Accumulation of nitrite and sulfite in yeast cells and synergistic depletion of the intracellular ATP content

Zusammenfassung

Wenn Hefezellen mit Nitrit oder Sulft bei pH-Werten unter 5,0 inkubiert werden, beobachtet man eine starke intracelluläre Akkumulation von Nitrit, bzw. Sulfit. Es ist anzunehmen, daß Nitrit und Sulfit in ihrer undissoziierten Form als salpetrige Säure (pK=3,3) bzw. schweflige Säure (pK=1,8) penetrieren und dann in den Zellen durch Neutralisation zu den anionischen Formen, die die Zellmembran nicht mehr permeieren können, abgefangen werden. Ähnlich dem früher beschriebenen raschen Abfall des ATP-Gehaltes nach Zusatz von Sulfit in Hefe [Schimz, KL und Holzer H (1979) Arch Microbiol 121:225–229] und in Bakterien [Hinze H, Maier K, Holzer H (1981) Z Lebensm Unters Forsch 172:389-392] verursacht auch Nitrit einen raschen Abfall des ATP-Gehaltes in Hefe auf weniger als 10 % des Anfangswertes. Werden Nitrit und Sulfit in Kombination verabreicht, so beobachtet man einen wesentlich stärkeren Abfall des ATP-Gehaltes als er aus der Summe der Einzeleffekte von Nitrit, bzw. Sulfit zu erwarten wäre („Synergistischer Effekt”).

Summary

When nitrite or sulfite are applied to yeast cells below pH 5.0, an enormous intracellular accumulation occurs. It is assumed that nitrite and sulfite penetrate the cell membrane in their undissociated forms as nitrous acid (pK = 3.3) or sulfurous acid (pK =1.8), respectively. Due to the neutral intracellular pH they are trapped inside the cell in their anionic forms, which are impermeable to the cell membrane. It has previously been shown that sulfite causes a rapid depletion of the ATP content of yeast cells [Schimz, K. L. and Holzer, H. (1979) resp. Hinze et al. as above]. Similarly, millimolar concentrations of nitrite decrease the ATP level to less than 10% of the initial value. Nitrite and sulfite in combination deplete the ATP content of yeast cells much stronger than expected for the sum of the separate effects of these compounds (“synergistic effect”).