Acta Biologica et Medica Germanica: Band 1, Heft 4 1958 [Reprint 2021 ed.] 9783112518984, 9783112518977

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HERAUSGEBER:

A. G R A F F I • H. GUMMEL . F. J U N G . A. K R A U T W A L D S. M. R A P O P O R T S C H R I F T L E I T U N G : W. S C H E L E R

AKADEMIE-VERLAG •BERLIN

• BAND I • HEFT 4

•

SEITE365-498

• 1958

AUFNAHMEBEDINGUNGEN . 1. Es werden nur Arbeiten angenommen, die nicht an anderer Stelle mit demselben Inhalt veröffentlicht oder zur Veröffentlichung angeboten werden. Der Autor verpflichtet sich nach Annahme, die Arbeit an keiner anderen Stelle zu veröffentlichen. 2. Die Arbeit muß wissenschaftlich wertvoll sein. Bestätigungen bekannter Tatsachen, Versuche und Beobachtungen ohne positives Ergebnis werden, wenn überhaupt, nur in kürzester Form aufgenommen. Nicht aufgenommen werden Arbeiten referierenden Charakters, Polemiken und rein spekulative Arbeiten, falls sie nicht ganz wesentliche neue Gesichtspunkte enthalten. 3. Die Arbeiten müssen kurz und klar geschrieben und gegliedert sein. Problematik (Einleitung), Methodik, Befunde und Diskussion, evtl. Schlußfolgerungen sollen deutlich in Erscheinung treten. Der Arbeit soll ein Kurzreferat der wesentlichsten Ergebnisse vorausgestellt werden (Zusammenfassung von höchstens einer Druckseite). Neben einer anderssprachigen erscheint auf jeden Fall eine deutsche Zusammenfassung. Die Arbeiten werden in folgenden Sprachen angenommen: Deutsch, Russisch, Englisch und Französisch. 4. Besonders wertvolle längere Arbeiten können als Beihefte veröffentlicht werden. 5. Von jeder Versuchsart bzw. jedem Tatsachenbestand oder jeder Krankengeschichte ist nur je ein Beispiel in knappster Form (Telegrammstil) zulässig. Weiteres Material ist als Tabelle oder grafisch darzustellen. Beobachtungen an biologischem oder medizinischem Material sollen mit Zahlenangaben über die Signifikanz der Ergebnisse belegt werden. 6. Literaturangaben müssen unter Verwendung der Abkürzung des Chemischen Zentralblattes und in der dort üblichen Form erfolgen: Name und Vorname des Autors, Band-, Seiten- und Jahreszahl. Bücher werden mit Titel, Verlag, Erscheinungsjahr und Seitenzahl zitiert, z. B. B. X. Y . nach M. N. Biochem. Z., 222, 45 (1951). Am Ende der Arbeit wird die Literatur in der Reihenfolge aufgenommen, wie sie im Text zitiert ist mit entsprechender Numerierung. 7. Doppeltitel sind zu vermeiden, ebenso Zerlegung einer Arbeit in mehrere Mitteilungen. 8. Das Manuskript muß am Kopf den Herkunftsort der Arbeit tragen. Am Ende des Manuskripts wird der Name und die Anschrift des Verfassers bzw. des in erster Linie für den Inhalt verantwortlichen Verfassers wiedergegeben. Einsendungen von Arbeiten aus Kliniken und Instituten ist eine Erklärung des Direktors oder Abteilungsleiters beizulegen, daß er mit der Veröffentlichung einverstanden ist und den Verfasser auf die Aufnahmebedingungen hingewiesen hat. 9. Das Manuskript ist einseitig und möglichst mit Maschine weitzeilig zu schreiben. Die Abbildungsvorlagen sind auf besonderen Blättern einzureichen. 10. Werden im Text wortgeschützte Bezeichnungen (z. B. Warenzeichen) benutzt, so ist nach Möglichkeit daneben eine international anerkannte und verständliche Bezeichnung (z. B. die chemische Zusammensetzung) anzugeben. Die Herausgeber

ACTA BIOLOGICA ET MEDICA GERMANICA Herausgeber: A . G r a f f i • H. G u m m e l • F . J u n g • A . K r a u t w a l d • S. M.

1958

Band I

KARL

LOHMANN

60

Rapoport Heft 4

Jahre!

Es ist eine schwierige Aufgabe, einen Jubilar, der im vollen Strom des tätigen Lebens steht, zu würdigen, und doch ist es schöne deutsche Tradition, die Ehrentage bedeutender Wissenschaftler zu einem Besinnen auf ihren Werdegang und ihre Leistungen zu nutzen und sie durch Beiträge ihrer Fachgenossen, immatrielle und doch beständige Denkmäler der Wissenschaft, zu ehren. LOHMANN war es vergönnt, schon mit jungen Jahren an großen Entdec-

kungen teilzuhaben. Nach einem einjährigen Aufenthalt am Pharmakologischen Institut bei H A N D O W S K Y wurde er Assistent bei MEYERHOF. In den 13 Jahren des gemeinsamen Wirkens wurde sehr bald seine selbständige wissenschaftliche Persönlichkeit erkennbar. Er wurde zu einem der erfolgreichsten Pioniere auf dem Gebiet der Aufklärung der biologischen Rolle der Phosphate. Eine große Anzahl von bedeutenden Veröffentlichungen zeugen von einer fruchtbaren gemeinsamen Arbeit. 25

Acta biol. med. germ. Heft 4

3 66

Die Herausgeber

Schon das Jahr 1928 brachte zwei grundlegende Entdeckungen: Phosphagen und Pyrophosphat, die als Kreatin-Phosphat und AdenosinTriphosphat von L O H M A N N erkannt wurden. Damit waren die biologisch wichtigsten energiereichen P-Verbindungen gefunden und die Grundlage unseres Verständnisses für die Energetik des Zwischenstoffwechsels geschaffen. Im selben Jahre und in den folgenden erschienen grundlegende Arbeiten über die Zwischenreaktionen der Glykolyse. Nach der Entdeckung der 3-Phosphoglyzerinsäure durch N I L S S E N konnte das Triosephosphat als Vorstufe nachgewiesen werden. Es folgte die Untersuchung der Aldolase, der Zwischenprodukte, die bei der Umwandlung der Phosphoglyzerinsäure entstehen, kurzum — ein großer Teil des experimentellen Gerüstes, auf dem unsere heutigen Anschauungen über die komplizierten Kreisläufe der Glykolyse fußen, beruht auf den Arbeiten, an denen L O H M A N N führenden Anteil hatte. Ein wenig abseits von diesem großen Themenkomplex steht eine Entdekkung, die so recht die besondere Eigenart von L O H M A N N S Arbeitsstil verrät. Es ist die überraschend kurz nach der Beschreibung des Thiamins erfolgte Reindarstellung der Cocarboxylase und Aufklärung ihrer Konstitution als Thiamin-Pyrophosphat. 1937 wurde HERMANN

LOHMANN

STEUDEL,

auf den Berliner Lehrstuhl als Nachfolger von dem ersten Lehrstuhlinhaber für Physiologische

Chemie, berufen. Es war dies eine düstere Zeit der Vertreibung von großen Forschern, die der Stolz der deutschen Wissenschaft waren, eine Zeit, die schon im Zeichen unmittelbarer Kriegsvorbereitungen stand. Dies wirkte sich auf alle Bereiche der friedlichen Wissenschaft tödlich hemmend aus. L O H M A N N nahm seine Lehrverpflichtungen ungeheuer ernst und wurde zu einem der besten Lehrer und Erzieher. Ein Niederschlag dieser Tätigkeit war die allgemein geschätzte Anleitung für das Physiologisch-chemische Praktikum. Nach der Erlösung Deutschlands von der unseligen Hitlerherrschaft blieb L O H M A N N treu auf seinem Posten. Eines der Ruhmesblätter seiner Tätigkeit ist die aus den Trümmern unter den größten Schwierigkeiten erfolgte Wiedereinrichtung eines geregelten Lehrbetriebs. Gleichzeitig begann er seine Tätigkeit im Institut für Medizin und Biologie im Rahmen der erweiterten Aufgabenstellung der Deutschen Akademie der Wissenschaften. Er trug führenden Anteil an der Errichtung eines der großen medizinisch-biologischen Forschungskomplexe Europas, in dem er selbst einen Arbeitsbereich leitet. Ihm wurden viele Ehren zuteil. 1949 wurde er ordentliches Mitglied der D A d W und erhielt im Jahre 1951 die Auszeichnung des Nationalpreises. Schon im Jahre 1949 wurde er in Anerkennung seiner großen Fähigkeiten zum Sekretär der Medizinischen Klasse der D A d W gewählt und Mitglied

KARL

LOHMANN

60

Jahre!

36 7

ihres Präsidiums. Seither leistet er eine große wissenschafts-politische und organisatorische Tätigkeit. Er wirkt im Koordinierungsschuß für medizinische Forschung und wurde im Jahre 1957 zum Mitglied des Forschungsrates berufen. Jede der großzügig von der Regierung unterstützten Entwicklung auf dem Gebiet der Medizin ist mit seiner Tätigkeit verknüpft. Trotz der ungeheuren Beanspruchungen, die der Aufbau der medizinischen Wissenschaft in der D D R an ihn stellt, fand L O H M A N N dennoch die Zeit, sich seiner eigenen Abteilung zu widmen. Wieder erscheinen Arbeiten aus seinem geliebten Gebiet der Phosphate. Entsprechend der Zweckbestimmung des Institutes hat er sich aber auch Fragen aus dem Krebsgebiet zugewandt. Dieser Abriß des äußeren Ablaufs seines Wirkens vermag aber nicht die Persönlichkeit L O H M A N N S widerzuspiegeln. Die Eigenart seines Forschungsstils, die durch schärfste Beobachtungsgabe und eine subtile Empifik, die auf einer gesunden chemischen Grundlage beruht, gekennzeichnet ist, machte ihn zu einem der glänzendsten Experimentatoren. Dazu gehört auch sein schnelles und genaues Urteil, das gepaart ist mit großer Besonnenheit. Die in den Veröffentlichungen zutage tretende Spezialisierung verrät nicht voll sein umfassendes konkretes Wissen auf den verschiedensten Gebieten, das von der Technologie eines Benzinmotors bis zu subtilen klinischen Einzelheiten der Krebserkrankung geht. Ein ausgeprägtes Pflichtbewußtsein, eine Loyalität im großen und kleinen,, sind seine hervorstechendsten Charaktereigenschaften. Unseren herzlichsten Glückwunsch unserem verehrten K A R L L O H M A N N ! Möge er noch viele große Leistungen für die D D R und die gesamtdeutsche Wissenschaft vollbringen.

DIE

25

HERAUSGEBER.

A c t a biol. med. germ., Band 1, Seite 368—372 (1958) Aus dem Institut für Medizin und Biologie der Deutschen Akademie der Wissenschaften zu Berlin, Berlin-Buch, Arbeitsbereich Biochemie (Direktor: Prof. Dr. Dr. K.

LOHMANN)

Über Polyphosphate in Ostsee-Algen PETER

LANGEN

Meinem hochverehrten Lehrer, Herrn Prof. Dr. Dr. K . burtstag gewidmet

LOHMANN,

zum 60. Ge-

(Eingegangen am 1. 4. 1958)

Zusammenfassung Es wurden verschiedene Algen aus der Ostsee auf das Vorkommen von Polyphosphaten untersucht. In der Rotalge Ceramium und in den Grünalgen Enteromorpha und Cladophora konnte ein hoher Gehalt an labilem Phosphat nachgewiesen und als Polyphosphat charakterisiert werden. In Chara und den Braunalgen Fucus, Pilagiella und Ectocarpus wurde dagegen nur wenig labiles Phosphat gefunden; Polyphosphat ließ sich hier nicht nachweisen.

Viele phylogenetisch tiefstehende Organismen enthalten energiereiches Phosphat in Form der Polyphosphate. Diese sind bisher in Pilzen und Bakterien und in einigen Grünalgen aus Kulturen (Euglena [1]; Chlorella [2]; Acetabularia [3]) nachgewiesen worden. Da eine systematische Untersuchung in dieser Hinsicht noch aussteht, ist nicht bekannt, in welchem Ausmaß Polyphosphate in diesen Organismengruppen verbreitet sind. Im Folgenden wird über Untersuchungen berichtet, die an Braun-, Rot- und Grünalgen aus der Ostsee bei Hiddensee durchgeführt wurden, um einen Einblick in die Verbreitung der Polyphosphate bei Algen zu erhalten. Methodik Die Untersuchungen wurden in den Monaten Juni und Juli auf Hiddensee an der dortigen Biologischen Forschungsanstalt und dem Institut für Strahlungsquellen der Deutschen Akademie der Wissenschaften zu Berlin durchgeführt. Herrn Professor R O M P E danke ich für die Überlassung eines Arbeitsplatzes, Frl. Dipl.Biol. R . K Ü N Z E N B A C H für die Hilfe bei der Auswahl und der Bestimmung der Algen. Die Algen wurden in Behälter mit Seewasser gesammelt und spätestens % Stunde nach der Entnahme vom Standort in Alkohol (yfache Gewichtsmenge) fixiert oder sofort extrahiert. Auf Grund verschiedener Vorversuche erwiesen sich die im Folgenden beschriebenen Methoden zur Extraktion am geeignetsten:

Polyphosphate in Ostseealgen

369

1. Aufkochen mit der 2- bis 3-fachen Menge Wasser. Abfiltrieren oder Abzentrifugieren. 2. Verreiben mit Sand, der gleichen Gewichtsmenge an NaNO a und der halben Gewichtsmenge an n-Trichloressigsäure für 15 min; danach Zugeben der doppelten Gewichtsmenge Wasser und nach weiteren 15 min abfiltrieren oder abzentrifugieren. 3. Verreiben mit Sand und 1/5 der Gewichtsmenge an Na 2 CO a • 10 H a O für 15 bis 30 min. Danach Zugabe der 3fachen Gewichtsmenge an n-Trichloressigsäure, nach 10 min abzentrifugieren oder abfiltrieren. 4. Vorbehandlung mit der 3fachen Menge Alkohol 15 min, danach 3fache Menge Äther weitere 15 min. Anschließend eine der Methoden 1 bis 3. U m durch die Extraktionsart bedingte Schwankungen in den Ergebnissen zu vermeiden, wurden nach Möglichkeit mehrere Methoden bei der Extraktion einer Algenart angewandt. Es waren jedoch nicht immer alle Extraktionsformen für jede Algenart gleich geeignet; so ließ sich z. B. Fucus nur mit der unter 3. beschriebenen Methode aufschließen. Die Phosphat-Bestimmungen in den Extrakten wurden nach der Methode B E R E N B L U M und C H A I N [4] durchgeführt. Es wurde bestimmt der Gehalt an Phosphat vor und nach 7 und 30 min langer Hydrolyse in n-HCl bei 100°. Aus den Bestimmungen wurden die folgenden Differenzen gebildet: A70 = Zunahme an bestimmbarem Phosphat nach 7 min langer Hydrolyse, zl^0 = Zunahme an bestimmbarem Phosphat zwischen 7 und 30 min Hydrolyse; die letztere Differenz gibt ein Maß für den Gehalt der Lösung an Nukleinsäuren oder Fruktose-l,6-diphosphat. Sie war in den vorliegenden Extrakten gering. Das in den Ergebnissen als „labil" bezeichnete Phosphat wurde •— wie z. B. das Polyphosphat bei Hefe [5] — nach der Formel — A\° berechnet. Zur papierchromatographischen Prüfung auf Polyphosphate wurden die neutralisierten Extrakte mit der 1 %fachen Menge g6%igen Alkohols versetzt, die entstehenden Niederschläge, die eventuell vorhandenes Polyphosphat sowie große Mengen Polysaccharide enthalten, abgetrennt, mit Alkohol und Aceton gewaschen und getrocknet. Die so gewonnen Präparate wurden papierchromatographisch untersucht. Die Auftrennung erfolgte mit dem sauren Lösungsmittel Nr. 2 nach G R U N Z E und T H I L O [6] auf ScHLEicHER-ScHüLL-Papier 2043 b, das vorher mit 2n-HCl gewaschen war. Der Nachweis der Phosphate auf dem Papier geschah nach H A N E S und I S H E R W O O D [7]. Die Durchführung der Chromatographie wurde dadurch erschwert, daß die mitgefällten Polysaccharide bei dem Aufnehmen der Präparate eine gallertartige Masse bildeten, die eine direkte chromatographische Untersuchung unmöglich machte; eine A b trennung der Phosphate von den Polysacchariden ließ sich durch Dialyse erreichen, wobei die Phosphate ausdialysieren. So gereinigte Präparate ergaben jedoch zunächst nur unklare, durch Schleifspuren verwischte chromatographische Bilder. Erst durch Zugabe von Äthylendiaminotetraacetat (Trilon B) — etwa i % i g beim Lösen der Präparate — ließen sich diese Störungen, die offenbar auf der Wirkung von aus dem Meerwasser stammenden Ionen beruhten, beseitigen.

Ergebnisse Es wurden untersucht die Rotalge Ceramium, die Braunalgen Fucus, Pilagiella und Ectocarftus, die Grünalge Enteromorpha und Chara. Wie die Tabelle zeigt, lassen sich die untersuchten Algen in zwei Gruppen einteilen: bei der einen Gruppe beträgt das labile Phosphat weniger als 50% des Orthophosphates, zu dieser Gruppe gehören die Braunalgen und Chara. Bei der anderen Gruppe, zu der Ceramium, Cladophora und

3 7 °

P-

LANGEN

Enteromorpha gehören, ist 1 y 2 bis 3 mal soviel labiles Phosphat vorhanden wie Orthophosphat. Bei der chromatographischen Untersuchung konnte mit Hilfe von Testsubstanzen und durch graphische Auswertung in der zweiten Gruppe (mit dem hohen Gehalt an labilem Phosphat) Polyphosphat nachgewiesen.werden. In Abb. 1 ist ein Chromotogramm mit einer Auftrennung von Cladophora- und Ceramium-Präparaten wiedergegeben. Abb. 2 zeigt die graphische Auswertung. Nach G R U N Z E und T H I L O [6] liegen die Wanderungs werte des Orthophosphat es und der Polyphosphate Di- bis Heptaphosphat — im logarithmischen Maßstab über der Zahl der P-Atome im Molekül graphisch dargestellt — auf einer Geraden. Ebenso verhalten sich die Wanderungswerte für die verschie-

2 3'

m b-

5

6

A

B

Abb. 1. Chromatogramm mit Phosphaten aus Ceramium (B) und Cladophora (C). A = Testsubstanzen, von oben nach unten: Orthophosphat, Diphosphat, Triphosphat, Tetraphosphat, Tetrametaphosphat.. Die PhosphatBanden 1 — 6 der Algenpräparate entsprechen dem Orthophosphat und den Polyphosphaten Tri- bis Heptaphosphat (s. Abb. 2)

C

denen auf dem Chromatogramm nachweisbaren Phosphate aus den genannten Algenpräparaten. Daraus kann auf die Identität dieser Phosphate mit den entsprechenden Polyphosphaten geschlossen werden. Fraktion 1 stellt Orthophosphat dar, Fraktion 2 Triphosphat und die Fraktionen 3 bis 7 sind Tetra- bis Oktophosphat, das am Start verbleibende Phosphat ist von höherem Polymerisationsgrad. Es ist nicht sicher, ob die Präparate in dieser Zusammensetzung dem in der Zelle bestehenden Zustand entsprechen, da damit gerechnet werden muß, daß im Laufe der Isolierung ein Teil der hochpolymeren Phosphate zu Niederpolymeren aufgespalten worden ist. In Höhe des Pyrophosphates konnten nur geringe Mengen' Phosphat nachgewiesen werden; danach ist anzunehmen, daß Pyrophosphat — wie

Polyphosphate in Ostseealgen

371

auch von E B E L [8] und uns [5] an Hefe gefunden wurde — zumindest nicht in einer den anderen Polyphosphaten vergleichbaren Menge in den Algen vorkommt. Die papierchromatographische Untersuchung eines Präparates aus in Alkohol fixierter Enteromorpha zeigte ein gleiches Bild wie bei Ceramium oder Cladophora. In den Braunalgen Fucus, Ectöcarpus und Pilagiella sowie in Chara konnten mit den oben beschriebenen Methoden keine Polyphosphate nachgewiesen werden.

1.

2.

3.

5.

6.P-Bandeauf ChromatogrammAbb.

1

Abb. 2. Graphische Auswertung eines Chromatogramms von Phosphaten aus Cladophora und Ceramium (s. T e x t )

G e h a l t der E x t r a k t e an P h o s p h a t Angaben in mg P 2 0 5 / g Frischgewicht Angegeben sind Mittelwerte, sowie (in Klammern) die maximalen Abweichungen. Die E x t r a k t i o n s a r t ist unter der entsprechenden Nummer im methodischen Teil angegeben Art

Ceramium Cladophora Enteromorpha Chara Fucus Pilagiella Fctocarpus

Orthophosphat

0,10 (0,09—0,13) 0,05 (0,03 0,08) 0,04 0,26 (0,20—0,37) 0,15

(0,12 0,1g) 0,26 (0,25 0,26) 0,26

Lab. Phosphat

0,16 (o,ll—0,19)

Lab. Phosphat Orthophosphat

1,6

Zahl der Auf-

Extraktionsart

arbeitungen

6

(1,0—2,1)

l; 3;

4 + 1 ;

4 + 2;

4 +

2,5

1

0,03

0,1

(0,01—0,05) 0,04 (0,04—0,06) 0,02 (0—0,04) 0,03

(0,03—0,2) 0,3 (0,2—0,4) 0,1 (0,2—0,4) 0,10

4

alle angeführten Alkoholpräp. 4 + 1 2; 3

4

3

3

1; 2; 3

1

3

0,11

(0,08—0,14) 0,11

2,2 . (1.2-3,6)

9

3

P . LANGEN

372 Literatur

[1] ALBAUM, H . G . , A . S C H A T Z , S . H . H U T N E R u n d A . HIRSHFELD : A r c h . B i o c h e m i s t r y

29, 210 (1950). [2] SOMMER, L . u n d T H . E . BOOTH: P l a n t P h y s i o l . 13, 1 9 9 ( 1 9 3 8 ) . [3] THILO, E . , H . GRUNZE, J . HÄMMERLING, G . W E R Z : Z . N a t u r f o r s c h .

'

IIb,

266

(1956).

[4] B E R E N B L U M , J . u n d E . C H A I N : B i o c h e m . J . 3 2 , 2 9 5 ( 1 9 3 8 ) . [5] LOHMANN, K . u n d P . L A N G E N : B i o c h e m . Z . 3 2 8 , 1 ( 1 9 5 6 ) .

[6] GRUNZE, H. und E. THILO : Sitzungsberichte der D A W Berlin, Jahrg. 1953, Nr. 5. [7] H A N E S , C . S . u n d F . A . ISHERWOOD: N a t u r e 1 6 4 , 1 1 0 7

(1949).

[8] EBEL, J. P . : Bull. Chim. biol. 34, 321, 330, 491, 498 (1952). Summary Several algae from the Baltic Sea were studied as to the occurrance of polyphosphates. In the red alga Ceramium and in the green algae Enteromorpha and Cladophora a high content of labile phosphate could be demonstrated and characterized as polyphosphate. In the green alga Chara and the brown algae Fucus Pilagiella and Ectocarpus on the other hand only little labile phosphate was found; polyaphosphate could not be demonstrated.

PeaioMe

MccjienyioTCfl pa3Hbie BOHopocjin 03 EajiTjificKoro moph B oTHoineHHH conepwaHHH n0JiH0CaT0B. KpacHan Boflopocjib Ceramium H 3eJieHbie BoaopocjiH Enteromorpha H Cladophora conep»aT ßojibinoe KOJiiinecTBO jiaßmibHoro $oc({)aTa B BHfle n0JiH(i>0CaT0B. B 3ejieHOö BO«opocjiH Chara h B KopHHHeBoft BoaopocjiH Fucus Pilagella H Ectocarpus SbiJio HaflfleHO oieHb MaJio naÖHjibHoro $oc$aTa. nojiHiJioc^aT B HHX He 6HJI HaäHeH.

A c t a biol. med. germ., Band 1, Seite 373—378 (1958) Aus dem Institut für Medizin und Biologie der Deutschen Akademie der Wissenschaften zu Berlin-Buch, Arbeitsbereich Biochemie (Direktor: Prof. Dr. Dr. K.

LOHMANN).

Über den Einfluß einiger alkylierter Nitrophenole auf den Stoffwechsel der Hefe EBERHARD

Liss

Meinem hochverehrten Lehrer, Herrn Prof. Dr. Dr. K . tag gewidmet

LOHMANN,

zum 60. Geburts-

(Eingegangen am 25. 3. 1958)

Zusammenfassung Nitrophenole haben die Eigenschaft, die Atmung von Hefe zu fördern und den PASTEUR-Effekt zu hemmen. Es werden Alkylderivate von Nitrophenolen untersucht, bei denen die Konjugation zwischen Nitrogruppen und aromatischem Kern infolge sterischer Hinderung aufgehoben ist. Die Ergebnisse zeigen, daß diese Konjugation für die biologischen Eigenschaften der Nitrophenole nicht von primärer Bedeutung ist.

Nitrogruppen am aromatischen Kern werden durch benachbarte Alkylgruppen sterisch beeinflußt [1], [2], [3]. Wie wir kürzlich zeigen konnten, wird durch geeignete Substitution eine Nitrogruppe so weit aus der Kernebene herausgedreht, daß charakteristische Veränderungen im Absorptionsspektrum der Farbsalze solcher Nitroverbindungen im alkalischen Medium auftreten, aus denen auf eine teilweise bis völlige Aufhebung der Konjugation der Nitrogruppe mit dem Benzolkern geschlossen werden konnte [4]. Im Rahmen von Untersuchungen über den Hefestoffwechsel wurde jetzt die Frage geprüft, welchen Einfluß eine sterische Beeinträchtigung der Konjugation der Nitrogruppen mit dem Kern auf die bekannten biologischen Wirkungen von Nitrophenolen hat. Dazu wurden zwei Gruppen von Nitrophenolen miteinander verglichen: 1. p-Nitrophenol (I) und sein 3,5-Dimethylderivat (II) 2. 3,5-Dinitrophenol (III) und sein 4-Methyl- bzw. 4-tert. Butylderivat (IV bzw. V).

E. Liss

374

Das in der Literatur am häufigsten erwähnte 2,4-Dinitrophenol (VI) wurde zum Vergleich ebenfalls untersucht. OH

J\ 1 II 1

II

|

NO 2 I

OH

OH

J\ 1 II

OH

I

I

1 II . CH/^Ü/^CH;

-I

II

1

NO2/\/\NO2

2

NO 2 II

A /

CH3-C-CH3 I

CH3 V

2

OH

A

NO/\/\NO

|

CH3 IV

III OH

II

NO/\/\NO,

N

O

*

2

N0 2 VI

Der Stoffwechsel der Hefe wird durch Nitrophenole in der Weise beeinflußt, daß in einem bestimmten Konzentrationsbereich die Atmung stimuliert wird; etwa im gleichen Bereich wird der PASTEUR-Effekt gehemmt, .was sich durch eine Zunahme der aeroben Gärung bei ungehemmter Atmung bemerkbar macht. Mit steigender Konzentration der Nitrophenole findet eine allgemeine Schädigung des Stoffwechsels statt, die sich durch eine Hemmung sowohl der Atmung als auch der Gärung anzeigt. In der vorliegenden Arbeit wird über den Einfluß der oben angeführten Nitrophenole auf die A t m u n g s s t e i g e r u n g und die H e m m u n g des PASTEUR-

Effektes berichtet. Biologische Wirkungen der genannten Verbindungen wurden bisher mit Ausnahme des p-Nitrophenols und des 2,4-Dinitrophenols nicht beschrieben. Methodik Die Versuche wurden mit frischer Bäckerhefe bei 20 0 in Phosphat-Zitratpuffer vom p H 4,5 durchgeführt. Nach der manometrischen Methode wurden Atmung und und aerobe Gärung in L u f t und anaerobe Gärung in Stickstoff bestimmt. F ü r die Berechnung d e r g - W e r t e ( = c m m O a bzw. C 0 2 pro 1 mg Hefe [trocken] und 1 Std.) wurden die Druckänderungen zwischen der 40. und 70. Minute nach Glucose-Zugabe berücksichtigt. Die Nitroverbindungen wurden 20 Minuten vor der Glucose zur Hefe gegeben. Die Verbindungen I und V I waren Handelspräparate, die durch mehrfaches Umkristallisieren gereinigt wurden. Die Verbindungen I I , I I I und I V wurden nach Literaturangaben hergestellt. Das bisher unbekannte 4-tert.Butyl-3,5-Dinitrophenol wurde aus Trinitro-tert.Butylbenzol durch Reduktion zum 4-tert.Butyl-3,5-Dinitroanilin und Umkochen des daraus erhaltenen Diazoniumsalzes gewonnen. Schwach gelbliche Nadeln. Schmp. 166—168 0 (korr.) C l 0 H 1 2 O 5 (240.2) Ber. 050.00% H 5 . 0 4 % ; gef. C 50.75% H 4.87%.

375

Hefestoffwechsel u n t e r dem E i n f l u ß von Nitrophenolen

Ergebnisse F ü r Atmung und Gärung der verwendeten Hefe wurden die folgenden Werte für die oben angegebenen Normalbedingungen ohne Zusatz von Nitrophenolen ermittelt: 0q2 = - 4 8

ß § ) , = +*°,5

Qcbr

+ 1 3 1

I n der folgenden Tabelle sind Vergleichszahlen für die Wirkung der verschiedenen Nitroverbindungen angegeben. Dabei enthält Spalte 2 den maximalen Qo 2 -Wert, Spalte 3 die Konzentrationen der Nitrophenole, bei denen der maximale 0 2 -Verbrauch beobachtet wird. Als Vergleichszahl für die hemmende Wirkung auf den PASTEUR-Effekt ist in Spalte 4 die Konzentration angegeben, bei der die aerobe Gärung auf 5 0 % des Normalwertes der anaeroben Gärung angestiegen ist, was einer Zunahme auf über 3 0 0 % entspricht. Dieser P u n k t wurde deshalb gewählt, weil bei höheren Werten infolge abnehmenden 0 2 -Verbrauches die Zunahme der aeroben Gärung nicht mehr ausschließlich als Ausdruck einer Hemmung des PASTEUR-Effektes zu betrachten ist. Außerdem wird in einigen Fällen bereits eine Hemmung der anaeroben Gärung beobachtet, bevor die aerobe Gärung die Höhe derselben erreicht hat. Spalte 5 enthält die PK-Werte für die Dissoziation der Nitrophenole. K o n z e n t r a t i o n in Mol/1 Nr.

I II III IV V •VI

Verbindung

p-Nitrophenol 3,5-Dimethyl-pNitrophenol 3,5-Dini trophenol 4-Methyl-3,5-Dini trophenol 4-tert.-Butyl-3.5Dinitrophenol 2,4-Dinitrophenol

Qq

(Max.)

- 7 6

bei Q q 3,02

(Max.) io-4 4

- 6 5 —72

8,13

107

2,14

io-4

—74

1-55

IQ"4

0, 3,24

4.79

,

N,

IO-4 1°-4

Pk

7-1 8,2

2,51

io~ 4

6,7

1,67

IO"4

7-°

-4

- 7 6

0,17

10"4

0,26

io

—67

0,96

IO-4

1,26

IO"4

7-1 4,°

Die Veränderung von Atmung und aerober Gärung in Abhängigkeit von verschiedenen Konzentrationen ist in den Abb, 1 und 2 dargestellt. Auf die Wiedergabe des vollständigen Kurvenverlaufes im Bereich der Hemmung von Atmung und- Gärung wurde der Übersichtlichkeit wegen verzichtet, da diese Werte für die Problemstellung dieser Arbeit ohne Bedeutung sind. Diskussion Bei allen untersuchten Nitrophenolen treten Steigerung der Atmung und H e m m u n g des PASTEUR-Effektes auf. Qualitative Unterschiede sind also nicht vorhanden. Jedoch werden beträchtliche Differenzen in quantitativer Hinsicht beobachtet.

376

E. Liss

Die verringerte biologische Wirksamkeit des 3,5-Dimethyl-p-Nitrophenols gegenüber dem nichtalkylierten p-Nitrophenol ist wahrscheinlich auf die verminderte Beweglichkeit des Protons der alkylierten Verbindung zurückzuführen; die Differenz der pK-Werte beträgt 1,1. Auf den Zusammenhang zwischen biologischer Wirksamkeit und Protonenbeweglichkeit hat kürzlich D E D E R E N [5] hingewiesen, der den Einfluß einer Reihe substituierter Phenole auf die Vergiftung der anaeroben Gärung und Phosphorylierung untersuchte. Die verringerte Protonenbeweglichkeit ist im vorliegenden Falle als unmittelbare Wirkung der Aufhebung der Konjugation zwischen Nitrogruppe und Kern durch die benachbarten Methylgruppen anzusehen. Bei dem 3,5-Dinitrophenol und seinen Derivaten liegen die Verhältnisse anders. Auch in diesem Fall ist ein geringer Anstieg des pK-Wertes bei den alkylierten Verbindungen gegenüber der alkylfreien Verbindung zu beobachten. Die dadurch angezeigte verminderte Beweglichkeit des

1

1

1

1

•

-*.