Erich Strack

Verwertung von Trimethylammoniumverbindungen durch Acinetobacter calcoaceticus

The utilization of carnitine and carnitine derivatives (O-acylcarnitines, carnitine carboxylderivatives) and structure-related trimethylammonium-compounds (betaines and nitrogen-bases) by Acinetobacter calcoaceticus was studied by means of the control of growth and the quantitative detection of metabolites. The strain grew only on L-carnitine, L-O-acylcarnitines, and gamma-butyrobetaine as the sole carbon sources. The utilization of these compounds and the growth correlated with the cleavage of the C-N bond and thereby with the formation of trimethylamin. D-Carnitine was metabolized, if an additional carbon source, like L-carnitine, was present in the incubation mixture, or if the bacteria were preincubated with L- or DL-carnitine, but no growth was observed on D-carnitine as the sole carbon source. The bacteria oxidized choline to glycinebetaine in the presence of additional carbon sources, glycinebetaine itself was not assimilated. With regard to the catabolism of quaternary nitrogen compounds Acinetobacter calcoaceticus shows a different pathway in comparison with other bacterial species metabolizing carnitine.The utilization of carnitine and carnitine derivatives (O-acylcarnitines, carnitine carboxylderivatives) and structure-related trimethylammonium-compounds (betaines and nitrogen-bases) by Acinetobacter calcoaceticus was studied by means of the control of growth and the quantitative detection of metabolites. The strain grew only on l-carnitine, l-O-acylcarnitines, and γ-butyrobetaine as the sole carbon sources. The utilization of these compounds and the growth correlated with the cleavage of the C-N bond and thereby with the formation of trimethylamine. d-Carnitine was metabolized, if an additional carbon source, like l-carnitine, was present in the incubation mixture, or if the bacteria were preincubated with l-or dl-carnitine, but no growth was observed on d-carnitine as the sole carbon source. The bacteria oxidized choline to glycinebetaine in the presence of additional carbon sources, glycinebetaine itself was not assimilated. With regard to the catabolism of quaternary nitrogen compounds Acinetobacter calcoaceticus shows a different pathway in comparison with other bacterial species metabolizing carnitine.ZusammenfassungDie Verwertung von Carnitin und Carnitinderivaten (O-Acylcarnitine, Carnitincarboxyl-derivate) und strukturverwandten Trimethylammoniumverbindungen (Betaine und Stickstoffbasen) durch Acinetobacter calcoaceticus wurde anhand des Wachstums und des quantitativen Nachweises der Metabolite untersucht. Der Stamm wuchs auf l-Carnitin, l-O-Acylcarnitinen und γ-Butyrobetain als jeweils einziger C-Quelle. Der Verbrauch dieser Verbindungen und das Wachstum korrelierten mit der Spaltung der C-N-Bindung und mit dem gebildeten Trimethylamin. d-Carnitin wurde metabolisiert, wenn als zusätzliche C-Quelle l-Carnitin im Nährmedium vorhanden war, oder wenn die Bakterien mit l-oder dl-Carnitin vorinkubiert worden waren. Mit d-Carnitin als einziger C-Quelle wuchsen die Bakterien jedoch nicht. Die Bakterien oxidierten Cholin zu Glycinbetain in Gegenwart einer zusätzlichen C-Quelle, Glycinbetain selbst wurde nicht assimiliert. In Hinsicht auf den Abbau quaternärer Stickstoffverbindungen besitzt Acinetobacter calcoaceticus im Vergleich zu anderen Carnitin-verwertenden Bakterienarten einen für ihn charakteristischen Stoffwechselweg.

Stimulation of the anaerobic growth ofSalmonella typhimurium by reduction ofl-carnitine, carnitine derivatives and structure-related trimethylammonium compounds

In view of the development of al-carnitine deficiency, the metabolism ofl-carnitine and structure-related trimethylammonium compounds was studied inSalmonella typhimurium LT2 by means of thin-layer chromatography (TLC).l-Carnitine, crotonobetaine and acetyl-l-carnitine stimulated the anaerobic growth in a complex medium significantly. The stimulation depended on the formation of γ-butyrobetaine. The reduction ofl-carnitine proceeded in two steps: (1) Dehydration of thel-carnitine to crotonobetaine, (2) hydrogenation of crotonobetaine to γ-butyrobetaine. The reduction of crotonobetaine was responsible for the growth stimulation. Terminal electron acceptors of the anaerobic respiration such as nitrate and trimethylamine N-oxide, but not fumarate, suppressed the catabolism ofl-carnitine completely. Glucose fermentation, too, inhibited the reduction ofl-carnitine but optimal growth with a high carnitine catabolism was achieved byd-ribose. The esters of carnitine with medium- and long-chain fatty acids inhibited the growth considerably because of their detergent properties.

[Interrelationships between carnitine metabolism and fatty acid assimilation in Pseudomonas putida (author's transl)].

The carnitine metabolism and some relations to the fatty acid metabolism were studied in Pseudomonas putida by means of control of growth, analysis of metabolites, and determination of enzyme activities. The strain grew on γ-butyrobetaine, D,L-and L-carnitine, glycinebetaine, choline, D,L-norcarnitine, D,L-γ-amino-β-hydroxybutyrate, and D,L-β-hydroxybutyrate. Although the strain used straight-chain fatty acids of 2–16 C-atoms, it was only able to grow on O-acyl-L-carnitines of 10 or more C-atoms in the acylgroup. Addition of carnitine stimulated the growth on long-chain fatty acids.The formation of trimethylamine increased, if L-carnitine or γ-butyrobetaine were the only carbon sources, and decreased, if these trimethylammonium compounds were carbon as well as nitrogen sources. L-Carnitine induced the carnitine dehydrogenase as well as the β-hydroxybutyrate dehydrogenase. γ-Butyrobetaine as carbon and nitrogen source induced the carnitine dehydrogenase, too. In the crude extract the specific activities of β-hydroxybutyrate dehydrogenase were 0.7 or 1.6 μmoles·min-1·mg-1 after growth on L-carnitine and D,L-β-hydroxybutyrate, respectively. The synthesis of both enzymes was repressed by glycinebetaine, glucose and long-chain fatty acids. Dependent on the nitrogen source L-carnitine was catabolized via two different pathways.ZusammenfassungDer Carnitinstoffwechsel und einige Beziehungen zum Fettsäurestoffwechsel wurden mittels der Wachstumskontrolle, der Bestimmung von Metaboliten und des Nachweises von Enzymaktivitäten in Pseudomonas putida untersucht. Der Stamm wuchs auf γ-Butyrobetain, D,L-und L-Carnitin, Glycinbetain, Cholin, D,L-Norcarnitin, D,L-γ-Amino-β-hydroxybutyrat und D,L-β-Hydroxybutyrat. Obwohl der Stamm unverzweigte Fettsäuren von 2–16 C-Atomen zu untzen vermag, konnte er nur auf O-Acyl-L-carnitinen von 10 oder mehr C-Atomen in der Acylgruppe wachsen. Zugabe von Carnitin stimulierte das Wachstum auf langkettigen Fettsäuren.Die Bildung von Trimethylamin stieg, wenn Carnitin oder λ-Butyrobetain nur C-Quellen waren, und sank, wenn diese Trimethylammoniumverbindungen sowohl C-als auch N-Quellen waren. L-Carnitin induzierte sowohl die Carnitindehydrogenase als auch die β-Hydroxybutyratdehydrogenase. λ-Butyrobetain als C-und N-Quelle induzierte ebenfalls die Carnitindehydrogenase. Im Rohextrakt betrug die spezifische Aktivität der β-Hydroxybutyratdehydrogenase entsprechend dem Wachstum auf L-Carnitin oder D,L-β-Hydroxybutyrat 0,7 oder 1,6 μMol · min-1 · mg-1. Glycinbetain, Glucose und langkettige Fettsäuren reprimierten die Synthese beider Enzyme. Abhängig von der N-Quelle wird L-Carnitin offensichtlich auf zwei unterschiedlichen Stoffwechselwegen abgebaut.The carnitine metabolism and some relations to the fatty acid metabolism were studied in Pseudomonas putida by means of control of growth, analysis of metabolites, and determination of enzyme activites. The strain grew on gamma-butyrobetaine, D,L- and L-carnitine, glycinebetaine, choline, D,L-norcarnitine, D,L-gamma-amino-beta-hydroxybutyrate, and D,L-beta-hydroxybuty-rate. Although the strain used straight-chain fatty acids of 2-16 C-atoms, it was only able to grow on O-acyl-L-carnitines of 10 or more C-atoms in the acyl-group. Addition of carnitine stimulated the growth on long-chain fatty acis. The formation of trimethylamine increased, if L-carnitine or gamma-butyrobetaine were the only carbon sources, and decreased, if these trimethylammonium compounds were carbon as well as nitrgen sources. L-Carnitine induced the carnitine dehydrogenase as well as the beta-hydroxybutyrate dehydrogenase, gamma-Butyrobetaine as carbon and nitrogen source induced the carnitine dehydrogenase, too. In the crude extract the specific activiteis of beta-hydroxybutyrate dehydrogenase were 0.7 or 1.6 mumoles.min-1.mg-1 after growth on L-carnitine and D,L-beta-hydroxybutyrate, respectively. The synthesis of both enzymes was repressed by glycinebetaine, glucose and long-chain fatty acis. Dependent on the nitrogen source L-carnitine was catabolized via two different pathways.

Der Stoffwechsel von Xylit bei normalen und alloxandiabetischen Kaninchen

Zusammenfassung1.Die Umsatzkinetik von Xylit und der Einflu\ auf den Glucose- und Fettsäurestoffwechsel normaler und alloxandiabetischer Kaninchen wurde mittels kontinuierlicher intravenöser und intraduodenaler Infusion studiert.2.Xylit wird von normalen wie von alloxandiabetischen Tieren etwa ebensogut wie Fructose utilisiert. 70% der intravasal zugeführten Menge werden in der Leber umgesetzt, etwa 15% in extrahepatischen Geweben.3.Xylit wird passiv resorbiert und passiv ausgeschieden.4.Unter der kontinuierlichen Infusion von Xylit sinkt die Plasmakonzentration der freien Fettsäuren bei normalen und alloxandiabetischen Kaninchen signifikant ab (auf 60% des Ausgangswertes). Bei diabetischen Tieren wird durch Xylit die verminderte hepatische Extraktionsrate für Fettsäuren normalisiert.5.Bei alloxandiabetischen Kaninchen steigen während einer mehrstündigen Zufuhr von 0,50 g · kg−1 δ Std−1 Xylit die hepatische Glucoseproduktion und die Plasmakonzentration der Glucose an, bei normalen Tieren nicht.Summary1.Turnover of xylitol and its influence on the metabolism of glucose and nonesterified fatty acids (NEFA) in normal and alloxandiabetic rabbits were investigated by continuous infusion of xylitol.2.Xylitol (0.5 g/kg body weight/hour) is metabolized by normal and alloxandiabetic animals as well as fructose. 70% were utilized in the liver, 15% in extrahepatic tissues, and 15% are excreted in the urine.3.Xylitol is absorbed and excreted passively.4.During continuous infusion of xylitol plasma concentration of NEFA declines down to 60% of the control values in the preinfusion period. The diminished extraction rate of the diabetic liver for NEFA is increased by xylitol.5.Hepatic glucose production and plasma glucose concentration are not influenced during xylitol application (0.5 g/kg body weight/hour) in the normal animal, but increase in the diabetic one.

Der Blutzuckerspiegel in verschiedenen Gefäßgebieten beim Kaninchen

Zusammenfassung1.Der Blutzucker von nüchternen und unter kontinuierlicher Dauerinfusion mit Glucose belasteten Kaninchen wurde untersucht. Intraportal infundiert, sind die Blutzuckerwerte im rechten und linken Ventrikel gleich hoch, im rechten Ventrikel liegen sie höher als in der V. cava caudalis, wobei zu Beginn der Belastung die arteriovenöse Differenz erheblich größer ist.2.Die Blutglucosewerte in der Ohrvene hängen von der Durchblutung ab. Sie Hegen bis 50 mg-% niedriger als der gesamtvenöse Mischwert oder erreichen bei Reizung des Ohres den arteriellen Wert.3.Bei intraduodenaler gleichmäßiger Glucoseinfusion vermindert sich die Blutzuckerdifferenz zwischen V. portae und Ohrvene (optimal durch-blutet) ständig.4.Bei intravenöser (Jugularis) Dauerinfusion decken sich die Blutzuckerwerte in Vena portae und Ohrvene.

Dauerinfusion von Fructose und Glycerin am Kaninchen und ihr Einfluß auf die Glucose im Blut

ZusammenfassungMit enteraler Dauerinfusion von Fructose und Glycerin wurden die Blutspiegel von Fructose, Glucose und Glycerin sowie ihre Ausscheidun: im Harn während des eingestellten Umsatzgleichgewichtes untersuchtg1.Der Fructosespiegel im Blut steigt linear mit der infundierten Menge an.2.Fructoseinfusionen von 0,25 bis 1,0 g/kg/Std heben den Nüchternglucosespiegel im Blut unabhängig von der Menge der Fructose um etwa 20 mg-% an.3.Bis zu 0,75 g/kg/Std Fructose erhöht eine Zulage von 0,3 g/kg/Std Glycerin den Glucosespiegel nicht; bei 1,0 g/kg/Std Fructose läßt Glycerin keine konstanten Blutspiegel von Glucose und Fructose einstellen; sie entgleisen, der Fructosespiegel stellt sich nicht mehr linear der Zufuhrmenge ein. Bei 0,5 Fructose + 0,5 Glucose + 0,3 Glycerin g/kg/Std verhalten sich die Blutspiegel wie bei 1,0 g/kg/Std Fructose. Dieser Entgleisungseffekt ist mengenabhängig und nicht stoffspezifisch.4.Fructoseinfusionen bis zu 0,75 g/kg/Std beeinflussen den Blutspiegel des Glycerins von 0,3 g/kg/Std Glycerin nicht oder senken ihn leicht; Infusionen von 1,0 Fructose erhöhen ihn gering. Der „Glycerinblindwert“ im Blut wird durch Fructosezufuhr nicht erhöht.5.Die Glycerinausscheidung im Harn unter 0,3 g/kg/Std Glycerin wird durch gleichzeitige Infusion von Fructose bis 0,75 g nicht signifikant, bei 1,0 g/kg/Std signifikant erhöht.6.Die perjodatoxydablen Stoffe im Harn steigen mit zunehmender alleiniger Fructoseinfusion an. Sie sind keine Zucker oder Glycerin. Papierchromatographisch ist Fructose nur gering erhöht.

Über die Resorption von Monosacchariden

Zusammenfassung1.Mittels der Dauerinfusion wird die aktive Resorption der Galaktose unter Insulin untersucht.2.Intravenös infundiertes Insulin senkt den Galaktosespiegel im Blut bei enteraler, nicht jedoch bei intraportaler Zufuhr der Galaktose. Die Resorptionsleistung des Kaninchendarms für Galaktose wird durch Insulin um etwa 35% vermindert. Insulin scheint die aktive Galaktoseresorption weitgehend auszuschalten.3.Die Hemmung der Galaktoseresorption durch Insulin ist nicht durch die Hypoglykämie bedingt. Intravenöse oder enterale Glucosezufuhr nimmt keinen wesentlichen Einfluß auf den Insulineffekt.4.Der Insulineffekt ist anhaltend.5.Der Dünndarm enthält unter Insulin vermehrt Galaktose.6.Der Verteilungsraum für Galaktose wird auch nach deren langdauernder Zufuhr durch 0,2 IE/kg/Std Insulin weiter um 9,6% vergrößert.Summary1.Active absorption of galactose by the rabbit was investigated by continous enteral infusion of galactose.2.Intravenous infusion of insulin decreases concentration of galactose in blood during enteral infusion, but not during intraportal infusion of galactose. By insulin absorption of galactose is inhibited by about 35%.3.Decreased absorption of galactose by insulin is not caused by hypoglycemia. Additional intravenous infusion of glucose does not influence the effect of insulin.4.The effect of insulin on absorption is not a passager one, the depression of absorption lasts as long as insulin is applicated to the animal.5.During the decreased absorption the lumen of the small gut contains more galactose than in normal conditions.6.The galactose space of the body is enhanced by insulin by about 9,6%.

Umsatz und Blutspiegel des Glycerins beim Kaninchen

Zusammenfassung1.Kontinuierliche duodenale Zufuhr von Glycerin erzeugt beim Kaninchen einen konstanten Blutspiegel, dessen Höhe und Einstellungszeit die infundierte Menge bestimmt.2.Bei einer Zufuhr bis zu 0,15 g/kg/Std wird Glycerin im Harn nicht nennenswert ausgeschieden und der Blutspiegel Überschreitet nicht 10 mg-%. Die Nierenschwelle fÜr Glycerin liegt unter 10 mg-%.3.Bei Infusion von 0,2, 0,3, 0,5 g/kg/Std werden 0,16, 0,19, 0,23 g Glycerin umgesetzt. Bei größerer Zufuhr steigt der Umsatz erneut an, die Umsatzkurve kippt um, vermutlich als Ausdruck neuer mengenabhängiger Verwertungswege.4.Mehrfach sich folgende Glycerininfusionen ändern die Verwertung fÜr Glycerin nicht. Krankhafte Zustände können die Glycerinverwertung spezifisch verringern.

Über Blutspiegel, Ausscheidung und Umsatz von Galaktose unter Dauerinfusion beim Kaninchen

Zusammenfassung1.Dauerinfundierte Galaktose erzeugt beim Kaninchen nach 4 bis 6 Std einen gleichbleibenden Galaktosespiegel im Blut, der sich linear der Zufuhrmenge einstellt, bei enteraler Infusion im Bereich von 0,1 bis 0,5, bei intraportaler und intravenöser Infusion im Bereich von 0,1 bis 0,75 g/kg/Std.2.Bei Infusionen über 0,5 g/kg/Std beschränkt der Darm die resorbierte Menge, bei Infusionen unter 0,075 g/kg/Std besteht unabhängig vom Infusionsort kein angepaßter Galaktosespiegel mehr.3.Im linearen Bereich steigert die Infusion von 0,1 g/kg/Std den Galaktosespiegel um ∼45 mg-%.4.Die Niere scheidet Galaktose linear der Blutspiegelhöhe aus, für 1 mg-% Erhöhung=1,06 mg/kg/Std. Eine Nierenschwelle wird nicht sichtbar.5.Die totale Clearance sinkt mit der Zufuhrmenge. Wenn sie durch den nichtlinearen Anteil korrigiert ist, beträgt die Clearance 4,0 ml/min/kg.6.Der Galaktoseumsatz (berechnet aus Zufuhr — Ausscheidung) beträgt oberhalb des unteren Grenzwertes von 0,075 g/kg/Std für je 0,1 g pro kg/Std Zufuhr angenähert 0,06 g/kg/Std.

Über den Einfluß von Glycerin auf den Blutzucker und von Glucose auf den Glycerinumsatz

ZusammenfassungDer Blutspiegel von Glucose und Glycerin sowie der Umsatz und die Ausscheidung von Glycerin werden mittels enteraler Dauerinfusion von Glycerin und Glucose im eingestellten Gleichgewichtszustand untersucht.1.Glucoseinfusionen von 0,25; 0,5; 0,75 und 1,0 g/kg/Std erhöhen den Glucosespiegel charakteristisch für die Menge. Eine gleiche Zuckerzulage steigert den Blutspiegel umso weniger, je größer die Gesamtzufuhr ist. Mengen über 1,0 g/kg/Std können meist nicht mehr eingeregelt werden, ebenso entgleist der Blutzuckerspiegel, wenn Glycerin zugleich mit 1,0 g Glucose infundiert wird.2.Glycerin erhöht den Blutzucker entsprechend seiner Zuckerwertigkeit. Der neu gebildete Zucker wird primär in den großen Kreislauf geleitet, ehe er verwertet wird.3.Der Glycerinspiegel im Blut wird durch Glucosezufuhr nicht beeinflußt. Bei hoher Glycerininfusion (0,5 g/kg/Std) wird er durch Glucosezufuhr ein wenig gesenkt.4.Die Glycerinausscheidung wird bei gleichbleibendem Blutspiegel durch Zuckerzufuhren verstärkt.5.Der Glycerinleerwert in Blut und Harn wird durch Glucoseinfusionen nicht vergrößert. Unter Glycerininfusion sind keine Triosen im Blut nachweisbar.