Aktivitäten von Enzymen des Kohlenhydrat-Stoffwechsels und der Na⁺−K⁺-ATPase im Zuge der Embryonalentwicklung und Metamorphose vonHydractinia echinata (Hydrozoa)

Summary

• 1. In order to elaborate some general correlations between metabolic pathways and morphogenetic events the activity-profiles of the enzymes GAPDH, LDH, CE, MDH, GOT, G-6-PDH, and 6-PGDH have been determined in different developmental stages. Unusually high activities of these enzymes could be extracted from unfertilized eggs. In the course of embryogenesis and metamorphosis two metabolic patterns alternate repeatedly.

  The first pattern is characterized by a relatively low glycolytic potency (low GAPDH- and LDH-levels) connected with a relatively high oxidative capacity (low ratio of GAPDH/CE and rising O₂-consumption). This pattern, which indicates the predominance of energy production, is realized during cleavage and during the phase of contraction at the onset of metamorphosis.

  The second metabolic pattern combines high glycolytic potency (high GAPDH- and LDH-levels) with a high ratio of GAPDH/CE. This predominance of anaeroblic metabolism is correlated with high activities of MDH and GOT. An important portion of the substrate-flux may be directed towards anabolic processes. This metabolic condition is found during gastrulation and during the middle phase of metamorphosis: stages in which differentiation is initiated. This repeated change in the main metabolic behavior is also reflected by the operation of the pentose-phosphate-cycle. The activities of G-6-PDH and 6-PGDH decrease during cleavage and during early metamorphosis and increase during the differentiation of the planula and of the primary polyp. In the fully developed polyp, however, the 6-PGDH-activity disappears whilst that of the G-6-PDH remains high.

• 2. The induction of metamorphosis which normally is brought about by a bacterial agent and artificially by a Cs⁺-pulse, is characterized by an enhanced activity of the Na⁺\t-K⁺-ATPase. The maximum activity could be measured in homogenates and in living larvae 2 hrs and 0.5\2-1.5 hrs respectively after the application of Cs⁺. This finding supports the hypothesis that cation carriers are involved in the larval response to inductive stimuli.

  The induced peak of activity, in early metamorphosis, is followed by a second peak occurring spontaneously 3–4 hrs later. Relatively high ouabain-sensitive as well as ouabaininsensitive ATPase activities could also be observed in homogenates of young embryos.

Zusammenfassung

• 1. Die Aktivit\:atsprofile der Enzyme GAPDH, LDH, CE, MDH, GOT, G-6-PDH und 6-PGDH sind in verschiedenen Entwicklungsstadien bestimmt worden, um einige allgemeine Korrelationen zwischen Stoffwechselwegen und morphogenetischen Erscheinungen herauszuarbeiten. Aus unbefruchteten Eiern konnten ungew\:ohnlich hohe Aktivit\:aten dieser Enzyme extrahiert werden. Im Verlauf der Embryogenese und Metamorphose alternieren wiederholt zwei Stoffwechselmuster.

  Das erste Muster ist charakterisiert durch eine relativ niedrige glykolytische Potenz (niedriges GAPDH- und LDH-Niveau) verbunden mit einer relativ hohen oxidativen Kapazität (niedriger Quotient GAPDH/CE und erhöhter Sauerstoffverbrauch). Dieses Muster, das eine Dominanz der Energieproduktion anzeigt, ist während der Furchung und während der Phase der Kontraktion bei einsetzender Metamorphose verwirklicht.

  Das zweite Stoffwechselmuster verbindet hohe glykolytische Potenz (hohe GAPDH- und LDH-Niveaus) mit einem hohen Verhältnis von GAPDH/CE. Diese Dominanz des anaeroben Stoffwechsels its korreliert mit hoher Aktivität von MDH und GOT. Ein bedeutender Teil des Substratflusses mag für anabolische Prozesse abgezweigt werden. Diese Stoffwechselbedingungen sind während der Gastrulation und in der mittleren Phase der Metamorphose gegeben, Stadien, in denen Differenzierungen in Gang kommen.

  Diesem wiederholten wechsel der Stoffwechselkonstitution folgt der Pentosephosphatshunt. Während der Furchung und der einsetzenden Metamorphose nehmen die Aktivitäten der G-6-PDH und 6-PGDH ab und steigen während der Differenzierung der Planula und des Primärpolypen an. Im ausdifferenzierten Polypen verschwindet die 6-PGDH-Aktivität, wohingegen die G-6-PDH ein hohes Niveau beibehält.

• 2. Die Induktion der Metamorphose, die normalerweise durch ein bakterielles Agens, k\:unstlich durch einen Cs⁺-Puls ausgel\:ost wird, ist durch einen steilen Anstieg der Na⁺\t-K⁺-ATPase-Aktivit\:at gekennzeichnet. Das Maximum der Aktivit\:at wurde in Homogenaten 2 Std, bei lebenden Larven 0,5\2-1,5 Std nach Applikation von Cs⁺ gemessen. Dieser Befund st\:utzt die Hypothese, bei der larvalen Antwort auf induzierende Reize seien Kationen-Carrier ma\sBgeblich beteiligt.

  Dem induzierten Aktivitätspeak beim Einsetzen der Metamorphose folgt 3–4 Std später ein zweiter, spontaner peak. Relativ hohe Ouabain-sensitive wie- insensitive ATPase-Aktivitäten wurden auch in Homogenaten junger Embryonen bestimmt.