Zur Feinstruktur und Taxonomie von Rhodopseudomonas gelatinosa

Zusammenfassung Die in einer früheren Arbeit postulierten Untergruppen innerhalb der Art Rps. gelatinosa werden näher charakterisiert. Die Gruppen unterscheiden sich in der Generationszeit, der Schleimproduktion, der Tendenz, sich in der Submerskultur abzusetzen, der Substratverwertung und den Eigenschaften des in vivo-Absorptionsspektrums. Artspezifisch und charakteristisch für alle Stämme ist die Fähigkeit zur Gelatineverflüssigung, die Nutzung von Asparagin als C-Quelle und das Unvermögen, autotroph zu wachsen.Die Thylakoide dieser Bakterien sink kleine, einzeln angeordnete Invaginationen der cytoplasmatischen Membran. Die geringe Entwicklung des intracellulären Membransystems gibt zu der Vermutung Anlaß, daß in den Photosynthese-apparat die cytoplasmatische Membran mit einbezogen ist. Die Verwendung von Merkmalen für die Artdiagnostik bei den Athiorhodaceae wird diskutiert.

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Substructure and Taxonomy of rhodopseudomonas gelatinosa

Summary The characterization of two sub-groups of the species Rhodopseudomonas gelatinosa was continued. Differences in relation to generation time, slime production, tendency to conglomerate, utilization of substrates and the characteristics of the in vivo-absorption spectra are described. All strains liquefy gelatin and grow very well on aspartic acid as substrate in anaerobic light cultures and with a lower rate in aerobic dark cultures, too.The thylakoids (chromatophores) of Rps. gelatinosa are small and single arranged invaginations of the cytoplasmic membrane. The low development of an intracellular membrane system in spite of a bacteriochlorophyll content of 10 to 25 g BChl.¹/mg protein suggests that the cytoplasmic membrane may be included in the system of the photosynthetic apparatus. All cells have a single polar flagellum. The use of data and methods for the identification of Athiorhodaceae is discussed.

     

Thylakoidmorphogenese bei Rhodopseudomonas palustris

Zusammenfassung Rhodopseudomonas palustris, Stamm 11/1, kann in Dunkelkulturen durch Absenken des Sauerstoffpartialdruckes in der Submerskultur von 100 auf etwa 5 mm Hg [pO₂] zur Bacteriochlorophyllsynthese und Thylakoidmorphogenese induziert werden.Die Thylakoidbildung beginnt meistens an einem Zellpol (Vorderende). Sie erfolgt durch Vorstülpung der cytoplasmatischen Membran in das Zellinnere. Diese Invaginationsbezirke wachsen dann flächenförmig, in der Regel parallel zur cytoplasmatischen Membran aus. Die Thylakoide ihrerseits können durch lokal begrenzte Wachstumsprozesse in der Fläche und an den Kanten sich ausdehnen, sich verzweigen, sich falten und wieder mit anderen Thylakoiden oder der cytoplasmatischen Membran verschmelzen. An Hand von Serienschnitten und daraus rekonstruierten räumlichen Modellen wird versucht, die Stapelbildung durch lokale Überschiebungsund Überwachsungsprozesse zu erklären.

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The morphogenesis of the thylakoids of Rhodopseudomonas palustris

Summary Rhodopseudomonas palustris, strain 11/1 is able to grow aerobically in the dark and likewise anaerobically in the light. The biosynthesis of bacteriochlorophyll and the morphogenesis of the thylakoids (chromatophores) are light independent processes. They are induced by lowering the oxygen partial pressure in the culture from 100 to 5 mm Hg [pO₂].The morphogenesis starts in a defined polar region of the cell. The cytoplasmic membrane forms channel-like invagination structures. The arising protuberances grow plain like and parallel to the cytoplasmic membrane producing the flat vesicels of the thylakoids. These thylakoids are able to branch, to fuse with another and with the cytoplasmic membrane.From serial sections three-dimensional models of the thylakoid pattern in the cell are constructed. The evaluation has suggested that the staples of thylakoids are caused by overlapping, overgrowing and thylakoid invaginations.

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Dedicated to Prof. C. B. van Niel on the occasion of his 70th birthday.     

Das Auftreten eines besonderen Typs von Golgivesikeln während der Sekundärwandbildung vonMicrasterias denticulata Bréb

Zusammenfassung Bei der DesmidiaceeMicrasterias denticulata vollzieht sich die Bildung der Primär- und Sekundärwand während bestimmter Phasen der Zellentwicklung. Primäre und sekundäre Wände können an Hand ihrer unterschiedlichen Texturen identifiziert werden. Um mögliche feinstrukturelle Faktoren zu finden, die bei der Bildung der Sekundärwand eine Rolle spielen könnten, wurden Zellen während der Sekundärwandbildung für elektronenmikroskopische Untersuchungen präpariert.Während der Sekundärwandbildung konnte ein sehr eigenartiger Typ diskusförmiger Vesikel im Cytoplasma beobachtet werden, der offenbar von den Dictyosomen produziert wird. Diese flachen Vesikel, die sackförmige Gebilde an ihren Rändern tragen, werden in der Phase der Sekundärwandbildung in die Plasmamembran inkorporiert. Die flachen Areale der Vesikel zeichnen sich durch eine besonders dicke Membran aus (160–200 Å), die auf der Vesikelinnenseite mit globulären Partikeln von ca. 200 Å Durchmesser besetzt ist. Nach der Fusion der Membran der flachen Vesikel mit der Plasmamembran gelangen diese Partikel an die Außenseite der Plasmamembran, die als Bildungsort für die Cellulosefibrillen der Sekundärwand angesehen wird. Die Bedeutung der flachen Vesikel und der globulären Partikel auf der Membranoberfläche werden in ihrem Verhältnis zur Bildung der Mikrofibrillen diskutiert.

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The Occurrence of a special type of golgi-vesicles during secondary wall formation inMicrasterias denticulata bréb

Summary In the desmidMicrasterias denticulata the formation of the primary and secondary cell wall occur during discrete phases of cell differentiation. The primary and secondary cell walls can be identified according to their particular textures. In order to determine fine structural factors possibly involved in the formation of the secondary cell wall, cells undergoing secondary wall formation were prepared for electron microscopic investigations. During secondary wall formation a very particular type of disc-like vesicles in the cytoplasm could be observed, appearently produced by the dictyosomes. These flat vesicles, carring sack-like structures at their edges, are found to be incorporated into the plasma membrane during the period of secondary wall formation. The flat areas of the vesicles are characterized by an unusually thick membrane (160–200 Å) that carries globular particles of about 200 Å diameter on the inner membrane surface. By fusion of the flat vesicle-membrane with the plasma membrane, the globular particles reach the outside of the plasma membrane. This is the site where the cellulose microfibrils of the secondary wall are synthesized. The significance of the flat vesicles and the globular particles on the membrane surface are discussed in relation to microfibril production.

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Für die großzügige Unterstützung unserer Arbeiten danken wir der Deutschen Forsungsgemeinschaft.     

Trennung der Thylakoidbausteine einiger Athiorhodaceae durch Gelelektrophorese

Zusammenfassung Thylakoide vonRhodospirillum rubrum, Rhodopseudomonas viridis undRhodopseudomonas capsulata wurden durch Behandlung mit Phenol-Ameisensäure in makromolekulare, in der Gelelektrophorese wandernde Fraktionen aufgespalten. Dabei ergaben sich vier deutlich hervortretende Hauptfraktionen, die zum Teil noch in Unterfraktionen aufzulösen sind.BeiRhodospirillum rubrum wurden neben den Thylakoiden auch noch Rohfraktionen der cytoplasmatischen Membran und der Zellwand mit der gleichen Methode untersucht. Alle Strukturen unterschieden sich deutlich voneinander in der Zahl und Wanderungsgeschwindigkeit ihrer Banden.Aus einer Dunkelkultur vonRhodospirillum rubrum, in der durch Absenken des Sauerstoffpartialdruckes die Thylakoidmorphogenese und Pigmentsynthese induziert worden war, wurde die Gesamtmembranfraktion isoliert, durch Behandlung mit Phenol-Ameisensäure dissoziiert und gelelektrophoretisch aufgetrennt. In den Pherogrammen war deutlich von Beginn der Induktion an eine Zunahme thylakoidspezifischer Bandenmuster zu erkennen. Ein Ausplanimetrieren der Absorptionskurven ergab, daß das Wachstum der Thylakoidstrukturen exponentiell erfolgte. Unter den Bedingungen der Kultur wurde nach etwa 8 Std ein Plateau in der Ausbildung der thylakoidspezifischen Strukturen erreicht. Die Kurve der Bacteriochlorophyllsynthese nahm einen etwas anderen Verlauf. Sie war im Bereich des exponentiellen Wachstums der Thylakoidstrukturen stärker gekrümmt, bog dann aber später ebenfalls ab, so daß sie nach 8–10 Std parallel zu den Thylakoiden verlief.

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Fractionation of thylakoid-components of some athiorhodaceae by polyacrylamide-gel electrophoresis

Summary Thylakoids (chromatophores) ofRhodospirillum rubrum, Rhodopseudomonas viridis, andRhodopseudomonas capsulata were fractionated after treatment with phenol-formic acid-water (2:1:1) by gel electrophoresis in four main fractions. The pattern of maxima was different in the three species.Crude preparations of cytoplasmic membrane and cell wall ofR. rubrum differ from the thylakoids in their pattern of electrophoresis distribution.Crude total membrane fractions were isolated from cells ofR. rubrum, which was induced to synthesize bacteriochlorophyll and thylakoids.Fractionation of the membranes by the above mentioned method shows very clearly that after induction of morphogenesis the thylakoid-specific membrane units are increased exponentially.

     

Die Ultrastruktur der Mitosekerne in den Plasmodien von Physarum polycephalum

Zusammenfassung Die Ultrastruktur der mitotischen Kerne in den Plasmodien von Physarum polycephalum wurde mit der Dünnschnitt- und der Gefrierätztechnik untersucht.Die Kernhülle bleibt während der Mitose bis in die Telophase erhalten, löst sich dann aber zuerst in der Polgegend und später in der Interzone auf. Bläschen, welche mit Ribosomen besetzt sind, lagern sich an die membranfreien Stellen an und bilden, zusammen mit Teilen der alten Kernhülle, die Hülle der Tochterkerne. Die Porenkomplexe bleiben während der Mitose erhalten.Der Spindelapparat ist in der Metaphase aufgebaut aus durchgehenden Mikrotubuli, welche die Pole verbinden, und aus Kinetochor-Mikrotubuli, welche Chromosomen und Pol verbinden. Die scheibenförmigen Kinetochore 1500–2500 Å im Durchmesser, sind mit einem oder zwei Mikrotubuli verbunden.In der Anaphase erfolgt eine deutliche Streckung des Spindelapparates und eine geringe Verkürzung des Abstandes zwischen Chromosomen und Pol. Da die durchgehenden Mikrotubuli in der Telophase in der Polgegend divergieren, sind sie kaum direkt (durch Stoßen) an der Verlängerung des Spindelapparates beteiligt. Invaginationen der Kernhülle stimmen mit der Hypothese überein, daß während der Anaphasentrennung der Chromosomen Kontraktionswellen auftreten.Filamente, 30–90 Å im Durchmesser, wurden im Spindelapparat beobachtet. Ihre Anordnung und die Ähnlichkeit mit den cytoplasmatischen Filamenten von Physarum lassen vermuten, daß es sich um kontraktile Elemente handelt.

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The ultrastructure of mitotic nuclei in plasmodia of Physarum polycephalum

Summary The ultrastructure of mitotic nuclei of Physarum polycephalum was investigated by freeze-etching and sectioning techniques.The nuclear envelope remains intact until telophase, and then dissapears first in the polar regions and later in the interzone. Vesicles covered with ribosomes accumulate in the resulting membrane-free areas, and contribute, together with portions of the old nuclear envelope, to the building of the new nuclear envelope. The nuclear pore complexes remain intact during mitosis.The mitotic apparatus in metaphase contains continuous microtubules connecting the two poles, and kinetochore-microtubules connecting chromosomes and poles. The disc-shaped kinetochores, 1500 to 2500 Å in diameter, are in contact with one or two microtubules.In anaphase the mitotic apparatus elongates markedly and the distance between chromosomes and poles shortens slightly. Since the continuous microtubules diverge in the polar regions, they are probably not directly involved in the elongation of the mitotic apparatus. Invaginations of the nuclear envelope indicate that the anaphase separation of chromosomes is accompanied by waves of contractions.Filaments, 30 to 90 Å in diameter, were observed in the mitotic apparatus. Their arrangement and their similarity with cytoplasmic filaments suggest that they are contractile.

Die vorliegende Arbeit wurde der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Zürich als Dissertation vorgelegt.     

Die Feinstruktur gefriergebrochener Hormongranula

Zusammenfassung Gefriergebrochene Präparate (mit und ohne Ätzung) der Adenohypophyse und der C-Zellen der Schilddrüse von Ratte und Meerschweinchen wurden elektronenmikroskopisch untersucht. Bei den Hormongranula dieser Zellen verlaufen die Bruchflächen im allgemeinen zwischen den beiden Membranflächen oder zwischen Granulum-Inhalt und Membran. Nur relativ selten werden Granula quergebrochen. Auf beiden Hälften der gespaltenen Membranen der C-Zellgranula werden etwa mit gleicher Häufigkeit Proteinpartikel (100–200 Å) gefunden. Bei den Granula der somatotropen Zellen treten auf der dem Plasma anliegenden Membranhälfte deutlich mehr Proteinpartikel auf als auf der dem Granuluminhalt anliegenden Hälfte. Der Inhalt der somatotropen und C-Zellgranula erscheint bei dieser Präparationsmethode aus einer dichten Packung von 80–100 Å großen Partikeln zu bestehen.Eine besonders strukturierte Zone zwischen Membran und Granuluminhalt konnte bei den bisherigen Untersuchungen nicht festgestellt werden. Durch Ätzung der Gefrierbrüche ließen sich keine zusätzlichen strukturellen Details der Granula darstellen.Eine durch Auswertung von stereoskopischen Aufnahmen gewonnene Größenverteilungskurve für die C-Zellgranula wird vorgelegt.

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The fine structure of freeze-fractured hormone granules

Summary Freeze-fractured preparations (with and without etching procedures) of guineapig and rat thyroid (C-) cells and anterior pituitary (somatotropic-) cells have been investigated with the electron microscope. The hormone granules of these cells in general split either between the two lamellae of their unit membrane or between the granule contents and the unit membrane. Only rarely cross-broken granules have been observed. Inner and outer lamella of the unit membrane of the C-cell granules contain in more or less similar frequency moderate amounts of protein particles of 100–200 Å diameter. In case of the somatotrophs the outer lamella contains higher numbers of these particles than the inner one. The contents of the C-cell and somatotroph granules seems to consist of densely packed 80–100 Å particles. A particular zone between contents and membrane (as observed on micrographs with conventional electron microscopy) could not be detected on freeze-fractured preparations. The etching procedure does not reveal additional details of the granule structure.A size distribution curve of the C-cell granules as determined from stereo-pairs, is given.

Mit dankenswerter Unterstützung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft.     

Zum Vorkommen helixförmig angeordneter Ribosomen bei Rhodopseudomonas palustris

Zusammenfassung Es wird das Vorkommen von Polysomensäulen bei Rhodopseudomonas palustris beschrieben. An Hand der Daten ergab sich, daß diese Polysomen aus zwei helixförmig angeordneten Ribosomensträngen aufgebaut sind, die eine linksdrehende Schraube bilden. Der Querschnitt der Schraube zeigt hexagonale Anordnung der Ribosomen. Der Steigungswinkel der Helices beträgt 20⁰, der Gesamtdurchmesser der hexagonalen Polysomensäule beträgt 375 Å. Diese Polysomenart kommt lediglich in der begeißelten Polregion vor und ist dicht unter der Cytoplasmamembran lokalisiert. Die Polysomen stehen mit der Cytoplasmamembran in Kontakt. Ihre Längsachse läuft parallel zur Plasmamembran.

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The occurrence of helical arranged ribosomes of rhodopseudomonas palustris

Summary Helical arranged ribosomes were detected in the polar region of Rhodopseudomonas palustris cells. They are attached to the cytoplasmic membrane. The columnar polysomes are shaped of two helical strings of ribosomes, which are arranged around the axis of the screw. The vertical projection of the single ribosomes in one turn of the screw is a hexagon. The helices are left handed. The angle between the horizontal line and the ribosome chain in the helix is =20⁰. The diameter of the polyribosome column amounts to 375 Å.

     

Elektronenmikroskopische Untersuchung des Trypanosoma cruzi mit besonderer Berücksichtigung des Periplasten und des Blepharoplasten

Zusammenfassung Der Periplast der begeißelten Trypanosomen (Trypanosoma Cruzi) und der Leishmaniaform besteht aus einer 130 Å dicken, dreigeschichteten Membran und den unmittelbar daruntergelegenen Fibrillen. Jede der beiden osmiophilen Membranschichten des Periplasten ist 45 Å dick; die osmiophobe Mittelschicht mißt 40 Å. Die Fibrillen sind 200–210 Å dick und liegen als wandverstärkende Röhrchen unmittelbar an der Innenfläche der Hüllmembran. Der helle röhrenförmige Innenraum der Fibrillen hat einen Querdurchmesser von 90–100 Å. Der seitliche Abstand der Fibrillen mißt etwa 320 Å.Der Blepharoplast ist ein etwas gekrümmter, scheibenförmiger Körper mit einem Längsdurchmesser von 0,75–1,35 und einem Querdurchmesser von 0,2–0,3 . Er liegt gemeinsam mit dem Basalkörperchen an der Geißelbasis. Der Blepharoplast gibt eine positive Feulgen-Nuklealreaktion und enthält Desoxyribonukleinsäure. Elektronenmikroskopisch finden sich im Innern des Blepharoplasten helixförmig angeordnete 125 Å dicke Fibrillen, die einen 35 Å im Querdurchmesser messenden helleren Innenraum aufweisen. Die Hülle des Blepharoplasten besteht aus einer mitochondrienähnlichen Doppelmembran, die an einigen Stellen auch Cristae bildet. An der zur Geißelbasis gerichteten Oberfläche des Blepharoplasten kommen knospenförmige und länglich ausgezogene mitochondrienähnliche Fortsätze vor, von denen wir vermuten, daß sie Mitochondrien nach Abschnürung vom Blepharoplasten darstellen. In diesen Fortsätzen finden sich zahlreiche Innenmembranen, die manchmal stark ineinander verzahnt sind. Offenbar werden sie von der Hüllmembran des Blepharoplasten gebildet. Es wird angenommen, daß der Blepharoplast ein mit Desoxyribonukleinsäure und Lipoproteinen, möglicherweise auch mit Atmungsfermenten besonders ausgestattetes Zellorganell ist, das sich zu teilen vermag, den Zellkern und die Zellteilung beeinflußt sowie produktiv an der Bildung der Mitochondrien beteiligt ist.Die Zellteilung der Parasiten beginnt mit einer Bildung von Tochterkörperchen durch die Basalkörperchen und der Ausbildung einer zweiten Geißel. Die Filamente der zweiten Geißel werden im Zytoplasma der Mutterzelle gebildet. Danach teilt sich der Blepharoplast quer zur Längsachse. Der Blepharoplast ist vor der Teilung etwa 1,35 lang und schwalbenförmig. Nach der Querteilung des Blepharoplasten erfolgt erst die Kernteilung und die Längsteilung des Zytoplasmas.Die Befunde wurden auf der 28. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Hygiene und Mikrobiologie in Düsseldorf am 2. 5. 1961 von H. Schulz vorgetragen.     

Delta-Cytomembranen und lamelläre Cytosomen

Zusammenfassung Im Epithel der Kiemenbüschel von Axolotl (Amblystoma mexicanum) findet sich ein besonderer Typ von cytoplasmatischen Membranen, den wir mit -Cytomembran bezeichnen. -Cytomembranen sind schichtweise in Schleifen oder Spiralen angeordnet und bestehen aus einer 30–45 Å dicken osmiophilen Schicht mit einem 60 Å breiten intermembranösen Intervall. Die -Cytomembranen differenzieren sich im perinucleären Bereich des Cytoplasmas aus einer homogenen, elektronendichten Substanz und stellen die Vorstufen der lamellären Cytosomen dar. Die -Cytomembranen und die lamellären Cytosomen sind aus einem Kohlenhydrat-Protein-Komplex mit möglicher Bindung an Phospholipoide zusammengesetzt. Wir glauben, daß diese besondere Gruppe von submikroskopischen Strukturen wichtige Funktionen für die Synthese der Mucopolysaccharide im allgemeinen und für die Schleimsekretion im speziellen hat.Stipendiat der Deutschen Forschungsgemeinschaft.     

Zur Entstehung und Feinstruktur der peritrophischen Membran der Larven von Chironomus strenzkei Fittkau (Diptera)

Zusammenfassung Am Beispiel von Chironomus strenzkei werden die Feinstruktur der peritrophischen Membran und des an ihrem Aufbau beteiligten vordersten Mitteldarmepithels untersucht. Das Epithel besteht aus vier Zelltypen: 1. großen, an E.R.-reichen, dichte Sekretionsgranula enthaltenden Zellen, 2. mitochondrienreichen Zellen mit tiefen villusbesetzten apikalen Einfaltungen, 3. einzelnen möglicherweise inkretorischen Zellen, 4. niedrigen, kurze Mikrovilli tragenden Zellen, die eine faserhaltige Verdickung abscheiden. Die peritrophische Membran ist zweischichtig. Ihre Fibrillen sind außen in Form einer Wabentextur angeordnet, während sie innen längs verlaufen. Die Wabentextur konstituiert sich außerhalb des Mikrovillussaumes der Bildungszellen. Damit entfällt die Annahme einer Matrizenfunktion der Mikrovilli für die peritrophische Membran, auch die Tatsache, daß die Dicke der Villi ein Vielfaches der Poren der peritrophischen Membran beträgt, spricht gegen die Matrizenhypothese.

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Formation and fine structure of the peritrophic membrane in Chironomus strenzkei larvae

Summary The fine structure of the peritrophic membrane and of the anterior wall of the midgut which is involved in its formation was investigated in the larvae of the midge Chironomus strenzkei. The gut epithelium consists of four cell types: 1. large E.R.-rich cells containing in addition electrondense secretory granules, 2. mitochondria rich cells with deep microvilli-bearing infoldings of the apical plasmalemma, 3. a few slender cells of presumably endocrine function, 4. small cells bearing a short brush-border and a fiber-containing thickening. The two layered peritrophic membrane consists of an outer part which is perforated by wide hexagonal pores and an inner part being built up by longitudinally orientated fibers. The outer honey-comb-texture constitutes itself well outside the brushborder of the E. R.-rich cells. Thus the assumption of the microvilli being the mould for the perforated peritrophic membrane cannot be substantiated by our observations. In contrast to the mould-theory as far as the villi are concerned is also the finding that their diameters by far exceed that of the pores.

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Die Untersuchungen wurden mit Hilfe der Max-Planck-Gesellschaft und der Deutschen Forschungsgemeinschaft durchgeführt.     

Ein neuer Fimbrientyp

Zusammenfassung Bei einem sternbildenden Brackwasserbakterium, das der Gattung Agrobacterium nahesteht, wurden peritriche Fimbrien von 1–3 Länge und ca. 40–60 m Breite nachgewiesen. Im negativen Kontrast mit Phosphorwolframsäure erscheinen sie als Röhren, die aus einer 100 Å dicken Fibrille spiralig aufgebaut sind. Sie sitzen der Zelloberfläche mit einer trichterförmigen erweiterten Basis auf.

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A new type of fimbriae

Summary A star-forming brackish water bacterium, related to the genus Agrobacterium, was shown to possess peritrichous fimbriae of 1–3 length and about 40–60 m width. In negatively stained preparations with PTA they appear as hollow tubes, built up of a spirally twisted fibre, 100 Å in diametre. They adhere to the cell surface by an infundibuliform broadening at their basis.

     

Topo-optische Färbung der Erythrocytenmembran mit Thiazin- und Chinolinfarbstoffen

Zusammenfassung Die Untersuchungen erwiesen, daß die Farbstoffe 1:9-Dimethyl-Methylenblau, Azur A und N,N-Diäthylpseudoisozyaninchlorid für topo-optische Reaktionen an der Membran von Erythrocyten geeignet sind. Die Farbstoffmoleküle werden an der Membran orientiert gebunden. Ihre Bindung kann durch Behandlung mit Präzipitationslösungen stabilisiert werden, und zugleich wird die Anisotropie verstärkt. Die optische Analyse ergab, daß 1:9-Dimethyl-Methylenblau und Azur A radiär zur Membran ausgerichtet sind, während sich N,N-Diäthylpseudoisozyaninchlorid membranparallel anlagert.

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Tope-optical staining with thiazin and quinolin dyestuffs of the erythrocyte membrane

Summary The present studies prove the dyestuffs 1.9-dimethyl methyleneblue, azure A and N,N-diethylpseudoisocyanine chloride suitable for topo-optical reactions with the membrane of the red blood cell. The dye molecules are bound in orientated fashion. Treatment with precipitants stabilizes the binding of dye molecules and, in addition, it enhances the birefringence. Optical analysis revealed 1.9-dimethyl methyleneblue and azure A bound in radial position, however, N,N-diethylpseudoisocyanine chloride was bound parallel to the membrane's plane.

     

The ultrastructure of the chloroplast lamellae

Summary The present study has shown that the thylakoid membrane consists of a central layer, probably lipid, covered on both sides with protein particles. The thickness of the middle layer reaches 40 Å, and the diameter of the attached globules 60 Å. The particles are partially embedded to a depth of about 20 Å in the central layer. If these globules are removed, the lipid layer appears perforated, indicating that the protein molecules are in direct contact through the lipid layer. On the outer side of the thylakoid membrane the particles are grouped in fours, forming a multienzyme complex of 120 Å diameter and 60 Å thickness. No such aggregates have been observed on the inner side.In frozen plastids a tripartite membrane at the periphery of a granum has a thickness of 120 Å, whereas the two membranes of adjacent thylakoids are together only 200 Å thick. This indicates that the particles attached to the two neighbouring membranes are interlocked and form a rigid layer.In comparison with the freeze-etched preparations the chemically fixed plastids show considerably thinner lamellae. They appear as unit membranes, consisting of a central layer 35 Å thick and two dense strata, each of 20 Å. This discrepancy cannot be explained simply by shrinkage in fixation and dehydration. It is proposed that fixation causes uncoiling of the protein molecules. In consequence, thin protein films are formed on each side of the lipid layer, and each appears as a dark band after osmium- or permanganate fixation. This new model of the thylakoid membrane is compared with other recent schemes.

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Zusammenfassung In der vorliegenden Untersuchung wird gezeigt, daß die Thylakoidmembran aus einer zentralen, wahrscheinlich lipidhaltigen Schicht besteht, die beidseitig mit Proteinpartikeln bedeckt ist. Die Dicke dieser Mittelschicht beträgt 40 Å und der Durchmesser der darauf liegenden Kügelchen 60 Å. Sowohl die innern wie die äußern Partikel sind ungefähr 20 Å tief in der zentralen Schicht eingebettet. Werden sie beim Herstellen des Gefrierabdruckes herausgerissen, so erscheint die Lipoidlamelle perforiert. Das zeigt, daß die Enzyme durch diese Schicht hindurch in direktem Kontakt stehen. Auf der Außenseite der Thylakoidmembran sind vier Partikel zu einem Multi-Enzym-Komplex von 120 Å Durchmesser und 60 Å Dicke vereinigt. Auf der Innenseite konnten solche Zusammenlagerungen nicht beobachtet werden. Die Dicke einer dreischichtigen Membran, wie sie z. B. an der Außenseite eines Granumstapels zu beobachten ist, beträgt 120 Å. Die Doppelmembranen benachbarter Thylakoide (200 Å dick) sind durch die auf der Oberfläche vorhandenen Partikel eng verzahnt.Ein Vergleich der Bilder von Plastiden nach der Gefrierätzung und nach einer gewöhnlichen Fixierung ergibt, daß die Lamellen durch die Fixierung und Entwässerung dünner werden. Sie zeigen die Struktur einer Einheitsmembran bestehend aus einer 35 Å dicken Zentralschicht und den beiden anliegenden 20 Å dicken osmiophilen Lamellen. Die unterschiedliche Lamellendicke (Gefriergetrocknet: 120 Å, fixiert: 75 Å) kann nicht nur auf die bei der Fixierung und Entwässerung eintretende Schrumpfung zurückgeführt werden. Es ist wahrscheinlich, daß die Fixierung eine Entknäuelung der Proteinmoleküle bewirkt. Der dadurch auf beiden Seiten der Lipidschicht gebildete, dünne Protein-film erscheint nach der Osmium-oder Permanganatfixierung als kontrastreiche 20 Å dicke Schicht. Dieses neue Modell der Thylakoidmembran wurde mit einigen neuen Strukturschemata verglichen.

     

Über das Axialorgan („mysterious gland“) vonAsterias rubens L.

Zusammenfassung Das Axialorgan vonAsterias rubens und sein Terminalfortsatz im Dorsalsack wurden licht- und elektronenmikroskopisch untersucht.Die Hämalkanäle des Axialorgans bilden ein labyrinthartiges Konvolut, das in den Axialsinus hineinragt. Die Wandung der Kanäle besteht aus einer Basalmembran, deren Außenfläche von Coelomzellen (Deckzellen, Epizyten) und Muskelzellen überzogen wird. Beide Zellarten enthalten zahlreiche Einschlüsse verschiedener Form und Struktur. Die Deckzellen breiten sich mit vielen zarten Fortsätzen auf der Oberfläche des Organs zu einem zytoplasmatischen Gitterwerk aus, das morphologisch an den Zellüberzug der Glomeruluskapillaren der Vertebratenniere erinnert. Sowohl die Deckzellen als auch die von ihnen teilweise umschlossenen Muskelzellen besitzen Geißeln, die sich in das Lumen des Axialsinus erheben. Auch die Muskelzellen sind mit Ausläufern versehen. Ein Teil dieser Fortsätze enthält Bündel von dicken und dünnen Myofilamenten. Wahrscheinlich handelt es sich um Muskelzellen vom Paramyosintypus.Die Basalmembran wird hie und da durch lockere Bündel von Kollagenfasern mit periodischer Gliederung ihrer Fibrillen bzw. Filamente verstärkt. Diese Bündel sind in die aufgelockerte Innenschicht der Basalmembran eingelagert.Die Hämalkanäle werden nicht von einer endothelartigen Zellschicht ausgekleidet, verhalten sich also ebenso wie die Blutgefäße der Anneliden. Der Innenfläche der Basalmembran schmiegen sich gelegentlich große freie, an Einschlüssen reiche Zellen vom Typ der Coelomozyten an bzw. diese Zellen lösen sich von ihr ab. Das Lumen der Hämalkanäle ist vielfach von freien Zellen ausgefüllt.Die Wandung der Gefäße des Terminalfortsatzes besitzt grundsätzlich den gleichen Aufbau wie die der Hämalkanäle im Axialorgan. Im Gegensatz zu diesen enthält sie jedoch viele nackte Axone, die unter und zwischen den Deckzellen und Muskelzellen verlaufen und mit letzteren engen Kontakt aufnehmen. Regelrechte Synapsen wurden jedoch nicht festgestellt. In den Axonen und ihren Endigungen finden sich Vesikel und massendichte Granula, unter ihnen solche, die von einer Membran umschlossen werden und damit an neurosekretorische Elementargranula erinnern.Die mitgeteilten Befunde stehen mit älteren Lebendbeobachtungen in Einklang, wonach das Axialorgan und sein Terminalfortsatz pulsatorische Bewegungen nach Art eines Herzens ausführten. Die strukturelleÄhnlichkeit des Axialorgans, in demRemane (1959) ein Homologen des Glomerulus von Hemichordaten erblickt, mit den Glomeruli der Vertebratenniere läßt darüber hinaus an eine exkretorische Funktion denken. Auf eine vergleichbare Analogie zwischen der sog. Endblase im Maxillarorgan von Crustaceen und den Nierenglomeruli der Wirbeltiere (Tyson, 1968) wird hingewiesen.

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The axial organ of the starfish, Asterias rubens L.

Summary The axial organ and its terminal process (head piece) in the dorsal sac ofAsterias rubens were investigated with the light-and the electronmicroscope.The hemal channels of the axial organ form a labyrinthine system (spongy body) which is situated within the axial sinus. The walls of the channels consist of a basement membrane, the outer surface of which is covered by coelomic epithelial elements (epicytes) and muscle cells. Either cell type contains numerous inclusions of different shape and structure (phagocytosis, lysosomes). The epicytes spread with many delicate processes on the surface of the organ, thus moulding a cytoplasmic meshwork which is similar to the visceral layer of the glomerular capillaries of the vertebrate kidney. The muscle cells which are also provided with cytoplasmic processes, part of which contains bundles of thick and thin filaments (presumably constituting fibres of the paramyosin-type), are to some extent enclosed by the covering cells. Eithercell type bears cilia projecting into the lumen of the axial sinus.The basement membrane contains occasionally bundles of collagen fibres showing a periodical structure of their individual fibrils. These bundles are embedded in the loose interior layer of the basement membrane.The hemal channels are not lined by an endothelial cellular layer, resembling in this respect the vessels of the annelides, Occasionally, big free coelomocytes rich of inclusion bodies, cling to the inner surface of the basement membrane or become detached of it. The lumen of the hemal channels is frequently crowded with free cells.The structure of the vascular wall in the terminal process is principally the same as in the axial organ proper. In contrast to this it contains, however, many naked axons which run under or between the epicytes and muscle cells and which come into close contact with the latter. Typical synapses, however, have not been detected. Inside the axons and their terminals, vesicles and electron dense granules are to be found. The dense granules are often surrounded by a distinct membrane, thus bearing a close similarity to neurosecretory elementary granules.Our findings are in accordance with older in vivo observations after which the axial organ and its terminal process undergo contractions comparable to the pulsations of a heart. In addition to this, the structural similarity of the axial organ with the glomeruli of the vertebrate kidney suggests an excretory function. As already pointed out byRemane (1959) the axial organ of the Echinoderms might be the homologue to the glomerulus of Hemichordata. A comparable analogy between the terminal sac in the maxillary gland of the crustacea and the glomeruli of the vertebrate kidney (Tyson, 1968) is referred to.

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Die Untersuchungen wurden mit dankenswerter Unterstützung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft durchgeführt.     

Feinstruktur von Zellwand und Plasmamembran beiMicrasterias denticulata Bréb. nach Gefrierätzung

Zusammenfassung Gefrierätz-Untersuchungen an rasch eingefrorenen sonst aber unvorbehandelten Zellen vonMicrasterias denticulata ergaben, daß die Sekundärwand aus einer fibrillenfreien Außenschicht, die möglicherweise Lipid-Charakter aufweist, und einer Fibrillenschicht aufgebaut ist.Jede der zu Bändern zusammengefügten Mikrofibrillen (mit Durchmessern bis zu 300 Å) der Fibrillenschicht besteht aus zahlreichen Elementarfibrillen, die einen ungefähren Durchmesser von 40 bis 50 Å aufweisen. In tieferen Lagen der Fibrillenschicht laufen die Mikrofibrillen um den Porus herum, während die äußerste Lage der Fibrillenschicht vom Porus durchbrochen wird. Nur diese Lage wird sekundär perforiert; der übrige Porenkanal entsteht gleichzeitig während des Sekundärwandwachstums.Die Bruchfläche der Plasmamembran ist mit zahlreichen, statistisch verteilten Partikeln bedeckt und weist Eindellungen unter jedem Porus auf. Am Rande dieser Eindellungen sind Membranlöcher festzustellen, die als Fusionsorte von schleimenthaltenden Vesikeln und der Plasmamembran gedeutet werden.

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Fine-structure of the cell wall and plasma membrane inMicrasterias denticulata bréb. after freeze-etching

Summary Cells of the algaMicrasterias denticulata, frozen in their growth medium without further pretreatment, have been examined by means of freeze-etching. The outer surface of the secondary wall as well as the side walls of the slime pores are covered with a continuous thin, fibril free layer with cleaving properties resembling those of multiple lipid bilayers. Elementary fibrils (40 to 50 Å in diameter) are shown to make up the microfibrils (200 to 300 Å in diameter), 2 to 15 of which may aggregate laterally to form the characteristic bands of secondary wall fibrils. While the microfibrils in the inner layers of the secondary wall appear to circumvent the pores those belonging to the outermost layer seem to be frequently disrupted by the pore apparatus. These observations suggest that the main part of the pore channel is formed during secondary cell wall formation. Only the outermost fibrillar layer of the secondary wall seems to be perforated after its deposition.The cleaved face of the plasma membrane carries numerous randomly distributed particles and is marked by large depressions underlying each of the pores. In the rim areas of these depressions the membrane is frequently interrupted by small holes, which are interpreted as points of fusion between the slime secreting vesicles and the plasma membrane.

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Die elektronenmikroskopischen Untersuchungen wurden in den Biological Laboratories der Harvard University, Cambridge, U.S.A., durchgeführt. Die Arbeit wurde durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft und durch einen Health Science Advancement Award Grant 5-SO 4-FRO 6084 an die University of Colorado unterstützt.     

Effects of steroid hormones on the differentiation of the catecholamine storing cells of the paracervical ganglion of the rat uterus

Zusammenfassung In der Lamina propria menschlicher Hodenkanälchen wurden spezialisierte Fibroblasten beobachtet. Die Zellen sind durch Bündel parallel geordneter Plasmafilamente gekennzeichnet, deren Durchmesser rund 80 Å beträgt. Die Filamentbündel verlaufen parallel zur Oberfläche der lamellär ausgebreiteten Zellen und inserieren in elektronendichtem, granulärem Material, das der Innenseite der Zellmembran anliegt. Es wird angenommen, daß dieses Fibrillensystem kontraktil ist; die dichtere oder lockerere Vernetzung der Filamente innerhalb der Bündel würde dem kontrahierten oder erschlafften Zustand der Zellen entsprechen. Die beschriebenen spezialisierten Fibroblasten sollten der Gruppe der Myofibroblasten zugeordnet werden (Gabbiani, Ryan und Majno, 1971).

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Contractile fibroblasts (myofibroblasts) in the lamina propria of human seminiferous tubules

Summary A special type of fibroblast is observed in the connective tissue of seminiferous tubules in human testes. These cells are characterized by a fibrillar system consisting of parallel arranged cytoplasmic filaments. The filaments have a mean diameter of 80 Å. Bundles of filaments run parallel to the surface of the flattened cells. The filaments insert in a dense, granular material which is connected with the cell membrane. This fibrillar system is thought to be contractile; the dense or more loose texture of the filaments within the bundles may correspond to the contracted or relaxed state of the cell. The specialized fibroblasts described are supposed to belong to the group of myofibroblasts (Gabbiani, Ryan and Majno, 1971).

     

Quantitative Ribonukleinsäure-Untersuchungen an den Ganglienzellen des Nucleus supraopticus der Albino-Ratte unter experimentellen Bedingungen (Kochsalz-Belastung)

Zusammenfassung Die Ganglienzellen des Nucleus supraopticus der Albino-Ratte wurden histologisch und mikrochemisch nach Stimulation durch mäßige Kochsalzbelastung untersucht.Ganglienzellen, Zellkerne und Nukleolen der Versuchstiere zeigen gegenüber Kontrollen eine signifikante Volumenzunahme. Die Absolutmengen der cytoplasmatischen und nukleolaren Ribonukleinsäuren werden unter Versuchsbedingungen ebenfalls in signifikanter Weise vermehrt gefunden, die Konzentration der cytoplasmatischen Ribonukleinsäuren wird nicht beeinflußt, die der nukleolaren sinkt ab.Die Veränderungen der Zelloberfläche, des Kernvolumens und der Absolutmenge nukleolarer Ribonukleinsäuren liegen in derselben Größenordnung. Zwischen Kernkörperchenvolumen und cytoplasmatischen Ribonukleinsäuren besteht bei den untersuchten Nervenzellen eine Proportionalität.Die Befunde deuten auf eine Intensivierung der Proteinsynthese in den Ganglienzellen des Nucleus supraopticus unter milder Kochsalzstimulation hin und können als eine weitere Bestätigung der Auffassung angesehen werden, daß diese Neurone mit einer aktiven sekretorischen Leistung an der Produktion des Wirkstoffes Vasopressin (Adiuretin) beteiligt sind.Mit dankenswerter Unterstützung durch den Svenska Statens Medecinska Forskningsråd.Mit dankenswerter Unterstützung der Deutschen Forschungsgemeinschaft.     

Kompartimentierung und Membranbau von Herzmuskel-Mitochondrien in Darstellungen durch die Gefrierätztechnik

Zusammenfassung An Herzmuskelmitochondrien wird bei Präparation mit der Gefrierätztechnik — im Gegensatz zum Zellkern — die Außenfläche der inneren Membran nicht freigelegt. Es werden zu der äußeren Membran parallel verlaufende Brüche und Querbrüche zu der Innenmembran gezeigt. Die entstehenden Flächen werden mit solchen in Öl- und Lecithinemulsionen verglichen. Übereinstimmung ergibt sich an Querbrüchen in der Dicke bimolekularer Lipoidschichten des Lecithinmodells und der nativen Membranen sowie in einem Dekorationseffekt an deren hydrophilen Außenkanten. Die Lecithinschichten zeigen einen höheren Grad der Ordnung als die Lipoidkomponente der nativen Membranen. Erhebliche Unterschiede zeigen Bruchflächen in den Ebenen der Schichtungen von Lecithin und von Mitochondrienmembranen.Es wird vermutet, daß eine hohe Enzymkonzentration im äußeren Mitochondrienkompartiment zur Bildung eines Gels führt, während andere Zellkompartimente flüssige Sole enthalten.

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Compartments and membrane structure in freeze-etched heart muscle mitochondria

Summary Freeze-etched heart muscle mitochondria — in contrast to cell nuclei — do not expose the outer surface of the inner membrane. Fractured faces parallel to the outer membrane and across the inner membrane are compared with fractures through oil- and lecithin emulsions. The thickness and a decoration effect along the hydrophilic interface of bimolecular leaflets of lecithin correspond with those of the lipid component in membrane layers. Lecithin layers, however, show a higher degree of order than the lipid component of native membranes. It is suggested that a high concentration of enzymes in the outer compartment gives rise to the formation of a semi-solid gel in contrast to the liquid sols of other cell compartments.

     

Mikropinozytose im Zentralnervensystem

Zusammenfassung An durch Perfusion mit Glutaraldehyd fixierten Rattengehirnen wurde das Erscheinungsbild der Mikropinozytose in Elementen der Meso- und Neuroglia sowie an den Perikarya und synaptischen Endformationen der Nervenzellen elektronenmikroskopisch dargestellt.Die bei der Mikropinozytose von der Zellmembran invaginierten Caveolen und Tubuli können einfache Verzweigungen zeigen. Ihre Oberfläche und die der mikropinozytotischen Bläschen zeigen an der gegen das Zytoplasma gerichteten Membranseite einen Stachelsaum. Diese Membrandifferenzierung dürfte mit der Resorption besonderer, zum Teil makromolekularer Substanzen zusammenhängen.Im Bereich großer Synapsen, z.B. in den Moosfasertelodendren der Glomerula cerebellaria oder in der Zona glomerulosa des Bulbus olfactorius sind mikropinozytotische Invaginationen und Bläschen sehr häufig. Möglicherweise übernehmen sie von den postsynaptischen Dendriten, die dünne Zytoplasmaprotrusionen in die Invaginationen hineinsenden, Stoffe. Es wird vermutet, daß es sich hierbei um inaktivierte Transmittersubstanz handelt, die auf diesem Wege dem präsynaptischen Abschnitt wieder zugeführt wird. Die zurückresorbierten Abbauprodukte der Transmittersubstanz werden in einem präsynaptischen Golgi-Komplex resynthetisiert und in synaptischen Bläschen angereichert. Dieses morphologische Bild ergänzt die biochemische Hypothese eines Acetylcholin-Kreislaufes im Bereich von Nervenendigungen.Entsprechende mikropinozytotische Erscheinungen wurden in caudalen Abdominalganglien von Leucophaea maderae beobachtet. Es wird angenommen, daß die Mikropinozytose ein allgemein verbreiteter Resorptionsmechanismus im Zentralnervensystem ist.Herrn Prof. Dr. F. Wassermann zum 80. Geburtstag gewidmet.Mit dankenswerter Unterstützung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft.