Die Mitochondrien vonChlamydomonas reinhardii

Zusammenfassung Dreidimensionale, maßstabgetreue Modelle, die nach elektronenmikroskopischen Bildern von Serienschnitten konstruiert wurden, zeigen, daß in den Zellen vonChlamydomonas reinhardii nur ein geringer Teil der Mitochondrien eine einfache rundliche oder ellipsoidale Form hat. Die meisten Mitochondrien sind langgestreekt und weisen charakteristische Einschnürungen und Verzweigungen auf. Die Einschnürungen sind mitunter so schmal, daß es nicht sicher ist, ob der innere Teil der Mitochondrienhülle noch einen einzigen Innenraum umschließt oder ob das betreffende Mitochondrium 2 getrennte Räume enthält. Durch ihre Verzweigungen können die Mitochondrien Gesamtlängen erreichen, die weit größer sind als die jeweiligen Zelldurchmesser. Die verästelte Form der Mitochondrien kann dazu führen, daß Mitochondrienanschnitte, die in einem Einzelschnitt sogar an entgegengesetzten Zellpolen auftreten, tatsächlich Teile ein- und desselben Mitochondriums sind. Die wirkliche Zahl der Mitochondrien pro Zelle ist infolge dieser besonderen Gestaltung erheblich geringer als man sie aufgrund der Beobachtung von Einzelbildern schätzen würde. Sie betrug in 2 durch Serienschnitte vollständig erfaßten Zellen (+Gameten) 9 bzw. 14 Mitochondrien. Es wird diskutiert, ob bei einer streptomycinbedürftigen Mutante vonChlamydomonas reinhardii die Zuordnung des sd-Gens zum Mitochondrien-Genom in Einklang mit den hier gewonnenen Ergebnissen steht.

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The mitochondria ofChlamydomonas reinhardii

Summary Three-dimensional scale models constructed on the basis of serial section electron microscopy showed that only a little fraction of the mitochondria in the cells ofChlamydomonas reinhardii has a simple spherical or elliptical shape. Most of the mitochondria are elongated, and show characteristical constrictions and branchings. Sometimes the constrictions are so narrow, that it seems not sure whether the inner part of the envelope of a mitochondrion surrounds one single space or whether there are two separate spaces within the mitochondrion concerned. By their branchings the mitochondria can reach overall-lengths much longer than the diameter of the cell. The branched shape of the mitochondria may lead to the result, that profiles of mitochondria occurring in a single section even at opposite poles of the cell are in fact parts of the same mitochondrion. Caused by this exceptional shape, the actual number of mitochondria per cell is considerably smaller than one would estimate from the observation of single electron micrographs. We counted 9 and 14 mitochondria resp. in 2 cells (+ gametes), both completely included in a series of consecutive sections. It is discussed, whether in a streptomycindependent mutant ofChlamydomonas reinhardii the association of the sd-gene with the mitochondrion-genome is in agreement with the results obtained in this study.

     

PCBs and other toxicants inMysis relicta

This research considers the role ofMysis relicta in the recycling of toxic organics in the Lake Michigan ecosystem. Mysids were collected at a station 20 km offshore of Grand Haven, Michigan in spring, summer, and autumn and then size-sorted. In October 1980 and May 1981, plankton samples were collected in two size categories: >78 µm and >156 µm. Mysid fecal pellets andPontoporeia hoyi were collected in May 1981 while a fourhorn sculpin (Myoxocephalus quadicornis) was collected in October 1980. Concentrated extracts of all samples were analyzed for chlorinated hydrocarbons using electron capture gas chromatography. Toxic organics detected were, in order of concentration: PCB, DDE, dieldrin, -chlordane, and HCB. DDT, DDD, and -chlordane were detected less frequently. PCB concentrations in mysids were similar to those observed in their plankton diet and there was no evidence of increased bioaccumulation with increased mysid age. Dieldrin and DDE generally occurred in higher concentrations in older than in younger mysids. Dieldrin concentrations were lower in the plankton than in mysids. Certain toxicants (PCBs, DDD, dieldrin, and -chlordane) occurred in higher concentrations inPontoporeia hoyi than in mysids. Concentrations in the sculpin generally were intermediate to those in amphipods and mysids. Our study suggests that mysids have a significant role in the recycling of toxic organics and that the characteristic pathways vary with the contaminant.     

Pigmentanalytische Untersuchungen anOenothera

Zusammenfassung Eine alsalbivelutina-Typ bezeichnete Gruppe von Oenotherenbastarden mitOe. lamarckiana als dem einen Elternteil zeichnet sich durch periodische Ausbleichungserscheinungen des Laubes (Bastardbleichheit) aus, weil dielamarckiana-Plastiden mit dem jeweiligen Bastardgenom nicht harmonieren. Als charakteristischer Vertreter dieser Gruppe wurdeOe. (lamarckiana×hookeri) velans· ^h hookeri pigmentanalytisch untersucht. Vergleichsweise wurden auch die den ausbleichenden Pflanzen desalbivelutina-Typs nächstverwandten grünen Formen bezüglich ihres Pigmentgehaltes und ihrer Pigmentzusammensetzung überprüft.Bei den grünen Formen (z. B.Oe. biennis) zeigt sich beim Vergleich von Pflanzen, die unter Schwachlichtbedingungen (2500 Lux) gezogen wurden, mit solchen aus dem Gewächshaus und vom Freiland, daß mit zunehmender Beleuchtungsintensität eine deutliche Abnahme des Pigmentgehaltes eintritt. Damit verbunden ist eine Zunahme der Verhältniswerte von Chlorphyll a: Chlorophyll b und von Xanthophyll: Carotin, hingegen eine Abnahme von Qa+bc+x.Die Reaktionen der ausbleichendenvelans· ^h hookeri auf eine Verstärkung der Beleuchtung sind sowohl in den grünen wie in den blassen Perioden grundsätzlich denen der normal grünen Pflanzen analog. Die Erhöhung der Beleuchtungsintensität bewirkt jedoch in blassen Blatteilen eine prozentual stärkere Pigmentabnahme als in den grünen.Der Ausbleichungsvorgang ist beivelans· ^h hookeri mitlamarckiana-Plastiden, abgesehen von der Abnahme des Gesamtpigmentgehaltes, die im Extremfall 90% des Normalwertes betragen kann, dadurch charakterisiert, daß Chl. a stets stärker von der Störung betroffen wird als Chl. b (Absinken von ab), daß die Xanthophylle sich als bedeutend stabiler erweisen als das Carotin (starker Anstieg des Qxc) und daß die Chlorophylle stärker abgebaut werden als die gelben Pigmente (Abnahme von a+bc+x). Dies zeigt sich schon deutlich, wenn man Blätter die in grünen oder in blassen Perioden, also zu recht verschiedenen Zeiten und unter Umständen nicht völlig gleichen Umweltsbedingungen, gebildet werden, miteinander vergleicht. Noch klarer zeigt sich das aber bei Sektorialchimären (mit zwei verschiedenen Plastidensorten in ein und derselben Pflanze), bei denen grüne und blasse Teile derselben Blätter zur gleichen Zeit analysiert werden können.Mit 4 Textabbildungen     

Regioselectivity of CYP2B6: homology modeling,molecular dynamics simulation,docking

Human cytochrome P450 (CYP) 2B6 activates the anticancer prodrug cyclophosphamide (CPA) by 4-hydroxylation. In contrast, the same enzyme catalyzes N-deethylation of a structural isomer, the prodrug ifosfamide (IFA), thus causing severe adverse drug effects. To model the molecular interactions leading to a switch in regioselectivity, the structure of CYP2B6 was modeled based on the structure of rabbit CYP2C5. We modeled the missing 22-residue loop in CYP2C5 between helices F and G (the F-G loop), which is not resolved in the X-ray structure, by molecular dynamics (MD) simulations using a simulated annealing protocol. The modeled conformation of the loop was validated by unconstrained MD simulations of the complete enzymes (CYP2C5 and CYP2B6) in water for 70 and 120 ps, respectively. The simulations were stable and led to a backbone r.m.s. deviation of 1.7 A between the two CYPs.The shape of the substrate binding site of CYP2B6 was further analyzed. It consists of three well-defined hydrophobic binding pockets adjacent to the catalytic heme. Size, shape and hydrophobicity of these pockets were compared to the shapes of the two structurally isomeric substrates. In their preferred orientation in the binding site, both substrates fill all three binding pockets without repulsive interactions. The distance to the heme iron is short enough for 4-hydroxylation and N-deethylation to occur for CPA and IFA, respectively. However, if the substrates are docked in the non-preferred orientation (such that 4-hydroxylation and N-deethylation would occur for IFA and CPA, respectively), one pocket is left empty, and clashes were observed between the substrates and the enzyme.     

Untersuchungen Über die Plastidenentwicklung und Pigmentausstattung der Oenotheren

Ohne Zusammenfassung

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An analysis of the development of plastids and of the chloroplast pigments ofOenothera II. MutatedBiennis-plastids

     

Zur Frage des Aufbaus von Thylakoiden aus Vesikeln

Zusammenfassung In dem Oenotherenbastard Oe. (lamarckiana x hookeri) velans· ^h hookeri mit lamarckiana-Plastiden kommt es infolge einer Disharmonie zwischen Genom und Plastom in den Chloroplasten zu Störungen in der Differenzierung des Thylakoidsystems. Neben langen Thylakoiden und Thylakoidstapeln (Grana) können in ihnen noch Prolamellarkörper, Plastoglobuli und in großer Zahl rundliche Vesikel vorkommen. Die Vesikel können z.T. völlig voneinander isoliert und ungeordnet im Plastidenstroma liegen, z.T. sind mehrere von ihnen deutlich durch Fäden oder Kanäle verbunden.Häufig sind die Vesikel auf Einzelschnitten auch in Reihen angeordnet. Schnittserien zeigen, daß es sich dabei oft um ein unregelmäßiges, flächiges Netzwerk aus zusammenhängenden Vesikeln handelt. Zu solchen netzartigen Flächen können Thylakoidränder, aber anscheinend auch ganze Thylakoide umgestaltet sein. Dies wird auf eine Fixationslabilität von Thylakoiden oder von Thylakoidteilen, bedingt durch die Disharmonie zwischen Genom und Plastom, zurückgeführt.Das Auftreten von in Reihen oder Ebenen angeordneten Vesikeln zu bestimmten Zeiten auch der normalen Chloroplastendifferenzierung wurde schon verschiedentlich festgestellt, und es ist eine weitverbreitete Ansicht, daß dort die großflächigen Thylakoide durch Verschmelzung solcher Bläschen entstehen. Unsere Beobachtungen deuten aber darauf hin, daß auch diese bei der normalen Chloroplastendifferenzierung auftretenden Vesikelreihen aus großflächigen Thylakoiden hervorgehen könnten, die in bestimmten Entwicklungsstadien fixationslabil sind.

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On the formation of thylakoids from vesicles

Summary The Oenothera hybrid Oe. (lamarckiana x hookeri) velans· ^h hookeri with lamarckiana plastids is characterized by a disharmony between genom and plastom. This disharmony results in a disorder of the differentiation of the thylakoid system in the chloroplasts. Besides long single thylakoids and thylakoid stacks the chloroplasts may contain prolamellar bodies, plastoglobuli and many spherical vesicles. Some of these vesicles may be completely separated from one another and may show no recognizable arrangement in the plastid stroma whereas some are sometimes connected by thin fibrils or channels.In single sections the vesicles are frequently lined up in rows. Serial sections show that these rows of vesicles often belong to an irregular flat network of vesicles, all of which are connected with one another. The margins of the thylakoids, and apparently also whole thylakoids, may be transformed into such networks. Such a transformation can be attributed to an instability of the thylakoids as a whole or of parts of them during the fixation process. This instability may be caused or increased by the disharmony between genom and plastom.The occurrence of vesicles lined up in rows or planes in certain stages, even during the differentiation of the normal chloroplasts, was repeatedly observed, and it is a widespread opinion that there the expanded thylakoids are formed by the fusion of such vesicles. However, our observations indicate that during the normal differentiation of chloroplasts the thylakoids may also be temporarily unstable and may then be transformed into planes or rows of vesicles under the influence of the fixation agents.

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Herrn Prof. Dr. Leo Brauner zum 70. Geburtstag gewidmet.     

Computational sidechain placement and protein mutagenesis with implicit solvent models

Structure prediction and computational protein design should benefit from accurate solvent models. We have applied implicit solvent models to two problems that are central to this area. First, we performed sidechain placement for 29 proteins, using a solvent model that combines a screened Coulomb term with an Accessible Surface Area term (CASA model). With optimized parameters, the prediction quality is comparable with earlier work that omitted electrostatics and solvation altogether. Second, we computed the stability changes associated with point mutations involving ionized sidechains. For over 1000 mutations, including many fully or partly buried positions, we compared CASA and two generalized Born models (GB) with a more accurate model, which solves the Poisson equation of continuum electrostatics numerically. CASA predicts the correct sign and order of magnitude of the stability change for 81% of the mutations, compared to 97% with the best GB. We also considered 140 mutations for which experimental data are available. Comparing to experiment requires additional assumptions about the unfolded protein structure, protein relaxation in response to the mutations, and contributions from the hydrophobic effect. With a simple, commonly-used unfolded state model, the mean unsigned error is 2.1 kcal/mol with both CASA and the best GB. Overall, the electrostatic model is not important for sidechain placement; CASA and GB are equivalent for surface mutations, while GB is far superior for fully or partly buried positions. Thus, for problems like protein design that involve all these aspects, the most recent GB models represent an important step forward. Along with the recent discovery of efficient, pairwise implementations of GB, this will open new possibilities for the computational engineering of proteins.     

Cortical Source Analysis of High-Density EEG Recordings in Children

EEG is traditionally described as a neuroimaging technique with high temporal and low spatial resolution. Recent advances in biophysical modelling and signal processing make it possible to exploit information from other imaging modalities like structural MRI that provide high spatial resolution to overcome this constraint¹. This is especially useful for investigations that require high resolution in the temporal as well as spatial domain. In addition, due to the easy application and low cost of EEG recordings, EEG is often the method of choice when working with populations, such as young children, that do not tolerate functional MRI scans well. However, in order to investigate which neural substrates are involved, anatomical information from structural MRI is still needed. Most EEG analysis packages work with standard head models that are based on adult anatomy. The accuracy of these models when used for children is limited², because the composition and spatial configuration of head tissues changes dramatically over development³. In the present paper, we provide an overview of our recent work in utilizing head models based on individual structural MRI scans or age specific head models to reconstruct the cortical generators of high density EEG. This article describes how EEG recordings are acquired, processed, and analyzed with pediatric populations at the London Baby Lab, including laboratory setup, task design, EEG preprocessing, MRI processing, and EEG channel level and source analysis.