The Structure of the erythrocyte membrane

Zusammenfassung Neuere Resultate physikochemischer und chemischer Untersuchungen an Erythrozytenmembranen und Stromaproteinen, welche zum Teil im Widerspruch zur «unit-membrane»-Theorie stehen, werden diskutiert. Die Folgerungen aus diesen Ergebnissen werden anhand von vier kürzliche vorgeschlagenen Strukturmodellen dargelegt, wobei folgende gemeinsame Gesichtspunkte wesentlich erscheinen: 1. mosaikartige Untereinheitenstruktur biologischer Membranen; 2. Membranproteine als wesentliche Träger und Organisatoren der Membranstruktur; 3. völliges Durchdringen der Proteine durch die Membran; 4. hoher -Helix-Gehalt der Membranproteine; 5. hohe Anteile hydrophober Wechselwirkungen zwischen Proteinen und Lipoiden.     

Modification of ionic membrane currents of ranvier nodes by UV-radiation under voltage clamp conditions

Zusammenfassung Die Wirkung ultravioletter Strahlung von 280 nm Wellenlänge auf die Ionenströme der Membran des Ranvierschen Schnürringes wurde im «voltage clamp»-Verfahren gemessen. Die «Kanäle» für Natrium werden im Sinne eines Ein-Treffer-Ereignisses blockiert. Die daraus resultierende Herabsetzung des maximalen Natrium-Einstromes ist eine Exponentialfunktion der Bestrahlungsdosis. Der Kaliumstrom wird bei dieser Wellenlänge nur wenig beeinflusst.

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Supported by Deutsche Forschungsgemeinschaft, Sonderforschungsbereich 38 Membranforschung.     

The mechanism of action of glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase

Zusammenfassung Zur Erforschung des Wirkungsmechanismus einer komplexen Enzymreaktion vom Typus der GAPD können die mit der Wirkung dieses Enzyms verknüpften hypokatalytischen Vorgänge gewisse Anhaltspunkte geben. Als hypokatalytische Vorgänge werden die Reaktionen bezeichnet, die durch einen Teil des natürlichen aktiven Enzyms GAPD auf unspezifische Substrate ausgeübt werden. Auf Grund der Analyse einer solchen Reaktion, d. h. der Hydrolyse desp-NPA durch GAPD, wird die natürliche Funktion des Enzyms diskutiert.Während der Hydrolyse desp-NPA wird die-Aminogruppe eines Lysinrestes der GAPD spezifisch acetyliert, die möglicherweise einen Teil des Bindungsortes der GAPD bildet.Auf Grund unserer Experimente und mit Hinblick auf frühere Publikationen anderer Forscher wird ein mögliches Modell des aktiven Bereichs der GAPD vorgeschlagen.     

Effects of local anesthetics on resting potential of myelinated nerve fibres

Zusammenfassung Das Ruhepotential von markhaltigen Nervenfasern des Frosches wird mit einer neuen Methode fortlaufend registriert. 1 mM Procain in Ringer erhöht es rasch um 0,5 mV. Nervenfasern in katelektrotonischem Zustand werden durch die gleiche Procainlösung um 1,5 mV depolarisiert, unter Anelektrotonus wird ihr Ruhepotential hingegen durch Procain nicht verändert. Diese Resultate lassen sich unter der Annahme erklären, dass Procain vorwiegend auf das Na-Überträgersystem im Sinne einer Verminderung der Na-Permeabilität wirkt.     

Chemical modifiers of passive ion permeability of the erythrocyte membrane

Zusammenfassung In der vorliegenden Arbeit wird ein Überblick über die Probleme gegeben, die bei der Interpretation der Wirkung von Substanzen auftreten, welche die passive Ionenpermeabilität der Erythrozytenmembran beeinflussen. Dabei wird besonderes Gewicht auf Hemmstoffe der Anionenpermeabilität gelegt.1-Fluoro-2,4-Dinitrobenzol (DNBF) und 5-Methoxy-2-Nitrotropon (MNT) können mit Aminogruppen kovalente Bindungen eingehen. Beide Substanzen werden von der Erythrozytenmembran irreversibel gebunden. Sie hemmen die Permeabilität für Anionen und steigern sie für Kationen. Die Wirkung des MNT auf die Kationenpermeabilität wird allerdings nur sichtbar, wenn es zusammen mit einer nahezu hämolytischen Menge an Äthanol dem Inkubationsmedium zugesetzt wird. Die Beobachtungen stehen im Einklang mit der Hypothese, dass die Erythrozytenmembran ein Anionenaustauscher ist, in dem Aminogruppen als Träger der positiven Festladungen vorhanden sind.Schwieriger lässt sich die Hemmwirkung einer Reihe von Stoffen erklären, die nicht mit Aminogruppen reagieren können. Dinitrophenol und Benzoat hemmen den Sulfationenfluss nichtkompetitiv, ohne dabei eine Steigerung des Kaliumeffluxes herbeizuführen. Auch aliphatische Verbindungen, darunter primäre Alkohole und Amine, können die Anionenpermeabilität vermindern, wobei bereits ein deutlicher Hemmeffekt auftritt, bevor der Kaliumefflux vergrössert wird. Die einzige Gemeinsamkeit dieser chemisch sehr heterogenen Gruppe an Hemmstoffen ist der polar-apolare Charakter ihrer Moleküle, was zu einer Anreicherung dieser Stoffe an Grenzflächen zwischen Lipid und Wasser führen sollte.Die Beziehung zwischen Sulfatpermeabilität und Hemmstoffkonzentration lässt sich mit Hilfe einer einfachen, aus der Enzymkinetik bekannten Formel beschreiben. Zwischen dem gemessenen Sulfatfluss und der aufgrund der Festladungshypothese berechneten Sulfatkonzentration in der Membran besteht ein exponentieller Zusammenhang, der durch eine empirische Gleichung wiedergegeben werden kann. Mit Hilfe dieser Gleichung lässt sich der Anionenfluss auch in Gegenwart eines Hemmstoffes (Phenol) beschreiben, wobei sich nur eine der beiden empirischen Konstanten erheblich ändert.Die geschilderten Ergebnisse legen die Vermutung nahe, dass die Anionen bei der Penetration durch die Erythrozytenmembran mindestens zwei verschiedene, hintereinander geschaltete Permeabilitätsbarrieren überwinden müssen.     

Comparative study of sleep cycles in rodents

Zusammenfassung Bei Nagetieren (Kaninchen, Ratte, Maus) vergleichbarer Gehirnorganisation sind die Schlafcyclen, die durch regelmässiges Alternieren von (a) generalisierter langsamer unregelmässiger hochvoltiger Aktivität und (b) neokortikaler Desynchronisierung und regelmässiger hippocampaler -Aktivität charakterisiert sind, um so schneller, je kleiner die Tiere sind. Dies zeigt, dass der Mechanismus des Alternierens der Schlafphasen von Stoffwechselfaktoren, die im unteren Teil des Hirnstammes liegen, kontrolliert ist.     

The filling mechanism of the swimbladder

Zusammenfassung Es wird gezeigt, dass die Erzeugung der hohen Gasdrucke, welche in der Schwimmblase von Tiefseefischen beobachtet werden, durchVervielfachung bekannter Konzentrier-Einzeleffekte in der durch das rete mirabile gegebenen Haarnadelgegenstromvorrichtung möglich ist.Der Konzentrier-Einzeleffekt — eine kleine Erhöhung der Gaskonzentration in den afferenten relativ zu benachbarten efferenten Kapillarelementen — dürfte bei allen Gasen durch eine geringe Erhöhung der Elektrolytkonzentration (Aussalzwirkung) zustande kommen.Im Falle von Sauerstoff überlagern sich der Aussalzwirkung bei Zusatz von Milchsäure die durch pH-Verschiebung bedingten Bohr- und Rooteffekte, wobei die Substanzen dem Blut am Scheitel des rete durch die dort befindliche Drüse zugefügt werden.Auf Grund der vorliegenden Berechnungen, die sich auf die beim Aal gegebenen Verhältnisse stützen, würde eine relative Erhöhung des Salzgehaltes um 0,02M/I im Falle von Stickstoff einen Einzeleffekt erzeugen, aus welchem infolge der durch das rete bewirkten Vervielfachung ein Partialdruck von etwa 25 Atm N₂ aufgebaut werden könnte.Eine relative Erhöhung des Milchsäuregehaltes in den efferenten Kapillaren um 45 mg% (beim Aalin vivo experimentell bestätigt) müsste für Sauerstoff einen Einzeleffekt hervorbringen, der bis zu Enddrucken von 3000 Atm multipliziert werden kann. Die genaue Analyse lässt in diesem Fall erkennen, dass bei niedrigen Partialdrücken der Bohr- und Rooteffekt, und nach Erreichung hoher O₂-Drücke, der Aussalzeffekt den im Gegenstrom vervielfachten Einzeleffekt bildet.Es wird ein Modellversuch beschrieben, bei welchem die Anreicherung eines Gases durch Vervielfachung des Aussalzeffektes in einer Gegenstromvorrichtung tatsächlich durchgeführt wurde.Es wird weiter darauf hingewiesen, dass der Vorgang im Gesamteffekt einenaktiven Transport darstellt und es wird die Herkunft der für einen solchen Vorgang benötigten freien Energie durch eine thermodynamische Betrachtung aufgezeigt.Im übrigen wurde versucht, die allgemeinen Prinzipien der Gegenstrom-Multiplikation verständlich zu machen, und bestehende Theorien über die Gaskonzentrierung in der Schwimmblase wurden im Lichte dieser Erkenntnisse einer sachlichen Diskussion und Kritik unterworfen.     

Uracil metabolism inNeurospora crassa

Zusammenfassung Der Pyrimidinbedarf derNeurospora crassa-Mutante Pyr-1 (263) kann durch alle beim reduktiven Abbau des Uracils durchlaufenen Zwischenprodukte, mit Ausnahme des -Alanins, zum Teil befriedigt werden, nämlich durch -Ureidopropionsäure, Dihydrouracil und Uracil. WildwachsendeNeurospora speichert nach Zulage von Uridin in der Nährlösung -Ureidopropionsäure und Dihydrouracil, aber nicht bei Abwesenheit von Uridin. Aus diesen Feststellungen folgt, dass der reduktive Umbau des Uracils je nach den Konzentrationsverschiebungen in der Nährlösung im aufbauenden oder im abbauenden Sinne verlaufen kann.     

Native fluorescence and hallucinogenic potency of some amphetamines

Zusammenfassung Die native Fluoreszenz einiger Methoxy-und Bromomethoxyamphetamine wurde bestimmt. Da die Fluoreszenz eines Moleküls zum Teil von der Energie seiner-Elektronen abhängig ist und die Stärke der halluzinogenen Aktivität dieser Verbindungen in einer positiven Beziehung zu ihrer HMP-Energie steht, wurde die Intensität der Fluoreszenz mit der Stärke der halluzinogenen Aktivität in Beziehung gebracht.     

On the binding of gelatine to modified serum proteins through formaldehyde in an experimental blood volume expander

Zusammenfassung Beim Formolieren und Erhitzen einer Mischung von Rinderserum und teilweise abgebauter Gelatine wird ein Teil der Gelatine kovaliert an die Moleküle des bei diesem Prozess modifizierten Serums gebunden. Die Trennung der noch freien von der an die Serumproteine gebundenen Gelatine konnte durch Gelfiltration mit Sephadex G 200 und durch fraktionierte Fällung mit Trichloressigsäure erreicht werden.     

The effect of temperature on nuclear permeability

Zusammenfassung Die relative Transportgeschwindigkeit von kolloidalem Gold durch die Membran des Zellkerns verringert sich, wenn die Temperatur von 34° auf 10°C herabgesetzt wird. Ein ähnlicher Temperatureffekt darf für den Transport von Ribonukleoproteinen angenommen werden, da diese Substanzen denselben Weg benützen wie kolloidale Teilchen. Werden die Zellen bei 2°C inkubiert, so machen sich Anzeichen einer Zerstörung der Kernmembrane bemerkbar. Die beobachteten Konzentrationsunterschiede von kolloidalem Gold innerhalb des Kernplasmas konnten nicht durch Grössenänderungen der Zentralkanäle in den Kernporen erklärt werden.     

The metabolism of glutethimide (Doriden®)

Zusammenfassung In diesem Übersichtsreferat werden die Stoffwechselstudien mit dem Schlafmittel Doriden^® (-Phenyl--äthyl-glutarimid) geschildert, wobei alle bisher erzielten, teilweise noch nicht veröffentlichten Resultate zusammengefasst sind. Die Untersuchungen wurden an Ratten und Hunden mit Hilfe von¹⁴C-markierter Substanz durchgeführt, speziell im Hinblick auf die Abklärung der Resorption, Verteilung, Ausscheidung und Struktur der Metaboliten des Wirkstoffes. Es wurde gefunden, dass Doriden nach der Resorption in kurzer Zeit praktisch quantitativ in Form von Metaboliten im Harn ausgeschieden wird. Diese bestehen zu mehr als 90% aus Glucuroniden, welche untoxisch sind und keine sedative Wirkung mehr besitzen. Aus der Strukturaufklärung der isolierten Stoffwechselprodukte ging hervor, dass Doriden nach zwei verschiedenen biochemischen Mechanismen metabolisiert wird, und es konnte gezeigt werden, dass dies auf den verschiedenen Stoffwechsel der beiden Antipoden von -Phenyl--äthyl-glutarimid zurückzuführen ist. Versuche mit Gallenfistelratten liessen erkennen, dass 70% der Glucuronide über die Galle und 30% direkt renal ausgeschieden werden. Bei einer solchen Versuchsanordnung konnte eine biologische Halbwertszeit von Doriden von 6,5 h bestimmt werden. Verteilungsstudien mit¹⁴C-markiertem Doriden und mit markierten Glucuroniden nach oraler und parenteraler Gabe liessen erkennen, dass sich Doriden ähnlich wie die ultrakurzwirksamen Barbiturate verhält, indem es eine ausgesprochene Affinität zu lipoidem Gewebe aufweist. Die Glucuronide dagegen sind aus dem Magen-Darm-Trakt bedeutend schlechter resorbierbar, zeigen keine Affinität zu lipoiden Organen und werden — einmal im Blut angelangt — durch die Niere rasch und vollständig eliminiert.

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Registered Trade Mark.

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H. Keberle published previously under the name ofJ. Kebrle.     

The denaturation of proteins: Two state? Reversible or irreversible?

Zusammenfassung Untersuchungen der Denaturie-rungsvorgänge sind für ein Verständnis der Proteinstruktur und -funktion von grosser Bedeutung. Es werden Methoden besprochen, die am ehesten geeignet sind, die Fragen zu beleuchten, ob die Denaturierung einen Zwei-Formen-Prozess darstellt und ob sie reversibel oder irreversibel ist. Sie werden an Beispielen der Harnstoffdenaturierung genetischer Varianten des Rinder--Lactoglobulins erläutert. Es wird ausserdem erörtert, in wieweit sich die Schlussfolgerungen auf die Denaturierung anderer Proteine übertragen lassen.     

Presynaptic effect of the neuro-muscular transmitter

Zusammenfassung Nach transversaler Durchschneidung der Muskelfasern des isolierten Rattenzwerchfelles auf jeder Seite der Endplattenregion wurde die elektrische Aktivität im stimulierten Nervus phrenicus nach Zusatz von Prostigmin, DFP und zum Teil auch Acetylcholin studiert. Die orthodromen Nervenimpulse wurden von antidromer Aktivität im Nerv gefolgt, auch dann, wenn durch Demarkationsvorgänge das Ruhepotential des Muskels bis auf 20 mV heruntergebracht und die elektrische Aktivität im Muskel gelöscht war. Dies scheint für eine praesynaptische Wirkung des Acetylcholins zu sprechen.     

Chemical approaches to intermediates of enzyme catalysis

Zusammenfassung Die Untersuchung von Enzymsubstratkomplexen auf katalyse-induzierte Änderungen der chemischen Reaktivität hat sich als ein aufschlussreicher experimenteller Zugang zum Mechanismus enzymatischer Reaktionen erwiesen. Ternäre Systeme bestehend aus Enzym, Substrat und einem geeigneten Reagens (Tetranitromethan=TNM) sind auf katalyse-abhängige Reaktionen geprüft worden, die nur im vollständigen System, jedoch nicht mit Reagens und Enzym allein oder Reagens und Substrat allein beobachtet werden. Untersuchungen mit Aldolasen und Aspartat-Aminotransferase haben ergeben, dass katalyseinduzierte Reaktivität sowohl auf dem Substrat-als auch auf dem Enzymteil eines Enzym-Substratkomplexes nachgewiesen werden kann.Im Reaktionsmechanismus von Muskelaldolase (eine Lysinaldolase) und von Hefealdolase (eine Metallaldolase) lässt sich mit TNM ein intermediäres Carbanion des Substrats nachweisen. Die TNM-carbanion-Reaktion lässt sich spektralphotometrisch verfolgen und ist benutzt worden, um carboxypeptidase-behandelte Muskelaldolase und den Effekt von Cofaktoren auf die Hefealdolase zu untersuchen.Katalyse-induzierte Reaktivitätsveränderungen einer Enzymseitenkette sind bei der Aspartat-Aminotransferase beobachtet worden. Ein essentieller Tyrosylrest, der in der Abwesenheit von Substrat nicht mit TNM reagiert, wird ungewöhnlich reaktiv im Laufe der Katalyse und ermöglicht dabei seine selektive Nitrierung.Die katalyse-synchrone oder synkatalytische Aktivierung dieses Aminosäurerests scheint ein integraler Bestandteil des katalytischen Mechanismus von Aspartat-Aminotransferase zu sein und wird vermutlich durch katalyse-induzierte Konformationsänderungen des Enzym-Coenzym-Substratkomplexes hervorgebracht. Mögliche funktioneile Zusammenhänge synkatalytischer Reaktivitätsänderungen funktioneller Gruppen mit der Konformationsflexibilität des Enzymproteins und dem Vorkommen metastabiler Zwischenprodukte in der Enzymkatalyse werden diskutiert.     

Renal ammonia production as a model for the study of enzyme adaptation in mammals

Zusammenfassung Chronische Verabreichung von Säure führt zu einer erhöhten Glutaminase-I-Konzentration in der Niere und zu einer gesteigerten Ammoniakausscheidung im Urin. Das ammoniakproduzierende biokatalytische System (Glutaminase I) ist besonders gut zum Studium der Enzymadaptation (Induktion) bei Säugetieren geeignet. Der Stand der Adaptation kann nicht nur durch die Bestimmung der Enzymveränderungen in der Niere, sondern auch durch den Nachweis des Reaktionsproduktes (Ammoniak) im Urin am lebenden Tier beurteilt werden.

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This investigation was supported by a research grant, RG-3795, from the National Institutes of Health, United States Public Health Service.     

The nature of Brdička's cancer test

Zusammenfassung Es wird gezeigt, dass die Brdikasche Filtratreaktion durch eine Erhöhung der Konzentration des normalerweise im Serum vorkommenden Mucoproteins verursacht wird. Dieses Mucoprotein enthält Cystein, so dass keine Modifikation der ursprünglichen Interpretierung der Reaktion durchBrdika erforderlich scheint.     

Dependence of the contractility of coronary muscle on substances favouring contraction and relaxation

Zusammenfassung Es werden die Besonderheiten der am isolierten Koronargefäss von Rind und Pferd nach elektrischer Reizung, Verabreichung von Adrenalin oder Kalium registrierten Mechanogramme beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass die Kontraktilität der Muskelzellen des Rinderkoronargefässes von zwei Stoffen abhängig ist, wovon der eine die Kontraktion und der andere die Erschlaffung fördert.

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I thank the Schweizerischer Nationalfonds für wissenschaftliche Forschung for help.     

The problem of continuity or discontinuity in the fundamental concepts of theoretical physics

Zusammenfassung Das Problem der Kontinuität oder der Diskontinuität der räumlichen Struktur der Materie und des zeitlichen Ablaufs der physikalischen Vorgänge wird vom Standpunkt der modernen theoretischen Physik kritisch beleuchtet. Es wird zunächst diskutiert, inwieweit man diese Frage überhaupt auf Grund von experimentellen Beobachtungen entscheiden kann. Es werden dann die experimentellen Beobachtungen aufgezählt, aus denen hervorzugehen scheint, dass die Materie den Raum diskontinuierlich in der Form von Elementarteilchen erfüllt und die physikalischen Elementarvorgänge diskontinuierlich in der Zeit vor sich gehen. Dem steht entgegen, dass es neuerdings gelungen ist, eine innere Struktur der Elementarteilchen festzustellen, und dass die Grundgleichungen der Quantentheorie die Form von Differentialgleichungen für kontinuierliche «Wellenfunktionen» haben. Dies bedeutet jedoch nicht, dass die moderne Physik doch wieder im Prinzip den Kontinuumstandpunkt eingenommen hat. Im Gegenteil besteht derzeit die Tendenz, alle physikalischen Wechselwirkungsvorgänge auf den zeitlich diskontinuierlichen Austausch von unbeständigen, neuartigen Elementarteilchen zwischen den räumlich diskontinuierlichen Elementarbausteinen der Materie anzusehen. Es erhebt sich die Frage, ob nicht vielleicht auch die Kontinuumvorstellung von Raum und Zeit selbst aufgegeben werden sollte. Zum Schluss wird kurz darauf hingewiesen, dass man möglicherweise die physikalische Welt nur begreifen kann, wenn man sowohl Kontinuum- als auch Diskontinuumvorstellungen gleichzeitig benützt.Substance of a lecture given to the Studium Generale of the University of Mainz in May 1964.     

Antagonism between harmaline and long-acting monoamine oxidase inhibitors concerning the effect on 5-hydroxytryptamine and norepinephrine metabolism in the brain

Zusammenfassung Vorbehandlung mit Harmalin hemmte den Anstieg von 5-Hydroxytryptamin (5HT) und Noradrenalin (NE) im Gehirn von Ratten und Mäusen, welcher durch zwei lang-dauernd wirkende Monoaminoxydasehemmer verursacht wurde (Isopropylhydrazide von Isonikotinsäure und -Isopropylhydrazid von Glutaminsäure). Wurde Harmalin 6–8 h nach den Hydraziden appliziert, so konnte kein Absinken des durch das Hydrazid erhöhten Monoamin-Gehaltes beobachtet werden. Mit Hilfe dieses Antagonismus zwischen Harmalin und Hydraziden dürfte es möglich sein, mehr Kenntnis über die Rolle der Monoaminoxydase bei der Wirkung von Pharmaka zu gewinnen.