development: (1) the stage of epiboly after exceeding the yolk equator until shortly before locking of the blastopore (26 to 32 h after fertilization at 14°C); (2) the period at the end of the 4th day of development when the eyes become pigmented (100 to 120 h after fertilization). These two stages are characterized by the fact that, at the moment of poisoning, the normal respiration shows retarded activity. On the other hand, these two stages are well able to undergo periods of development in which long-living embryonic deformations can occur after uncoupling of respiration with 2,4-DNP. The content in low molecular sugars and polysaccharides decreases slightly in the course of embryonic development and, following the addition of 2,4-DNP, decreases considerably during the first 24 h. After 48 h, accelerated decomposition of carbohydrates continues. Under the influence of 2,4-DNP, the embryos metabolize more carbohydrates in 1 day than during the whole normal development period. The changeover of the metabolism to increased decomposition of carbohydrates can be explained as a dislocation of the energetic sources from the respiration chain to glycolytic phosphorylation. In accordance with these facts, the concentration of free amino-acids, almost equal during normal embryonic development, remains unchanged under the influence of 2,4-DNP.

Zusammenfassung

• 1. Bei Erbrütungsversuchen an Heringsembryonen (Temperatur=14,0°±0,1°C; salzgehalt 15‰) wurde der Sauerstoffverbrauch während der Ontogenese unter Normalbedingungen und unter dem Einfluß von 2,4-DNP (Konzentration 0,1 mM/l; pH=8,1) mit Hilfe der Warburg-Technik gemessen. Zusätzlich sind der Gehalt an niedermolekularen und polymeren Kohlenhydraten, an freien Aminosäuren und der ATP-Spiegel bestimmt worden.

• 2. Der O₂-Verbrauch nimmt im Verlauf der Embryonalentwicklung nicht linear zu. Auf Phasen hoher Atmungsaktivität folgen solche mit geringfügiger Zunahme der Respiration. Unmittelbar vor dem Schlupf sinkt die Atmungskurve deutlich ab (Abb. 1).

• 3. Unter dem Einfluß von 2,4-DNP wird die Atmungsintensität der Embryonen schon nach kurzer Inkubationszeit gesteigert. Es wurde die maximale Atmungssteigerung in Prozent über normal bestimmt. Sie erreicht zu Beginn der Gastrulation bis zu 400%, fällt noch vor Verschluß des Blastoporus auf etwa 50% und sinkt von da an bis zum Schlupf auf etwa 30% ab.

• 4. Die entkoppelte Atmung zeigt in der Regel bei Vergiftung auf unterschiedlichen Entwicklungsstadien nahezu gleiche Kurvenverläufe. Das gilt sowohl für die zeitliche Lage der Atmungsmaxima (etwa 12 bis 24 h nach Vergiftung), als auch für die absoluten Werte der Atmungssteigerung über normal (5 bis 7,5 μl/100 Embryonen).

• 5. Ausgenommen von dieser Regel waren zwei Entwicklungsstadien: (1) die Phase der Epibolie nach Überschreiten des Dotteräquators bis kurz vor Verschluß des Blastoporus (Vergiftungszeitpunkt: 26 bis 32 h nach Befruchtung bei 14°C) und (2) der Abschnitt nach Verlauf des 4. Entwicklungstages (Beginn der Augenpigmentierung, Vergiftungszeitpunkt: 94 bis 100 h nach Befruchtung).

• 6. Der ATP-Spiegel bleibt während der Embryonalentwicklung nahezu konstant. Unter 2,4-DNP-Einwirkung fällt er innerhalb von 24 h auf etwa 50% der Kontrollwerte ab.

• 7. Der Gehalt an niedermolekularen und polymeren Kohlenhydraten nimmt im Verlauf der Entwicklung geringfügig ab. Er wird unter DNP-Einwirkung nach 24 h bereits erheblich gesenkt. Innerhalb dieser Zeit metabolisieren die Embryonen mehr Kohlenhydrat als während der gesamten Normalentwicklung. Bis zu 48 h nach Vergiftung setzt sich der gegenüber den Kontrollen verstärkte Abbau fort.

• 8. Die Konzentration an freien Aminosäuren bleibt, abgesehen von einem starken Rückgang unmittelbar nach der Befruchtung, während der Ontogenese nahezu unverändert. Ein Einfluß von 2,4-DNP auf den Aminosäure-Spiegel konnte nicht festgestellt werden.

• 9. Das ontogenetische Alter der langlebigen Mißbildungen deckt sich mit dem der Keime, die unter Normalbedingungen eine verminderte Atmungsaktivität aufweisen. Außerdem zeigt die entkoppelte Atmung auf diesen Entwicklungsstadien einen besonderen Verlauf.