Examination of the requirement for an amphiphilic helical structure in beta-endorphin through the design, synthesis, and study of model peptides

In our approach to beta-endorphin modeling, we have proposed that the biological properties of the natural peptide are determined by the combination of three basic structural units: a highly specific opiate recognition sequence at the NH2 terminus (residues 1-5) connected via a hydrophilic peptide link (residues 6-12) to a potential amphiphilic helix in the COOH-terminal residues 13-31. In the alpha-helical conformation the hydrophobic domain twists around the length of the helix and covers almost one-half of its surface. The other distinctive features of the helix include its basicity and the two aromatic residues Phe18 and Tyr27. In contrast to previous models we have studied, peptide 4 is a "negative" model in the sense that it was designed and examined in order to determine how the lack of a well defined amphiphilic structure affects the biological properties of beta-endorphin. For this purpose, peptide 4 retains the three structural units previously postulated for beta-endorphin, but the amino acids of the 13-31 region are arranged in such a way that no definite continuous hydrophobic zone could be formed in an alpha- or pi-helical conformation of this region. In aqueous buffered solutions, peptide 4 showed almost the same amount of alpha-helical structure as beta-endorphin, with a slight tendency toward less helicity in 50% aqueous 2,2,2-trifluoroethanol. In rat brain homogenate, peptide 4 was degraded slightly slower than beta-endorphin, in contrast to the apparently much higher stability of previous models under the same conditions. With regard to opiate receptor binding, peptide 4 was twice as potent as beta-endorphin in mu-receptor assays but half as potent in delta-receptor assays. The opiate potency of peptide 4 on the guinea pig ileum was higher than that of beta-endorphin. In contrast, in the rat vas deferens assay, which is very specific for beta-endorphin, the potency of peptide 4 was very low and could be shown not to be mediated by the same opiate mechanism or by the same opiate receptor. A comparison of these results with those of previous model peptides provides further evidence for the importance of an amphiphilic helical structure in beta-endorphin residues 13-31, which determines the resistance to proteolysis of the natural molecule and contributes to the delta- and mu-opiate receptor interaction. The amphiphilicity of this helical structure must also be essential for high opiate activity on the rat vas deferens (epsilon-receptors), whereas no such structural requirement appears to be necessary for interaction with the opiate receptors on the guinea pig ileum.     

The effect of reversal of Na and K electrochemical potential gradients on the active transport of amino acids in Ehrlich ascites tumor cells

1.

1. The net uptake of α-aminoisobutyric acid (AIB) in Ehrlich ascites tumor cells has been studied under a variety of transmembrane concentration gradients of Na⁺, K⁺ and AIB itself.     

Analyse der Spinnbewegungen der Larve von Formica pratensis Retz. (Form. Hym. Ins.)

Die während des Einspinnvorganges ablaufenden Verhaltensweisen werden bei Formica pratensis Retz. genau untersucht und mit anderen Ameisenarten verglichen.

• 1 Die Larve führt vor der Sekretabgabe Suchbewegungen aus, wodurch die Pflegerinnen veranlaßt werden, sie in vorher zusammengetragenes, feines Nestmaterial zu legen. Hier läßt sie eine Mulde entstehen, die ihr die Orientierung beim Kokonbau erleichtert.
• 2 Zum Kokonbau ist Nestmaterial unbedingt erforderlich; Licht als nestfremder Faktor verhindert die Gespinstanfertigung nicht.
• 3 Beim Kokonbau lassen sich drei Phasen unterscheiden: a) Anlage des Gerüstes durch Verbindung einzelner Nestpartikel zu einem strumpfförmigen Gebilde; b) Anfertigung des Außenkokons durch Abdichten der im Gerüst vorhandenen Poren; c) Bau des Innenkokons durch Spinnen von Achtertouren, wobei zunächst ein Kokonpol mit der dazugehörigen Kokonhälfte angefertigt wird und erst nach Drehung urn die Querachse der andere Pol.
• 4 Drehbewegungen um Quer- und Längsachse kommen in alien Phasen des Kokonbaues vor.
• 5 Die Achtertour wird regelmäßig durch eine Absteifbewegung, die der Formung des Kokons dient, unterbrochen.
• 6 Das plastische Verhalten der Larven beim Kokonbau wird aufgezeigt. Die Verhaltensweisen werden anhand eines Reiz-Wirkungsschemas diskutiert.

     

Interactions between Plants and Epiphytic Bacteria Regarding Their Auxin Metabolism VI. The Influence of the Epiphytic Bacteria on the Content of Extractable Auxin in the Plant

Sterile plants of maize, pea, and cucumber contain less auxin (extracted with methanol or ether) than nonsterile ones. The auxin content is restored within one day by reinfecting sterile plants (or only the shoots, with roots and culture medium remaining sterile) with epiphytic bacteria strains able to produce IAA or with soaking water of nonsterile seeds. Reinfection with bacteria, strains unable to produce IAA is ineffective. — The possibility of a bacterial auxin production during methanol extraction was excluded.     

Untersuchungen zur Inkompatibilitt imCulex pipiens-Komplex

Zusammenfassung Bei Kreuzungen zwischenCulex pipiens-Popalationen verschiedener geographischer Herkunft werden drei Kreuzungstypen festgestellt: normale Kreuzbarkeit, reduzierte Kreuzbarkeit und Inkompatibilitt (Nichtkreuzbarkeit). Die drei Kreuzungstypen sind mit Hilfe der Embryonierungsrate, der Schlüpfrate und der entstehenden Nachkommenschaft gegeneinander abgrenzbar. Bei Inkompatibilitt sind 99,9% der Embryonen letal, und etwa 0,1% der Tiere schlüpfen und sind fertile, diploide Weibchen.Die Aktivierung des Eies und der Entwicklungsansto\ erfolgt durch das Spermium. Das Spermium gelangt nicht zur Karyogamie mit dem Pronucleus. Es liegt induzierte, meiotische Parthenogenese vor.Die diploiden, parthenogenetischen Weibchen gehen aus einer Oocyte 2. Ordnung oder aus Teilungsprodukten einer Oocyte 2. Ordnung hervor. Die letalen Embryonen sind haploid. Das Spermium beteiligt sich nicht am Aufbau des Embryos. Nach Aktivierung des Eies wird das Spermium im Eiplasma resorbiert, whrend der haploide Pronucleus einen rein haploiden Embryo aufbaut.Bei einigen Kreuzungen entwickeln sich bis zu 75% der Embryonen bis zum Stadium der histologischen Differenzierung der Organe. Die Embryonen zeigen noch einige Stunden nach dem normalen Schlüpftermin Muskelkontraktionen, vermögen die Eihülle jedoch nicht zu sprengen.Die DNS-Verteilungen von Interphasekernen der letalen Embryonen liegen zwischen den Werten C und 2C für haploide Zellen. ltere Embryonen besitzen in geringem Ma\e höhere DNS-Werte als 2C. Whrend der histologischen Differenzierung der Organe liegen in diploiden Kontrollembryonen und in letalen Embryonen die Ploidiestufen C, 2C, 4C, 8C and 16C vor. Bei inkompatiblen Kreuzungen wird das in das Ei eindringende Spermium cytophotometrisch nachgewiesen. Die Wanderung des Spermiums im Ei wird untersucht.In Normalkreuzungen wird nur ein geringer Grad von Polyspermie festgestellt. Monound Dispermie sind am hufigsten. Es werden die Möglichkeiten diskutiert die zur Blockierung der Karyogamie in inkompatiblen Kreuzungen führen können.

---

Investigations on the incompatibility in theCulex pipiens-complex

Summary In crosses between populations of the mosquitoCulex pipiens of different geographical origin three crossing types have been found (1) crosses with normal offspring (2) crosses with reduced offspring and (3) crosses that show almost total incompatibility. In the case of incompatible crosses 99.9% of the embryos are lethal and only about 0.1% of the embryos hatch and develop to fertile diploid females. Based on genetical and cytological data it is argued that induced meiotic parthenogenesis takes place. The sperm does not play any part in the production of the diploid females and the lethal embryos. After the activation of the egg the sperm moves to the center of the egg but it does not succeed in fusing with the pronucleus. As a result the pronucleus starts to develop into a haploid embryo in about 99.9% and only in a few cases the diploidy is restored by a change in the meiotic process in the egg. Up to 75% of the haploid embryos develop to the stage of histological differentiation. The frequency distribution of the DNA in interphase nuclei of these embryos shows a maximum at C and 2 C characteristic for haploid cells. The absence of ploidy classes higher than 2 C in the early embryos is in agreement with the assumption of pure haploidy. After histological differentiation ploidy classes C to 16 C can be found in tissues that show endomitotic growth. The development of the haploid embryos is described. It has been shown through cytophotometric methods that in incompatible crosses entrance of the sperm into the egg takes place. In normal crosses polyspermy is rather rare, monospermy and dispermy are most common. The blocking of the sperm in incompatible crosses is discussed.

---

---

Teil einer Dissertation der Math.-Nat. Fakultt der Universitt Mainz. Herrn Prof. Dr. H. Laven danke ich für die Bereitstellung des Untersuchungsmaterials sowie für die Anregungen bei der Durchführung der Arbeit.