Changes in enzyme activity of glycogen and hexose metabolism during oocyte maturation in a teleost,Misgurnus fossilis L.

Summary The oocyte at the end of oogenesis, mature egg and developing embryo of the loachMisgurnus fossilis L.) are characterized by indentical enzyme profiles of the Embden-Meyerhof chain, pentose phosphate cycle and key gluconeogenic enzymes. However, the carbohydrate metabolism in the oocyte differs substantially from that in the embryo.Oocyte maturation is followed by a complete loss of hexokinase (EC2.7.1.1),2-fold decrease of glycogen synthetase (EC 2.4.1.11) and 10-fold increase of glycogen phosphorylase (EC2.4.1.1) activity. This process is correlated with a gradual decrease of the ATP/(ADP+AMP) ratio from 41 to 21 and increase of the Fructose-6-Phosphate/Fructose-1,6-Diphosphate ratio from 0.27 to 2.0. Thus, oocyte maturation involves a number of changes in control mechanisms resulting in cessation of glycogen accumulation and a transition of carbohydrate metabolism from gluconeogenesis to glycogenolysis.

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Zusammenfassung Die Oozyte und das reife Ei vonMisgurnus fossilis L. besitzen die gleiche Enzymzusammensetzung der Embden-Meyerhof Wege, unterscheiden sich aber wesentlich in den Enzymen des Metabolismus des Glykogens und der Hexosemonophosphate. Beim Reifen der Oozyte erfolgt eine 10fache Zunahme der Aktivität der Phosphorylase (EC 2.4.1.1.), völliger Verlust der Hexokinase (EC 2.7.1.1.) und eine wesentliche Abnahme der Glycogensynthetase (EC 2.4.1.11).Das Verhältnis ATP/(ADP+AMP)geht von 4l auf 2-1 zurück, dasjenige von Fructose-6-Phosphat/Fructose-1,6-Diphosphat nimmt von 0,27 auf 2,0 zu.Änderungen der regulatorischen Mechanismen beim Reifen der Oozyte setzen die Geschwindigkeit der Glykogensynthese und Glukoneogenese scharf herab, unterbinden die Ausnutzung der freien Glukose bei der Glykolyse und sichert eine allmähliche Zunahme der Glykogenolyse während der frühen Entwicklung des Embryos.

     

Interconversion of active and inactive forms of phosphorylase and glycogen synthetase in oocytes and embryos of the loach (Misgurnus fossilis L.)

Summary Glycogen synthetase (EC 2.4.1.11) from oocytes and embryos of the loach (Misgurnus fossilis L.) has been found only in the D-form. The intensive glycogen accumulation during oogenesis did not correspond with the glycogen synthetase interconversion in the I-form.In isolated oocytes and embryos of the loach insulin transforms glycogen synthetase into the form which is desensitized for ATP inhibition. Insulin treatment enhancesV _max without affecting theK _m (UDP-glucose) only with an excess of activator—glucose-6-P. Simultaneously insulin treatment converts the phosphorylase (EC 2.4.1.1.) into the latent form.

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Zusammenfassung Eine intensive Anreicherung des Glykogens bei der Oogenese des Schlammpeitzgers (Misgurnus fossilis L.) fällt mit der Umwandlung der Glykogensynthetase (EC 2.4.1.11) in die I-form (aktive) Form des Fermentes nicht zusammen. In den isolierten Oocyten und Embryonen des Schlammpeitzgers wandelt das Insulin die Glykogensynthetase in die Form um, die der Inhibition von ATP gegenüber desensibilisiert worden ist. Das Insulin erhöhtV _max nur bei Überschuß des Aktivators Glu-6-P, bleibt aber ohne Wirkung auf denK _m-Weit für UDP-glucose. Das Insulin wandelt jedoch die Phosphorylase (EC 2.4.1.1) in die latente Form um.

     

Weitere enzymhistochemische und fluoreszenzmikroskopische Studien an den Plexus chorioidei und an der Paraphyse von Rana temporaria L.

Zusammenfassung Die Epithelzellen der Plexus chorioidei ventriculi III und IV und der Paraphyse von Rana temporaria L. zeigen histochemisch eine deutliche Aktivität der Phosphorylase, Glucose-6-Phosphat-Dehydrogenase und Aldolase. Die Aktivität der Uridindiphosphoglucose-Glycogen-Transferase ist im Plexusepithel der Frösche gering. Glucose-6-Phosphatase läßt sich in den Plexus chorioidei und in der Paraphyse von Rana temporaria nicht darstellen. Phosphorylase, Glucose-6-Phosphat-Dehydrogenase und Aldolase zeichnen sich durch ein charakteristisches, verschiedenartiges Verteilungsmuster aus. Der Einfluß von Adrenalininjektionen auf die Aktivität der obengenannten Enzyme des Plexus-und Paraphysenepithels und funktionelle Zusammenhänge mit der gleichzeitig eintretenden Entspeicherung ihres Glykogenvorrats werden erörtert. In fluoreszenzmikroskopischen Untersuchungen mit der Falck-Hillarp Methode läßt sich weiterhin beobachten, daß nach Adrenalingaben im Plexusepithel der Frösche ein Fluorophor auftritt, das bei Kontrolltieren vollständig fehlt. Im Plexusstroma finden sich nur vereinzelt adrenerge Nervenfasern.

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Enzyme histochemical (carbohydrate metabolism) and fluorescence microscopic (biogenic amines) investigations of the choroid plexuses and the paraphysis in Rana temporaria L.

Summary Epithelial cells of the choroid plexuses and paraphysis in Rana temporaria L. show histochemically distinct phosphorylase, glucose-6-phosphate dehydrogenase, and aldolase activities. The uridine diphosphate glucose-glycogen transferase-reaction of the choroid epithelium is very weak, and the glucose-6-phosphatase-reaction of the choroid plexuses and the paraphysis is negative. Choroid plexuses and paraphysis differ in their distribution patterns of phosphorylase, glucose-6-phosphate dehydrogenase, and aldolase activities. Injections of epinephrine into the dorsal lymph sac increase the histochemically detectable activity of phosphorylase, glucose-6-phosphate dehydrogenase and aldolase, and deplete the glycogen stores of the choroid epithelium. After administration of epinephrine into the dorsal lymph sac, intensely fluorescent material is observed in the choroid epithelium with the Falck-Hillarp method. The adrenergic innervation of the choroid plexus of Rana temporaria is sparse.

Mit Unterstützung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft.     

Die saure Phosphatase in Haut und Vagina des Menschen und ihre Bedeutung für die Verhornung

Zusammenfassung Mit Hilfe des Nachweises der Aktivität der sauren Phosphatase wird festgestellt, daß die Topographie dieses Fermentes in der menschlichen Fingerhaut und im Nagelbett different ist. In der menschlichen Vagina ist eine Fermentaktivität nur in den basalen Schichten des Epithels nachweisbar. Die glykogenreichen höheren Zellschichten sind fermentfrei. In menschlichen Warzen ist keine regelmäßige Aktivität nachweisbar.Es kann festgestellt werden, daß kein Zusammenhang zwischen Keratohyalin und der Aktivität der sauren Phosphatase besteht. Die saure Phosphatase ist in der Fingerhaut und im Nagelbett nachweisbar, Glykogen dagegen ist zusammen mit der Phosphatase nicht darzustellen.     

Das Glykogenverteilungsmuster in der Medulla oblongata und in einigen anderen Hirnabschnitten winterschlafender Igel

Zusammenfassung Im Rückenmark und im Gehirn winterschlafender Igel (und Gartenschläfer) wird Glykogen angehäuft. Diese histochemische Beobachtung steht im Einklang mit den Ergebnissen parallel durchgeführter quantitativer Untersuchungen. Die Verteilung des histochemisch nachweisbaren Glykogens (Diastase-Test) wurde in allen Abschnitten des Zentralnervensystems kartographiert. Glykogen findet sich vorwiegend in den folgenden großen Motoneuronen: 1. Motorischen Vorderhornzellen des Rückenmarks, 2. Motoneuronen der Hirnnerven (Medulla oblongata und Mittelhirn), 3. Neuronen des extrapyramidalen motorischen Systems. Glykogen wurde außerdem in einigen großzelligen Kerngebieten des N. statoacusticus und im mesencephalen Trigeminuskern nachgewiesen. Andere Terminalkerne des Hirnstammes sind weitgehend glykogenfrei. Neurone der Großhirnrinde enthalten im Winterschlaf nur geringe Glykogenmengen. In einigen Kerngebieten ist das Glykogen in den Perikaryen, in anderen im Neuropil konzentriert. Eine starke Glykogenanhäufung beobachtet man in ependymalen Tanycyten und Astrocyten. Die Glykogenstapelung geht offenbar mit einer herabgesetzten funktionellen Aktivität des Zentralnervensystems einher. Anstieg der Körpertemperatur hat eine Aktivierung des Winterschlafenden Tieres und eine schnelle Glykogenentspeicherung des Gehirns zur Folge.

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The pattern of glycogen distribution in the medulla and in some other brain regions of hibernating hedgehogs

Summary The spinal cord and brain of hedgehogs and Eliomys quercinus store glycogen during the hibernation period. This histochemical observation is in agreement with parallel in vitro assay on brain material. The distribution of histochemically detectable glycogen (amylase test) was mapped in all divisions of the central nervous system. Glycogen is predominantly localized in large motor neurons such as (1) ventral gray column cells, (2) motor neurons of cranial nerves (medulla, mesencephalon), and (3) neurons of the extrapyramidal system. Glycogen was demonstrated also in some magnocellular sensory nuclei of Nerve VIII and in the mesencephalic nucleus of Nerve V. Other terminal brain stem neurons are nearly devoid of glycogen. Cortical neurons of hibernating hedgehogs contain only a small amount of glycogen. In some nuclear areas glycogen is concentrated in the perikarya, in others within the neuropile. Abundant accumulations of glycogen occur in ependymal gliocytes and astrocytes.Glycogen storage in the nervous system seems to be correlated with a low activity phase. An increase in body temperature leads to an activation of the hibernating animal and to a rapid glycogen depletion.

Mit Unterstützung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft.     

Die Rolle der Phosphorylase im Stoffwechsel der Stärke in den Plastiden

Zusammenfassung Durch Umfällung mit Ammoniumsulfat konnten die zwei, auf Gelelektropherogrammen nachweisbaren Phosphorylasen aus Blättern von Spinacia oleracea und aus unreifen Kotyledonen von Vicia faba getrennt werden. Die im elektrischen Feld langsamer wandernde Phosphorylase von Vicia und Spinat kann in Gegenwart salzhaltiger Medien auf Amyloplasten oder auch an Chloroplasten adsorbiert werden und dort den Aufbau von Stärke aus Glucose-1-Phosphat katalysieren. Das schneller wandernde Enzym aus Vicia faba zeigt diese Adsorption jedoch nicht. Die spezifische Aktivität der an Amyloplasten adsorbierbaren Phosphorylase aus Spinatblättern its in der cytoplasmatischen Fraktion etwa zehnfach höher als in den Chloroplasten. Die synthetisierende Aktivität der langsam wandernden Phosphorylasen wird durch ADP oder ATP nicht beeinflußt, dagegen hemmen sowohl ADP-Glucose als auch UDP-Glucose.Es wird die Möglichkeit diskutiert, daß Phosphorylase nicht nur den Abbau von Stärke katalysiert, sondern auch an ihrer Synthese in den Plastiden beteiligt ist, wenn Photophosphorylierung oder oxydative Phosphorylierung stattfindet.

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The role of phosphorylase in starch metabolism in plastids

Summary Two phosphorylases could be detected on gel-electropherograms of leaf-extracts of Spinacia oleracea and of immature cotyledons of Vicia faba. These two phosphorylases could be separated by means of ammonium sulfate fractionation. Both the slower migrating phosphorylases from spinach and from beans, but not the fast one from beans, could be adsorbed on amyloplasts. This process takes place only when the amyloplasts are suspended in a salt medium. The slow phosphorylases can also be adsorbed on chloroplasts. The specific activity of the amyloplast-adsorbable phosphorylase in spinach leaves is about ten times higher in the cytoplasmatic fraction than in chloroplasts, a fact which suggests that this phosphorylase is localised in the cytoplasma. The addition of ADP or ATP to the reaction mixture had no influence on the synthesizing activity of the slow phosphorylases when they were tested with soluble amylopectin as a primer or while they were adsorbed on amyloplasts. The presence of ADPG and UDPG was inhibitory.The results reported above suggest that phosphorylase could catalyse the synthesis of starch in the plastids when photophosphorylation or oxidative phosphorylation occurs. This starch synthesis could be controlled by the concentration of ADPG. When, on the other hand, the ATP/Pi ratio is low, phosphorylase would be involved in starch breakdown. This reverse reaction is also regulated by the concentration of glucosylnucleotides.

     

Glycogen metabolic enzymes in the skeletal muscles of the developing chick embryo

In the skeletal muscles of the chick embryo from the 10th till the 15th day of embryogenesis, phosphorylase (EC. 2.4.1.1) is represented by two isozymes one of which corresponds, by electrophoretic mobility, to the liver phosphorylase and another to phosphorylase of the skeletal muscles of the adult rat. From the 17th day of embryogenesis on only one isozyme of phosphorylase is found in the skeletal muscles which is identical with that of the skeletal muscles of the adult bird. The isozyme spectrum of phosphorylase of the whole 4 days old embryo contains, besides phosphorylase L, a special "embryonic" isozyme which differs from that of the skeletal muscles by immunochemical characteristics and electrophoretic mobility. From the 10th day of embryogenesis till hatching, the activity of phosphorylase of the skeletal muscles increases more than 50 times and that of glycogen synthetase (EC. 2.4.1.11) only 4 times.     

Control of rat skeletal-muscle phosphorylase phosphatase activity by adrenaline.

Administration of adrenaline to an isolated rat hindlimb preparation rapidly decreased muscle phosphorylase phosphatase (EC 3.1.3.17) activity and increased heat-stable and trypsin-labile phosphatase inhibitor activity. This was associated with increased tissue cyclic AMP concentrations, phosphorylase (EC 2.4.1.1) activation and glycogen synthase (EC 2.4.1.11) inactivation.     

Histochemische,fluoreszenzmikroskopische und experimentelle Untersuchungen am Reizleitungssystem von Goldhamster,Maus und Ratte

Zusammenfassung Im Reizleitungssystem (RLS) von Goldhamster, Maus und Ratte sind nicht nur die oxidativen sondern auch die glykolytischen Enzymaktivitäten geringer als in der Arbeitsmuskulatur. Innerhalb der Reizleitungsmuskulatur überwiegt die Glykolyse. Demgegenüber besitzen Glucose-6-phosphat-Dehydrogenase und lysosomale Enzyme im RLS höhere Aktivitäten als im Myokard. Die Lactat-Dehydrogenase-Isoenzyme verhalten sich in beiden Muskelgeweben weitgehend gleich. Entsprechend dem reduzierten glykolytischen und oxidativen Stoffwechsel ist die Kapillardichte im RLS gering. Die Aktivitäten der Enzyme des Glykogenstoffwechsels laufen in RLS und Myokard in etwa dem Glykogengehalt parallel. Klare artspezifische und regionale Stoffwechselunterschiede fehlen innerhalb der Reizleitungsmuskulatur.Durch hohe cholinerge Nervenfaserdichte zeichnen sich alle Teile des RLS von Goldhamster und Maus aus. Eine dichte adrenerge Innervation ist nur beim Goldhamster im gesamten RLS anzutreffen. Im Mäuseherzen bevorzugen die adrenergen Fasern den Sinusknoten.Im AV-System von Ratten nimmt das Glykogen nach Hypoxie, Katecholamingaben und Hunger ab. Beim Goldhamster tritt überzeugender Glykogenverlust im AV-System nur nach Sauerstoffmangel und Katecholaminapplikation ein.

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Histochemical fluorescence microscopical and experimental investigations on the impulse conducting system of golden hamsters, mice and rats

Summary In the impulse conducting system (ICS) of golden hamsters, mice and rats the activities of glycolytic as well as of oxidative enzymes are lower than in the myocardium. However, in the ICS the glycolytic pathway is relatively more active in comparison with the oxidative metabolism. On the contrary, glucose-6-phosphate dehydrogenase and the lysosomal enzymes activities are higher in the ICS than in the ordinary cardiac muscle. The lactate dehydrogenase isoenzyme pattern is nearly the same in both heart muscle tissues. In agreement with the lowered glycolytic and oxidative metabolism a reduced capillarisation is found in the ICS. The activities of enzymes involved in glycogen metabolism are related to the amount of glycogen in the impulse conducting tissue and working muscle. Within the ICS clear speciesdependent and regional metabolic differences have not been observed.A dense cholinergic innervation occurs in all parts of the ICS of golden hamsters and mice. An overall rich adrenergic innervation is typical only for the ICS of golden hamsters. In the mouse heart, however, the adrenergic nerve fibers prefer the sinatrial node.In the AV system of rats glycogen decreases following hypoxia, catecholamine application and hunger. In the same ICS-region of golden hamsters a marked loss of glycogen can only be produced by hypoxia and treatment with catecholamines.

     

Histochemische und elektronenmikroskopische Beobachtungen über die Glykogenverteilung im Hypothalamus einiger Winterschläfer. (Mit quantitativen Bemerkungen)

Zusammenfassung Die großen Neurone des Nucleus supraopticus und Nucleus paraventricularis des Igels (Erinaceus europaeus L.) sowie anderer winterschlafender Säuger stapeln während der Winterschlafperiode große Glykogenmengen. Dieses Glykogen wurde mit histochemischer und elektronenmikroskopischer Methodik dargestellt (ein Diastase-Test wurde stets durchgeführt). In elektronenmikroskopischen Aufnahmen sind Aggregate der Glykogenpartikel (Durchmesser etwa 160–240 Å) in enger Nachbarschaft des granulären endoplasmatischen Reticulums zu beobachten. Weitere Glykogenpartikel finden sich in der Nähe der zahlreichen Elementargranula des Neurosekretes (Durchmesser 1300–2300 Å) und der sehr deutlichen Anhäufungen elektronendichter Cytosomen (vermutlich Lysosomen). Alle diese Zellbestandteile können elektiv färbbare Neurosekreteinschlüsse vortäuschen (Bern) und so das Bild der besonders intensiv färbbaren Neurosekretsubstanz im Nucl. supraopticus winter-schlafender Igel (Azzali;Suomalainen) erzeugen. In der Nähe der Golgi-Zisternen finden sich in typischer Anordnung auffällige, aus kleinen Vesikeln (Durchmesser etwa 500 Å) bestehende Verbände; die aufgetriebenen Zisternen enthalten aber kein elektronendichtes Material. Alle diese Befunde scheinen für eine relativ geringe Aktivität des Nucl. supraopticus (Stapelung) zu sprechen. — In den Tuberkernen winterschlafender Säuger ist das Glykogen vornehmlich im Neuropil lokalisiert; die Perikaryen dieser Neurone enthalten fast kein histochemisch nachweisbares Glykogen. Im Infundibulum sind große Glykogenmassen in der Nähe der Kontaktzone mit den portalen Kapillaren konzentriert. — Ein Anstieg der Körpertemperatur führt zu einer beträchtlichen Glykogenabnahme in allen Teilen des Hypothalamus; diese Beobachtung steht im Einklang mit quantitativ-chemischen Ergebnissen (in vitro-Analyse des Hirnmaterials). — Die Bedeutung der Befunde wird auf funktioneller Grundlage diskutiert.

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Histochemical and electron microscopic observations on the distribution of glycogen in the hypothalamus of some hibernating mammals. (With quantitative comments)

Summary The large neurons of the supraoptic and paraventricular nuclei of the hedgehog (Erinaceus europaeus L.) and some other hibernating mammals store a great amount of glycogen during the hibernation period. This glycogen was demonstrated by means of histochemical and electron microscopic techniques (an amylase test was always performed). In electron micrographs aggregates of glycogen particles (about 160–240 Å in diameter) are found in close association with the granular endoplasmic reticulum. Other glycogen particles are located near the numerous neurosecretory elementary granules (1300–2300 Å in diameter) and the very abundant accumulations of electrondense cytosomes (presumably lysosomes). All these materials can mimic selectively stainable neurosecretory inclusions (Bern) and thus give the impression that the supraoptic nucleus of hibernating hedgehogs is rich in neurosecretory material (Azzali;Suomalainen). Conspicuous clusters of small vesicles (about 500 Å in diameter) are typically located near the stacks of Golgi cisternae, but the distended cisternae are free of dense material. All of these findings seem to speak in favour of a relatively low activity (storage phase) of the supraoptic nucleus. — In the tuberal nuclei of hibernating mammals glycogen is predominantly localized within the neuropile. The perikarya of these neurons are nearly devoid of histochemically detectable glycogen. In the infundibulum glycogen is concentrated in large masses near the contact area with the hypophysial portal capillaries. — An increase in body temperature leads, in all parts of the hypothalamus, to a remarkable glycogen depletion. This observation is in agreement with quantitative chemical results (in vitro assay on brain material). — The functional significance of these findings is discussed.

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Frau Prof. Dr.Berta Scharrer zugeeignet. Medizinische Doktorarbeit. Mit Unterstützung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft. Herrn Prof. Dr.Paavo Suomalainen, Helsinki, verdanke ich wertvolles Hirnmaterial.     

Histochemische,elektronenmikroskopische und biochemische Untersuchungen über Glykogenanhäufung in reaktiv veränderten Astrozyten der traumatisch lädierten Säugergroßhirnrinde

Zusammenfassung Die Anhäufung von Glykogen in der Großhirnrinde von Goldhamstern und Ratten wurde im Bereich peritraumatischer Astrozytenproliferation histochemisch, elektronenmikroskopisch und biochemisch untersucht.Die elektronenmikroskopischen Befunde ergeben klare Aufschlüsse über zelluläre Lokalisation und morphologische Eigenschaften des Depotkohlenhydrates. Massen von 150–400 Å großen Partikeln lagern im Grundplasma der reaktiven Astrozyten; sie sind nach Behandlung mit Bleihydroxyd (Kontrasterhöhung) deutlich darstellbar. Die Vermehrung dieser Partikel ist bereits nach 24 Std in den perikapillären Fußstücken nachweisbar, breitet sich auf einen Großteil des Cytoplasmas einschließlich der das Neuropil durchsetzenden Fortsätze aus und erreicht nach 1–2 Wochen gewöhnlich ihren Höhepunkt. In mehrere Monate alten Glianarben finden sich filamentfreie Cytoplasmabezirke von astrozytären Faserbildnern, die zahlreiche Polysaccharidpartikel enthalten. Örtliche Beziehungen der Glykogenanhäufungen zum Mitochondrienbest and und zum endoplasmatischen Reticulum lassen sich in den reaktiv veränderten Astrozyten nicht feststellen. Auffällige eigenartige, große Lamellenkörper, in deren Zentrum häufig Glykogengranula konzentriert sind, kommen in den Frühstadien der reaktiven Veränderungen der Astrozyten vor. Diese Lamellenkörper entstehen durch Umformung von Golgizonen.Hirnrindengewebe von Ratten, das umfangreiche peritraumatische astrozytäre Reaktionen aufwies, wurde biochemisch untersucht. Nach Ablauf von 24 Std bis 30 Tagen wurden in diesem Gewebe die Glukose, das freie und gebundene Glykogen, die Milchsäure, die Laktatdehydrogenaseaktrvität, der Gesamtstickstoff und die Proteine bestimmt und mit den Werten des normalen Gewebes verglichen. Als wesentlicher Befund ist ein ansehnlicher Anstieg des gebundenen Glykogens in der alterierten Hirnrinde festzustellen. Der Gehalt an freiem Glykogen bleibt dagegen nahezu unverändert.Als wahrscheinlichste Ursache der Glykogenanhäufung im Perikaryon reaktiver Astrozyten wird eine Störung der metabolischen Beziehung zwischen diesen Gliaelementen und den Nervenzellen in Betracht gezogen. Schädigung und Untergang von Neuronen sowie der nachfolgende Gewebsumbau beeinträchtigen die Funktion der Astrozyten als metabolische Bindeglieder zwischen Nervenzellen und Blutstrombahn. Bei unverminderter Glukosezufuhr wird ein unverwertbarer Teil dieser Substanz in Form von Glykogenoproteiden im Cytoplasma der Astrozyten stark vermehrt abgelagert. Für diese Deutung spricht auch der Anstieg von Laktatwerten bei unveränderter Aktivität der Laktatdehydrogenase in dem Gewebe, das reaktive Makrogliaformen enthält.

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Summary The accumulation of glycogen in reactive astrocytes in the cerebral cortex of syrian hamsters and rats following a trauma was studied with the electron microscope and with histochemical and biochemical methods.The localization of carbonhydrate deposits within cellular components is achieved by electron microscopic techniques. Discrete particles in the cytoplasm of the reactive astrocytes measuring 150–400 Å show a high contrast by lead hydroxide staining. An increase in the number of these particles can be readily demonstrated after 24 hours in the pericapillary pedicles of the astrocytes. In later stages these particles seem to extend in the cytoplasm of the astrocytes and their processes. The accumulation reaches its highest point after 1 to 2 weeks. Several months later in the old scars the filament-free cytoplasmic areas of the fibrous astrocytes are abundantly loaded with polysaccharide particles.Topographic relations of glycogen accumulations to mitochondria and the endoplasmic reticulum were not observed in the reactive astrocytes. The appearance of peculiar, large, lamellar bodies in the early reactive astrocytes is very remarkable. In the center of these bodies a concentration of glycogen granules often occurs. These lamellar bodies are produced by a transformation of Golgi-apparatus.In order to study the biochemical correlates an extensive peritraumatic astrocyte reaction was induced in the cerebral cortex of rats. In the course with a range from 24 hours to 30 days, glucose, free and bound glycogen, lactic acid, lactate dehydrogenase activity, total nitrogen as well as protein in the peritraumatic tissue were determined and compared with the values of the normal tissue. As a significant result a considerable increase of bound glycogen takes place in the altered cerebral cortex. On the other hand, the content of free glycogen remains almost unchanged. As a probable cause of the glycogen accumulation in the perikaryon of the reactive astrocytes, a disturbance in the metabolic interrelationship between these glial elements and neurons is taken into consideration.The alterations of neurons impairs the function of the astrocytes as metabolic connecting links between neurons and blood stream. With continued glucose supply an unutilized part of this substance is stored in the cytoplasm in the form of glycogenproteid. This interpretation is supported by the fact that the lactate values increase without changes of the lactate dehydrogenase activity.

     

Elektronenmikroskopisch-cytochemischer Nachweis von Glykogen beiEimeria perforans

Zusammenfassung An Entwicklungsstadien des KaninchencoccidsEimeria perforans wurden elektronenmikroskopische Untersuchungen über die Darstellung, den Syntheseort und die Lokalisation des Glykogens durchgeführt.Das Glykogen läßt sich nach den bekannten Verfahren der Schnittkontrastierung mit Bleihydroxyd und Kaliumpermanganat elektronenmikroskopisch darstellen. Außerdem gelingen Kontrastierungen des Coccidienglykogens mit Kaliumbichromat, Chromsäure und Rutheniumrot. Nach Einwirkung von -Amylase auf die Schnittpräparate verläuft die Pb(OH)₂-Kontrastierung negativ.Das Glykogen der Makrogamonten und Makrogameten vonE. perforans ist in Cytoplasmaeinschlüssen lokalisiert, die sich mit Osmiumtetroxyd, Phosphor-Wolframsäure und mit Uranylacetat nicht kontrastieren lassen. Die Einschlüsse erscheinen vielmehr nach Behandlung mit diesen Substanzen leuchtend weiß in ihrer elektronendichteren Umgebung. Die Größenausdehnung der Glykogeneinschlüsse hängt von der Darstellungsmethode ab. Die nicht kontrastierten Einschlüsse (nach Osmiumtetroxyd-Fixierung und Nachkontrastierung mit Phosphor-Wolframsäure und Uranylacetat) sind im Durchschnitt 620 m lang und 500 m breit.Der vom Glykogen der Metazoen her bekannte Aufbau aus kugeligen Granula von 20–30 m Größe wird beim Coccidienglykogen nicht beobachtet. Die Glykogeneinschlüsse der Makrogameten enthalten nach der Pb(OH)₂-Kontrastierung längliche Gebilde, die kettenartig miteinander verbunden sind. Da nach den übrigen Darstellungsverfahren andere Strukturen auftreten, ist zu vermuten, daß jeweils andere Komponenten des Coccidienglykogens mit den Kontrastierungsmitteln reagieren. Demnach unterscheidet sich das Glykogen der Coccidien in seinem Aufbau vom Glykogen der Metazoen.Das erste Auftreten des Glykogens wird in jungen Makrogamonten in engem Kontakt mit dem lamellären endoplasmatischen Reticulum beobachtet. Anhäufungen der Kanälchen des endoplasmatischen Reticulum finden sich sowohl in Kernnähe als auch in peripheren Zellbereichen. Die Frage, ob das Glykogen in Kernnähe oder in der Randzone des Makrogamonten synthetisiert wird, ist daher bedeutungslos geworden.Außer in weiblichen Stadien (Makrogamonten, Makrogameten, Zygoten, Oocysten) werden die hellen Glykogeneinschlüsse auch in den Restkörpern der Mikrogamonten angetroffen, bei denen sie auch schon lichtmikroskopisch nachgewiesen worden sind.Über einen Teil der Ergebnisse wurde auf dem I. Internationalen Kongreß für Parasitologie in Rom (21. — 26. 9. 1964) berichtet.Herrn Prof. Dr.R. Danneel, Herrn Prof. Dr.G. Piekarski (Institut für Medizinische Parasitologie der Universität Bonn) und Herrn Prof. Dr.K. E. Wohlfarth-Bottermann danke ich für manche Anregung und Unterstützung. Die Mittel für die Untersuchungen stellte mir die Deutsche Forschungsgemeinschaft zur Verfügung.     

Glycogen synthesis,storage and transport mechanisms in the yolk-sac membrane of the chick embryo

Summary This paper deals with the relationship of structure and function in the yolk-sac membrane (YSM), a living way station between yolk and embryo of the chick. Through its parenchyma (entoderm) cells all yolk substances, either unchanged or enzymatically transformed into simpler metabolites, are transported to the blood of the growing embryo, wherein they are preeminently utilized as building blocks. Since glycogen must be derived from yolk and is readily visualized in entodermal cells (glycogenic cells of Claude Bernard) of the YSM it was chosen as a marker of functional activity.By a combination of methods of cytochemistry, radioautography and electron microscopy, glycogen localization in the entodermal cells and probable mode of glucose transport into the blood has been investigated during the middle third of embryonic life. The principal findings are: (1) Tritiated glucose injected into the yolk sac is incorporated into glycogen granules in the cytoplasm of entodermal cells. The labeled glycogen granules are arranged in circles about yolk spheres (perilipid pattern) and in basal concentrations next to the plasma membrane (basal pattern). These patterns are identical to those obtained by the periodic acid Schiff test. (2) In electron micrographs glycogen commonly appears as tiny packets of rosettes typically disposed in the cytoplasmic matrix between the yolk spheres but not within them. Differences in patterns of glycogen-organelle organization between apex and base of the entodermal cell suggest a state of flux of glycogen in an apical-basal direction, to wit—from initial synthesis and deposition of glycogen in the apical cytoplasm, to an area rich in glycogen deposits associated with agranular ER, to a basal area of glycogen, ready for breakdown into glucose and transport to blood.Between the glycogen of the basal cytoplasm and the blood of the venous capillary is an ultrastructural complex of perivascular spaces and cell surface membranes having micropinocytic vesicles that are seemingly adapted for the transport of glucose or other metabolites to the blood as well as for the exchange of substances between the entodermal cells and the embryo. As to the mode of uptake of yolk substances from the yolk sac into the entodermal cells, it has been established for the first time thatwhole yolk spheres of different kinds are engulfed by the coalescence of the edge of a cup-shaped fold of the plasma membrane. Pinocytic vesicles of the cell surface membrane seem to provide devices for the uptake of soluble yolk substances.

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Zusammenfassung Diese Arbeit handelt über Struktur und Funktion der Dottersackmembran des Hühnchens. Alle Dottersubstanzen werden, entweder unverändert, oder aber durch enzymatische Reaktionen in einfachere Metaboliten umgewandelt, durch die Entodermzellen der Dottersackmembran dem Blut des Embryos zugeführt. In dieser Arbeit wurde Glycogen als Markiersubstanz der Aktivität verwendet, weil Glycogen aus Dotter abgeleitet ist und in Entodermzellen ohne weiteres nachweisbar ist.Die Lokalisation von Glycogen in den Entodermzellen und der wahrscheinliche Weg des Glucosetransports in das Blut wurde während des mittleren Drittels der Embryonalperiode untersucht mittels cytochemischen, radioautographischen und elektronenoptischen Methoden. Folgende Ergebnisse wurden erzielt: 1. In den Dottersack injizierte, tritium-markierte Glucose wird in Glycogenkörner des Entoderm-Cytoplasmas inkorporiert. Die markierten Glycogenkörner wurden in zwei Anordnungen gefunden: kreisförmig um Dotterkugeln herum, und konzentriert in der Nähe der Basalmembran. Dieselben Anordnungs-Muster wurden auch durch den Periodsäure-Schiff-Nachweis gefunden. 2. Elektronenmikroskopie zeigt das Glycogen in kleinen Rosetten zwischen den Dotterkugeln. Unterschiede im Muster der Glycogen-Organisation zwischen Apex und Basis der Entodermzellen machen es wahrscheinlich, daß Glycogen zunächst im apikalen Cytoplasma synthetisiert und eingelagert wird, sodann in eine glycogenreiche Zone des agranulären Reticulums und schließlich zur Basis der Entodermzellen verschoben wird, wo der Abbau zu Glucose und Transport ins Blut stattfinden. Zwischen dem Glycogen des basalen Cytoplasmas und dem Blut der venösen Kapillaren besteht ein submikroskopischer Komplex von perivaskulären Räumen und Zellmembranen mit mikropinozytären Bläschen, die offenbar für den Transport von Glucose und anderen Metaboliten ins Blut, aber auch für den Austausch von Substanzen zwischen Entodermzellen und Embryo adaptiert sind. Es wurde zum erstenmal gezeigt, daß bei der Aufnahme von Dottersubstanzen in die Entodermzellenganze Dotterkugeln verschiedener Art umschlungen werden, und zwar durch das Zusammenfließen des Randes von schalenförmigen Falten der Plasmamembran. Pinozytäre Bläschen der Zellmembran scheinen verantwortlich zu sein für die Aufnahme von löslichen Dottersubstanzen.

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Supported by contract AT(30-1)-2194 from the U.S Atomic Energy Commission.     

Changes in glycogen metabolism in chick embryo liver in relation to the formation of glycosomes]

In the chick embryo liver the portion of granular glycogen increases from 15 to 90% of the total content during the period from the 8th till the 14th days of developments. The activity of glycogen synthetase (KF 2.4.1.11) localized in the fraction of granular glycogen increases from 40 to 90% of the total activity in the 18 days old embryo. The activity of phosphorylase (KF 2.4.1.1) is detected in the granular glycogen of the liver only on the 12th day of development (10% of the total activity) and increase up to 80% on the 19th day of development. The maximal activation of glycogen synthetase and phosphorylase is noted after the glycosomes of formation in the developing embryoliver. A suggestion is put forward to the effect that the process of glycosome formation is a factor of the control of glycogen synthetase and phosphorylase activity.     

Die Glandulae rectales (Proctodaealdrüsen) beim Kaninchen

Zusammenfassung Die Glandulae rectales vom Kaninchen sind tubulöse Drüsen. Das einschichtige hochzylindrische Epithel der Drüsenschläuche enthält sudanophile Tröpfchen. Glykogen und Mucosubstanzen konnten nicht nachgewiesen werden. Die Apices der Drüsenzellen weisen blasen- oder kuppelförmige Protrusionen auf, die abgeschnürt werden. Interzelluläre Sekretkanälchen fehlen.Ferner wurden eine Reihe von Oxydoreduktasen aus der Glykolysekette, dem Citronensäurezyklus, der Atmungskette sowie NADPH₂ liefernde Enzyme und Hydrolasen mit histochemischen Methoden lokalisiert. Das Drüsenepithel ist mit hohen Aktivitäten der glykolytischen Dehydrogenasen und der Enzyme G-6-PDH und NADP-IDH ausgestattet. In den Drüsenzellen konnte außerdem eine starke Aktivität der unspezifischen sauren Phosphatase lokalisiert werden.

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The glandulae rectales of the rabbitLight microscopical and histochemical investigations

Summary The rabbit rectal gland consists of tubuli. The secretory cells are columnar elements with prominent apical cytoplasmic caps and protrusions extending into the glandular lumen. The cells contain relatively large lipid droplets but no mucosubstances. Intercellular canaliculi are absent from the rabbit rectal gland epithelium. The glands were also investigated histochemically. The following enzymes were demonstrated and localized: Oxydo-reductases of glycolysis, of the citric acid cycle, the respiratory chain and the pentosephosphat shunt; furthermore hydrolases and glycosidases. The glandular cells show a high level of activity of glycolytic oxydo-reductases and of enzymes yielding NADPH₂. Only relatively low activity, however, was found of the dehydrogenases of the citric acid cycle. In addition we noticed a strong granular activity of non-specific acid phosphatase in the glandular epithelium.

Mit dankenswerter Unterstützung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (Ku 210/2).     

Die Schreckstoffzellen von Phoxinus phoxinus und Morulius chrysophakedion (Cyprinidae,Ostariophysi, Pisces)

Zusammenfassung Die Untersuchung der Histochemie und der Ultrastruktur der Schreckstoffzellen von Phoxinus phoxinus und Morulius chrysophakedion (Cyprininae, Cyprinidae, Cypriniformes, Ostariophysi) führte zu übereinstimmenden Ergebnissen. Unmittelbar perinucleär sind Ribosomen, Mitochondrien und ein Golgikomplex nachweisbar, von dem ein Netzwerk tubulärer Systeme ausgeht. Histochemisch sind in unmittelbarer Kernnähe gelegentlich Glykogengranula, stets ein deutlicher RNS-Gehalt und die Aktivitäten der Succinatdehydrogenase, der Lactatdehydrogenase, in einigen Zellen der Glucose-6-phosphat-dehydrogenase darstellbar. Im gesamten Cytoplasma der Schreckstoffzelle ist die Aktivität der Leucinaminopeptidase vorhanden, deren Maximum ebenfalls in Kernnähe vorliegt. Nur im kernfernen Cytoplasma wurden Proteine und diastaseresistente Polysaccharide nachgewiesen. Aus den Ergebnissen geht hervor, daß die Schreckstoffzellen sekretorisch tätig sind; vermutlich handelt es sich bei dem spezifischen Sekret um ein kleinmolekulares Protein.

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The alarm substance cells of Phoxinus phoxinus and Morulius chrysophakedion (Cyprinidae, Ostariophysi, Pisces)Histochemical and electron microscopical study

Summary The histochemical studies of the alarm substance cells from Phoxinus phoxinus and Morulius chrysophakedion (Cyprininae, Cyprinidae, Cypriniformes, Ostariophysi) are in total agreement with the results of the ultrastructural investigations. Perinuclear ribosomes, mitochondria, and a golgi complex are demonstrated. A tubular network radiates from the golgi complex. Histochemically, glycogen granula can occasionally be demonstrated in proximity to the nucleus. Consistently a strong RNA reaction as well as succinic-dehydrogenase activity, lactic-dehydrogenase activity, and in some cells glucose-6-phosphatedehydrogenase activity can be shown. In the cytoplasm of the alarm substance cell leucyl-aminopeptidase activity exists; its maximum lies in vicinity of the nucleus. Proteins and diastase-resistant polysaccharides are found only in cytoplasm not directly adjacent to the nucleus. The results indicate that the alarm substance cells show a secretory activity. It is assumed that the specific secrete is a protein of low molecular weight.

Mit Unterstützung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft.     

Proteolytic activity in the digestive tract of the water scorpionLaccotrephis maculatus Fabr., (Nepidae: Hemiptera)

An attempt has been made to investigate the activity of different proteolytic enzymes in the extract of the digestive tract ofLaccotrephis maculatus which is predatory in habit. A pepsin-like activity is absent. But, however, the proteolytic activity in the extracts occurs between pH range 4.0 to 10.0 and there are two peaks of activity, one occurring at pH 5.0 and the other at pH 8.5. These activities respectively correspond to catheptic and tryptic activities occurring in the digestive tract of mammals.

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Proteolytische aktivität im verdauungskanal vonLaccotrephis maculatus, dem wasserskorpion (Nepidae: Hemiptera)

Zusammenfassung Es wurde der Versuch gemacht, die Aktivität verschiedener proteolytischer Enzyme des Verdauungskanals vonLaccotrephis maculatus zu untersuchen, welcher räuberisch lebt. Eine pepsinartige Aktivität fehlt. Doch liegt die proteolytische Aktivität in den Extrakten zwischen pH 4,0 und 10,0, wobei zwei Aktivitätsgipfel auftreten, einer bei pH 5,0 und der andere bei pH 8,5. Diese Aktivität korrespondieren mit den katheptischen und tryptischen Aktivitäten, die im Verdauungskanal der Säuger auftreten.

     

Histologische Untersuchungen über die Bedeutung des Ependyms,der Glia und der Plexus chorioidei für den Kohlenhydratstoffwechsel des ZNS

Zusammenfassung Sowohl im ZNS des Acraniers Amphioxus als auch im Gehirn von Vertretern aller Wirbeltierklassen einschließlich des Menschen gelingt es, mit cytochemischen Methoden Glykogen nachzuweisen. Kohlenhydrat ist das wichtigste Brennmaterial der Ganglienzelle. Glykogen kommt vor sowohl in den Ganglien-, als auch in den Ependym- und Gliazellen. Aus der mengenmäßigen und topischen Glykogenverteilung und aus histochemischen Reaktionen wird geschlossen, daß Ependym- und Gliazellen durch ihre aktive Leistung die Ganglienzelle mit Kohlenhydrat versorgen. Der Stoffaustausch zwischen den Ganglienzellen und den versorgenden Zellen wird in dem lichtoptisch nicht mehr auflösbaren Bereich vermutet, der lückenlos neben den feinsten neuritischen und dendritischen Verzweigungen ebensolche Elemente der Glia- und Ependymzellen enthält. Das in diesem Feld nachweisbare Glykogen ist somit intrazellulär. Eine Grundsubstanz kann elektronenmikroskopisch nicht nachgewiesen werden. Die Stärke der alkalischen Phosphatasereaktion geht hier parallel mit der nachweisbaren Glykogenmenge.Nimmt man das Glykogen als Indikator, so lassen sich phylogenetische, ontogenetische und jahreszyklische Unterschiede in der Stoffwechsellage des Gehirns feststellen.Das Gehirn der Cyclostomen, Fische und Amphibien ist reicher an Glykogen als das Gehirn der Reptilien, Vögel und Säuger.Im embryonalen Säugergehirn kann man mit histologischen Methoden in der Regel mehr Glykogen nachweisen als im adulten Gehirn.Das Gehirn winterstarrer Anuren (Rana temporaria, Rana esculenta) und winterschlafender Säuger (Erinaceus europaeus, Myoxus glis) ist wesentlich reicher an Glykogen als das von Sommertieren.Bei winterschlafenden Säugern füllt sich auch der sonst bei adulten Säugern glykogenfreie Plexus chorioideus mit Glykogen. Der embryonale Säugerplexus ist glykogenreich und verliert das Glykogen etwa 2–4 Wochen nach der Geburt; es gibt hier artbedingte Unterschiede. Die Plexus chorioidei der Cyclostomen, Fische und Amphibien enthalten auch bei adulten Tieren während des ganzen Jahres Glykogen.Ein phylogenetischer Unterschied besteht hinsichtlich der Glykogenverteilung auf das Ependym und die gliösen Astrocyten. Das Ependym des Acraniers Amphioxus und der Cyclostomen, Fische und insbesondere der Amphibien ist außerordentlich glykogenreich. In den dickeren Abschnitten der Gehirnwand beobachtet man aber bereits bei Fischen und Amphibien glykogenhaltige Endfüße der Gliazellen. Bei Reptilien verschiebt sich diese Entwicklung noch weiter zugunsten der Glia, bis bei Vögeln und Säugern das Ependym seine Stoffwechselpotenzen weitgehend eingebüßt hat. Aus der hochzylindrischen, mit einem Fortsatz ausgestatteten Ependymzelle ist eine kubische, mehr an ein Deckepithel erinnernde Zelle geworden.Infolge der Dickenzunahme der Gehirnwand reicht offensichtlich die ependymale Versorgung der nervösen Substanz nicht mehr aus. Gleichzeitig mit der mächtigen Entfaltung des Gefäßbaumes erfahren die Gliazellen eine starke Vermehrung. Der ursächliche Faktor für diesen Umdifferenzierungsvorgang ist im Wachstum des Gehirns zu erblicken.Solange noch die ependymale Versorgungsweise die Hauptrolle spielt, muß auch der Plexus funktionell eine andere Bedeutung haben. Bei Fröschen erfüllt der Plexus offensichtlich die Rolle eines Glykogendepots. Durch Adrenalinzufuhr wird dieses Glykogen mobilisiert. Gleichzeitig wird das Glykogen in den Ependymzellen angereichert. Die Ependymzellen des Frosches geben im Gegensatz zum Säugerependym eine starke alkalische Phosphatasereaktion und sind offensichtlich zur Glucoseresorption befähigt.Im Zusammenhang mit der wechselnden Glykogenmenge im ZNS wurden die biologischen Faktoren diskutiert, die einen Einfluß auf den Kohlenhydratstoffwechsel haben.Durchgeführt mit dankenswerter Unterstützung der Deutschen Forschungsgemeinschaft.     

Untersuchungen zur Aufnahme und Umwandlung C14-markierter Phenole durch die Pflanze

Zusammenfassung Die Aufnahme durch die Wurzeln und die Verteilung der Aktivität von Carboxyl-C¹⁴-markierter p-Hydroxybenzoesäure, Vanillinsäure sowie Syringasäure wird bei Weizenkeimpflanzen unter sterilen Bedingungen untersucht. Die Versuchsanordnung zur Sterilisation der Samenkörner und sterilen Anzucht wird beschrieben.Die applizierten Phenolcarbonsäuren werden von den Pflanzen aufgenommen, und die Aktivität verteilt sich über die gesamte Pflanze. Aus den Autoradiogrammen der Pflanzen und der Aktivitätsverteilung ist zu sehen, dass die markierten Verbindungen im Sproß besonders in den während der Inkubationszeit gebildeten Organen angereichert sind. Eine Verlängerung der Inkubationszeit führt zu einer vermehrten Aufnahme der markierten Phenolcarbonsäuren in die Pflanze. Die Aufnahme in die Wurzel und die Verlagerung in den Sproß erfolgt maximal bei einem pH-Wert der Nährlösung, der dem pK-Wert der applizierten Substanz entspricht. Aus den Carboxyl-C¹⁴-markierten Phenolcarbonsäuren wird von den Pflanzen ein relativ hoher Anteil an markiertem Kohlendioxid freigesetzt, wobei zwischen dem in die Pflanze aufgenommenen Anteil und dem freigesetzten markierten CO₂ eine Relation besteht. Mit zunehmender Zahl der Sauerstoff-funktionen am aromatischen Ring läuft eine erhöhte Abspaltung der Carboxylgruppe parallel. Eine Erhöhung der Lichtintensität führt zu einer höheren Aufnahme in den Sproß und zu einer erhöhten Abspaltung der Carboxylgruppe.     

Chemomorphologie der Glykogensynthese und des Glykogengehalts während der Histogenese der Leber

Zusammenfassung In der Leber des Goldhamsters wird ab dem 11. Entwicklungstag bei zunehmender Aktivität der UDPGGT Glykogen gespeichert. Vom 14. Entwicklungstag an werden die Parenchymbereiche um die afferenten Gefäße durch die UDPGGT-Aktivität markiert. Hierdurch ist eine chemomorphologische Möglichkeit gegeben, die Bildung der Primärläppchen zu verfolgen. Erst postnatal, ab dem 3. Entwicklungstag entstehen innerhalb der primären die Sekundärläppchen, deren Ausbildung zunächst durch Parenchymturbulenzen im Quellgebiet einer Zentralvene gekennzeichnet ist. Die Sekundärläppchen zeigen eine periportale UDPGGT-Aktivität und eine bevorzugt zentrale Glykogeneinlagerung.

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Chemomorphology of glycogen synthesis and glycogen content during the histogenesis of the liver

Summary In the liver of the golden hamster from the 11^th day of development glycogen is stored at increasing activity of UDPGGT. At the 14^th day of development the parenchymal areas around the afferent vessels are marked by this enzyme. By this a chemomorphological possibility is given to study the formation of the primary lobules. Not before the 3^rd day of postnatal development, inside the primary lobules the secondary ones are formed. At the beginning, turbulences of the parenchyma around the central veins are to be seen. The secondary lobules show a periportally situated UDPGGT-activity and an accumulation of glycogen in the central areas.

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Mit Unterstützung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft.