Published January 1976 | Version v1
Journal article

31P nuclear-magnetic-resonance studies an the developing embryos of Xenopus laevis

  • 1. Oxford Univ. (UK). Dept. of Biochemistry
  • 2. Oxford Univ. (UK). Dept. of Zoology

Description

The concentrations of nucleoside triphosphate, inorganic phosphate and yolk proteins, phosvitin and lipovitellin, have been monitored in living embryos of Xenopus laevis by 31P nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy. The nucleoside triphosphate levels remain relatively constant at about 3.5 - 4.5 nmol/embryo at least until the 'spontaneous movement' stage of development. By the swimming tadpole stage an inorganic phosphate resonance representing about 30 nmol/embryo becomes evident in the NMR spectrum. Computer manipulation also shows such a resonance, although smaller, to be present at a somewhat earlier developmental stage; these findings are confirmed biochemically. The major contribution to the NMR spectrum of oocytes, unfertilized eggs and early embryos is the yolk phosphoprotein resonance. On isolation of the yolk from the embryos it is possible to quantify the contribution to the NMR spectrum from the lipid-phosphate and protein-phosphate moieties of the yolk proteins. During development, as the yolk is used up, it is found that the protein-phosphate resonance disappears at a greater rate than the lipid-phosphate peak. The total phosphorus content of the embryo (ca. 200 nmol/embryo) is shown biochemically to remain constant during development; however, the total amount of phosphorus observed by NMR decreases by about 40% during development. From the resonance positions of their α, β and γ phosphate groups is is deduced that the nucleoside triphosphate molecules are liganded in vivo to a divalent cation which is not manganese, but could be either magnesium or calcium. From the position of the inorganic phosphate resonance it is deduced that the internal pH of embryos where this resonance is evident is 6.8 +- 0.2. (orig.)

Abstract (German)

Die Konzentrationen von Nukleosid-Triphosphat, inorganischem Phosphat und die der Eigelbproteine Phosphitin und Lysovitellin wurden in lebenden Embryos von Xenopus laevis durch NMR-Spektroskopie mit 31P gemessen. Der Nukleosid-Triphosphatspiegel bleibt zumindest bis zum Entwicklungsstadium der 'spontanen Bewegung' relativ konstant bei etwa 3,5 - 4,5 mol/Embryo. Im Stadium der schwimmenden Kaulquappen zeigt sich im NMR-Spektrum eine inorganische Phosphatresonanz von etwa 30 nmol/Embryo. Der Computer zeigt ausserdem, dass eine derartige, wenn auch schwaechere Resonanz auch in einem etwas frueheren Entwicklungsstadium vorliegt; diese Ergebnisse werden auf biochemischen Weg bestaetigt. Den Haupteil des NMR-Spektrums von Oozyten, unbefruchteten Eiern und Embryos im Fruehstadium bildet die Eigelbphosphorproteinresonanz. Nach der Trennung von Eigelb und Embryo kann der Beitrag des Eigelbs im NMR-Spektrum aus den Lipidphosphat- und Proteinphosphatanteilen der Eiweissproteine quantitativ bestimmt werden. Waehrend das Eigelb im Laufe der Entwicklung verbraucht wird, verschwindet die Proteinphosphatresonanz rascher als das Lipidphosphatmaximum. Durch biochemische Bestimmung wird gezeigt, dass der Gesamtphosphorgehalt des Embryos (ca. 200 nmol/Embryo) ueber die ganze Entwicklung hinweg konstant bleibt; der mit dem NMR - Verfahren beobachtete Gesamtphosphorgehalt nimmt dagegen waehrend der Entwicklung um etwa 40% ab. Aus den Resonanzpositionen der α-, β- und γ- Phosphatgruppen wird der Schluss gezogen, dass die Nukleosidtriphosphatmolekuele in vivo an ein divalentes Kation gebunden werden, und zwar nicht an ein Mangan-, sonder ein Magnesium oder Calciumkation. Nach der Position der inorganischen Phosphatresonanz wird vermutet, dass der innere pH-Wert von Embryos, bei denen diese Resonanz auftritt, bei 6,8 +- 0,2 liegen muss. (orig./AK)

Additional details

Publishing Information

Journal Title
European Journal of Biochemistry
Journal Volume
61
Journal Issue
2
Series
Eur. J. Biochem.
Journal Page Range
387-396
ISSN
0014-2956

Optional Information

Notes
6 figs.; 5 tabs.; 31 refs.; Updated automatically by Metadata and Full-Text Enrichment Agent