Biochemie und Chemie
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Zur Klärung der Frage nach der Beteiligung von Protein-Actinomycin (AMC) -Wechselwirkungen am antibiotischen Wirkungsmechanismus von AMC wurden mit Hilfe von Absorptions-, Fluoreszenz- und Rotationsdispersions-Spektroskopie, sowie Gelfiltration, Gleichgewichts-Dialyse, Ultrazentrifugation und enzymatischen Tests physikalisch-chemische Wechselwirkungen von AMC und Actinocinanalogen mit Ribonuclease, Serumalbumin und einigen SH-Enzymen (ADH, LDH, GAPDH) untersucht. Photochemische Reaktionen wurden ausgeschlossen.
Eine Bildung starker Komplexe wird nur bei pH < 2 beobachtet. Unter quasi-physiologischen Bedingungen des Mediums ergibt sich aus einer Differenzbande im Bereich der Phenoxazin-Absorption schwache Komplexbildung, die bei hohen Proteinkonzentrationen auch durch die gemeinsame Sedimentation von AMC und Protein bestätigt wird. Die Peptid-Lacton-Ringe des AMC und die aromatischen Aminosäuren der Proteine scheinen an der Wechselwirkung nicht beteiligt zu sein (Reaktion mit AMC-Dimeren, Null-Differenzspektrum bei λ ~ 280 mμ). Die Ähnlichkeit im Verhalten von Cystein, Glutathion und SH-Enzymen und der kompetitive Effekt von Cystein bei der AMC-Enzym-Wechselwirkung weisen auf eine Beteiligung von Cystein am Komplex hin.
Eine durch AMC bewirkte Desaktivierung oder Stimulierung von Ribonuclease wird nicht beobachtet. Dagegen tritt im Fall von SH-Enzymen im pH-Optimum eine dem molaren Verhältnis AMC/Enzym proportionale Desaktivierung auf, die durch DNA bzw. RNA nur z. T. aufgehoben wird. Konformationsänderungen sind dabei nicht nachweisbar; die optische Drehung erweist sich als additiv. „Extrinsic“ Cotton-Effekte treten nicht auf.
Die SH-Spezifität des Ribonuclease-Inhibitors legt in Analogie zu den untersuchten SH-Enzymen die Annahme nahe, daß eine AMC-Protein-Wechselwirkung (Blockierung des RNase-Inhibitors) am biologischen Wirkungs-Mechanismus des AMC beteiligt sein könnte.
The ribonucleic acid of reovirus was extracted with 2 M sodium perchlorate solution and spread by the protein monolayer technique. Areas of the monolayer were transferred to support films, rotary shadowed, and observed in the electron microscope. Filaments of RNA obtained by extraction prior to spreading were similar in appearance and in distribution of contour lengths (0.2 to 1.2 μ) to those obtained by phenol extraction of the virus. Most of the filaments resulting from extraction of the virus suspension during spreading on a sodium perchlorate solution, however, were longer than 1 μ. The lengths of the longest filaments exceeded the 5 μ length predicted from chemical data for one single piece of complementary-stranded RNA in the reovirus particle.
The short filaments, 1.2 μ and less in length, fell into a tri-modal pattern of length distribution with peaks at 0.35 μ, 0.60 μ and 1.10 μ. These shorter lengths probably resulted from breakage of the intact RNA during the extraction procedures. The consistently observed pattern of length distribution suggests that they represent relatively stable subunits of the molecule.
Sodium perchlorate extracted reovirus RNA was thermally denatured in formaldehyde prior to spreading by the protein monolayer technique. Length distributions and relative numbers of filaments in the peaks of the tri-modal distribution pattern were similar to those found for unheated material when extracted prior to spreading. This similarity indicates that heating subsequent to extraction produced no further filament breakage. The thin, kinky appearance of the heated filaments, and the appearance of congruent pairs, indicated that heating had separated the strands of the complementary-stranded RNA subunits.
The formation of aliphatic α-amino acids by X-ray induced carboxylation of simple amines or amination of simple carboxylic acids is not favored over the formation of other amino acids. The new carboxylic and amino groups are more or less distributed statistically over the carbon atoms of the starting material. On radiationchemical formation of aliphatic hydrocarbons over C3, therefore, an increasing amount of unusual amino acids is produced. The results are influenced by various parameters such as temperature, pH, concentration, linear energy transfer and total dosis of radiation applied. Also peptides can be formed radiationchemically. However, the formation of greater molecules by radiationchemical processes under the conditions of a primitive earth seems to have only a low probability. The reaction mechanisms of radiationchemical carboxylation and amination are discussed.
Lumineszenz von Hefe
(1968)
Mit äußerst fein dispergiertem 3.4-Benzpyren (=BP**) wurde seine Löslichkeit in Wasser und wäßrigen Nucleotidlösungen fluoreszenz-spektroskopisch neu bestimmt. Wir fanden, daß ATP deutlich größere lösungsvermittelnde Eigenschaften für BP besitzt als ADP oder AMP. Die gesättigte Lösung von BP in ATP-Lösung verliert bei Zugabe von ATP-ase ihre zusätzliche Lösungsvermittlung. Zwischen DNS und BP, jedoch nicht zwischen RNS und BP wird eine Energieübertragung nachgewiesen.
Wir versuchen, aus den Löslichkeitsunterschieden für BP in Nucleotidlösungen den gerichteten Transport des BP von den Mitochondrien zu den kernnahen Bereichen der Zelle über das ATP-Konzentrationsgefälle zwischen diesen Strukturen zu erklären. Die gelbgrüne Fluoreszenz, die sich nach Inkubation mit BP im endoplasmatischen Retikulum zeigt, wird auf kristallines oder dimerisiertes BP bzw. Reaktionsprodukte des Benzpyrenyl-Radikalkations mit nucleophilen Zellstrukturelementen zurückgeführt. Hieraus werden Blockierungs- und Störmodelle der DNS abgeleitet. Auf die Ähnlichkeit dieser Prozesse mit der carcinogenen Wirksamkeit indifferenter Phasengrenzflächen und alkylierender Agenzien wird hingewiesen und die Bedeutung der Symmetrieelemente der Carcinogene bei diesem Prozeß diskutiert.
Wäßrige Sephadex-Gele nehmen Vielfache der in Wasser gelösten Anteile polycyclischer, aromatischer Kohlenwasserstoffe auf, wenn diese als Suspension vorliegen. Beobachtbar ist dieser Effekt an der Erhöhung der Fluoreszenzintensität des gelösten Anteils der Aromaten bei Zugabe von Sephadex-Körnern und anschließender kräftiger Rührung. Verwertbar ist dieses Phänomen zumindest für die Ermittlung der Lage der Emissionsbanden der Kohlenwasserstoffe in Wasser, denn es bestehen nur geringe Unterschiede zwischen den Fluoreszenzsprektren in Sephadex und Wasser. Weiterhin ist beachtlich, daß die carcinogenen Kohlenwasserstoffe nach diesen ersten orientierenden Versuchen, zu einer Gruppe gehören, die eine geringe Diffusionsgeschwindigkeit in das Sephadex-Gel, bei gleichzeitigem Erreichen relativ hoher Endkonzentrationen, besitzen. Der Quotient aus beiden Größen wird daher für die Carcinogene maximal. Nach Desoxycholsäure, Detergentien, Purinen, Desoxynucleinsäuren, Adenosintriphosphat 24 und Proteinen wurde damit gefunden, daß auch Polysaccharid-artige Systeme in der Lage sind, Lösungs-vermittelnd auf Kohlenwasserstoffe in wäßriger Phase zu wirken.
Es verspricht daher, interessant zu werden, an Sephadex, als primitivem Modell von Zellbestandteilen, in der Zukunft standartisierte Kohlenwasserstoff-Suspensionen in dieser Weise zu untersuchen und gleiche Experimente mit stärker hydrophobiertem Gel durchzuführen.
Über den Einfluß der Kationen auf die Kraftkonstanten der WO-Bindung in den Hexaoxowolframaten (VI)
(1970)
The autoxidation of NaSH and Cysteine in the presence of heavy metal ions is accompanied by chemiluminescence due to the formation of O2⊖ or adequate compounds as intermediates. The observation of the luminescence intensity and its time dependence has been used as analytical indication of the occurrence of electron transfer reactions from - SH to O2.
This enabled the study of the influence of different catalytic promoters. The efficiency of different metal ions could easily be demonstrated by their enhancement of light production during the reaction of NaSH with molecular oxygen. Cu (II) as one of the most efficient catalysts was also applied in the form of different complexes. Because it would catalyse the oxidation of cysteine, glutathione and other electron donors of biological interest, the influence of the nature of the ligands of the complexes was investigated. In the case of cysteine only complexes with stability constants of medium strength and planar configuration acted as effective catalysts. Therefore it has to be assumed that for an effective electron transport to the loosely bound oxygen the cysteine molecule has to enter the inner sphere of the complex. The much longer time of luminescence of this reaction (4 -10 min) compared to the short time luminescence caused by free O2H. OH and H2O2 indicates that these intermediates are stabilized by binding to the Cu (II) -complex as in compounds (I), (II) and (III) of oxidizing enzymes.
Um den Mechanismus der Reaktion des Cysteins mit molekularem Sauerstoff in Gegenwart von Komplexen des zweiwertigen Kupfers als Katalysatoren zu ermitteln, wurden Messungen der Chemilumineszenz, der Sauerstoff- und der Cysteinkonzentration in Abhängigkeit von der Zeit vorgenommen. Variation der Konzentration der Reaktionsteilnehmer führte zu Meßergebnissen, die die Aufstellung eines Reaktionsschemas gestattete. Das hieraus abzuleitende System nichtlinearer Differentialgleichungen für die Reaktionsgeschwindigkeiten wurde in einem Analogrechner gelöst, wobei Übereinstimmung zwischen Rechnung und Meßergebnissen sowohl für die Zeitabhängigkeit als auch für die Konzentrationsabhängigkeit gefunden wurde.
Über Natriumhexaoxometallate
(1969)
Über Lithiumhexaoxometallate
(1969)
Thermal denaturation of RNA free coat proteins of tobacco mosaic virus (TMV) was studied for wildtype TMV (vulgare) and the temperature-sensitive mutant, Ni 118. The ability to form soluble aggregates as well as the optical properties (ORD, UV-difference spectra), and the sedimentation behavior were used as criteria for the native state.
At pH 7.5, I= 0.02 denaturation is reversible for both proteins. The ORD data indicate that the denatured proteins contain residual secondary structure. The “melting temperatures”, as defined by ORD measurements (cp = 0.02 mM), are 39.5 ± 1°C for vulgare and 27 ± 1°C for Ni 118 at pH 7.5, I= 0.02. By means of the aggregation test (cp = 0.05 mM) somewhat lower melting temperatures were found under the same solvent conditions. The difference between the primary structures of vulgare and Ni 118 proteins being a proline → leucine (pos. 20) replacement, the results suggest the cyclic structure of proline (20) to have a specific stabilizing function in the three dimensional protein structure. This conclusion is supported by preliminary experiments on a temperature-sensitive mutant with a threonine residue in pos. 20.
Über Li6ReO6
(1969)
Die Ergebnisse einer Selendehydrierung des Cholesterins bei 350°C werden mit Produkten verglichen, die sich aus dem Steroid im aktiviert absorbierten Zustand auf Kieselgel durch Oxydation mit Joddampf bei Raumtemperatur bilden. Alkylsubstituierte Cyclopentenophenanthrene konnten hierbei mit Sicherheit gefaßt werden. Da die äußeren Versuchsbedingungen, im Gegensatz zu allen bisherigen Dehydrierungsversuchen an Steroiden, am ehesten mit physiologischen verglichen werden können (20°C, ein dem freien Sauerstoff entsprechendes Oxydationspotential von ca. +0,4 V und eine aktivierende Grenzfläche), werfen die Ergebnisse ein neues Licht auf die alte Hypothese der endogenen Bildung carcinogener Kohlenwasserstoffe im Organismus.
Der erleichterte Reaktionsverlauf im Adsorpt wird durch Erhöhung der Adsorptionswärme im Zuge der Aromatisierung erklärt.
DNA points accumulation for imaging in nanoscale topography (DNA-PAINT) is a super-resolution technique with relatively easy-to-implement multi-target imaging. However, image acquisition is slow as sufficient statistical data has to be generated from spatio-temporally isolated single emitters. Here, we trained the neural network (NN) DeepSTORM to predict fluorophore positions from high emitter density DNA-PAINT data. This achieves image acquisition in one minute. We demonstrate multi-color super-resolution imaging of structure-conserved semi-thin neuronal tissue and imaging of large samples. This improvement can be integrated into any single-molecule microscope and enables fast single-molecule super-resolution microscopy.
Steroid initiated enzyme induction (Δ5-Ketosteroid-Isomerase, 3α-Hydroxysteroid-Dehydrogenase, and 3β.17β-Hydroxysteroid-Dehydrogenase) in Pseudomonas testosteroni was investigated with respect to the kinetics of induction, operon control of the induced enzymes, and the relative strengths of various inducers. The induction process was followed indirectly by selective inhibition of different stages in the protein synthetic pathway. Comparisons between bacterial and mammalian steroid induction are discussed.
Wir ermittelten die Geschwindigkeitskonstanten sowie die Arrhenius sehen Aktivierungsenergien und Aktionskonstanten der alkalischen Hydrolyse einer Reihe von Di- und Tripeptiden. Die zur Gewinnung der kinetischen Daten führende quantitative Analyse der Hydrolysate gelang, indem die Peptide vor ihrer Hydrolyse geeignet mit 14C markiert, die Hydrolysate mit Hilfe der Papierchromatographie bzw. der Zonenelektrophorese getrennt und die isolierten Hydrolyseprodukte auf Grund ihrer Radioaktivität quantitativ bestimmt wurden.
Der zeitliche Verlauf der alkalischen Hydrolyse von Di- und Tripeptiden wird durch ein Zeitgesetz 1. Ordnung bezüglich des Peptids und bezüglich der Hydroxylionen dargestellt. Die Abstufungen der Aktivierungsenergien, die den einzelnen Peptidbindungen in Di- und Tripeptiden zugeordnet sind, lassen sich durch die Annahme deuten, daß die Hydrolyse nach dem BAC 2-Mechanismus verläuft. Die Aktionskonstanten wachsen, wenn auch nicht regelmäßig, mit den Aktivierungsenergien.
The TOM complex is the main entry point for precursor proteins into mitochondria. Precursor proteins containing targeting sequences are recognized by the TOM complex and imported into the mitochondria. We have determined the structure of the TOM core complex from Neurospora crassa by single-particle cryoEM at 3.3 Å resolution, showing its interaction with a bound presequence at 4 Å resolution, and of the TOM holo complex including the Tom20 receptor at 6-7 Å resolution. TOM is a transmembrane complex consisting of two β-barrels, three receptor subunits and three short transmembrane subunits. Tom20 has a transmembrane helix and a receptor domain on the cytoplasmic side. We propose that Tom20 acts as a dynamic gatekeeper, guiding precursor proteins into the pores of the TOM complex. We analyze the interactions of Tom20 with other TOM subunits, present insights into the structure of the TOM holo complex, and suggest a translocation mechanism.
Interactions of eosin with three different substrates, β-lactoglobuline, bovine serum albumin and cysteine, in aqueous solutions of pH 7 under illumination with light of wavelengths 5200—5400 Å are investigated by changes in absorption spectrum characteristics, SH-group activities and phosphorescence intensities.
Only with bovine serum albumin the major part of protein conversion, as shown by spectral changes and diminution of SH-groups due to eosin-sensitized photo-oxidation. In β-lactoglobuline an oxidizing photoreaction occurs, by which eosin is vanishing to the same degree as the protein shows loss of SH-groups and spectral alterations indicating attack on aromatic amino acid residues. There is no red shift of the eosin absorption band at 5170 Å as is observed in solutions of bovine serum albumin, where the intensity of phosphorscence is about 100 fold compared with the intensity obtained by solutions of β-lactoglobulin.
The aerobic eosin photoreaction in solutions of β-lactoglobulin is faster than aerobic photobleaching of the dye. Still faster is its bleaching photoreaction with cysteine, which is nearly independent of oxygen.
In wäßrig gepufferten Mitochondrien-Suspensionen konnte ein selektives Lösungsvermögen für carcinogene Kohlenwasserstoffe mit Hilfe fluoreszenz-spektroskopischer Messungen festgestellt werden. Gleichzeitig wird eine starke Verminderung der Atmung der Mitochondrien durch die Einwirkung der gelösten, polycyclischen Aromaten beobachtet. Nicht carcinogene Kohlenwasserstoffe werden weder gelöst, noch zeigen sie einen Einfluß auf die Atmung. Sehr schwer lösliche Carcinogene und schwächer wirksame Kohlenwasserstoffe werden in den angewandten Versuchszeiten weder gelöst, noch vermindern sie die Geschwindigkeit des Sauerstoffverbrauchs.
Mitochondrien älterer, oder mit Vitamin B2-Mangel behafteter Tiere zeigen erhöhte Depression der Atmung bei Zugabe von DMBA bzw. 3.4-Benzpyren.
Es wird versucht, diese Effekte einer reinen Promotor-Aktivität der polycyclischen, aromatischen Kohlenwasserstoffe zuzuschreiben, die an den Strukturelementen der Zellatmung (Mitochondrien) einsetzt.
Glycol causes a denaturation of the DNA double helix structure in solution. As could be shown earlier, heat denaturation of DNA leads to an increased dimerization of thymine following uvirradiation. In contrast to this, thymine dimer is not increased - but is even slightly decreased - when DNA is uv-irradiated in the presence of glycol. These results are discussed with regard to the distortion of the hydration layer and the hydrophobic stacking of bases, as influenced by glycol.
In order to determine the intermolecular forces in the process of the heat aggregation of globular proteins in solution, selected proteins with different amounts of disulfide- and thiolgroups were investigated by specific inhibition experiments and by degradation analysis, using lightscattering and ultracentrifugation methods.
In accordance with the mechanism of the heat aggregation, which in general (SH —SS-proteins) may be characterized as a coupled coagulation- and exchange-reaction, auxiliary valences and covalent bonds take part in the aggregation process.
Besides the pʜ-range of lanthionine-formation, the coagulation-mechanism by weak intermolecular forces exceeds the covalent type of aggregation.
If only one of the sulphur functional groups is present in the protein molecules the aggregation is merely the result of the coagulation-mechanism, i. e. the degradation by urea, guanidine·HCl, variation of pʜ etc. leads back to the monomer.
In the case of SH —SS-proteins the degradation rate depends on the temperature and duration of aggregation: In the range of predenaturation and under isoelectric conditions the native monomer is restored while increasing net charge leads more and more to covalently bound aggregates which are due to disulfide- and lanthionine-groups. High alkalinity promotes the formation of lanthionine.
Regarding the weak intermolecular bonds the application of specific criteria in degradation and inhibition experiments proves that Η-bonds and hydrophobic interactions participate in the aggregation process while ion pair bonds may be excluded. The hydrophobic interactions do not become apparent, until partial denaturation of the aggregating protein takes place.
The proportion of the total aggregation at extreme pʜ-values which is produced by the coagulation mechanism may be explained in a tentative way by assuming specific electrostatic short range interactions between the partially dehydrated molecules, leading to fibrillar associates.
A study on the effect of UV-irradiated polyuridylic acid on the incorporation of phenylalanine into the polypeptide precipitable through trichloroacetic acid, in a cell-free system from E. coli was made. Attempts were made to reactivate the UV-inactivated polyuridylic acid through hydrogen peroxide, uranyl acetate and visible light. We could show that polyuridylic acid irradiated at a dose of 1.2 ×105 ergs/mm2 could be completely reactivated, while the one irradiated at a higher dose of 2.4 ×105 ergs/mm2 could not be completely reactivated under the conditions of our experiment. We have studied the effects of hydrogen peroxide and uranyl acetate on UV-irradiated polyuridylic acid chemically as well. Our results altogether show that the photoreactivating effect of uranyl acetate and hydrogen peroxide is due to their ability to split the uracil dimers formed during UV-irradiation.
The kinetic data of the hydrolysis of some serine peptides in diluted hydrochloric acid and in pure water and of the rearrangement of O-glycyl-DL-serine to glycyl-DL-serine were determined.
The hydrolysis of glycyl-DL-serine and DL-alanyl-DL-serine proceeds surprisingly rapidly in pure water as compared with the hydrolysis of those peptides in 0.5 N hydrochloric acid as well as the hydrolysis of glycyl-DL-alanine in purely aqueous solution. The O → N migration of the glycyl residue in O-glycyl-DL-serine which probably is an intermediate in the cleavage of glycyl-DL-serine in purely aqueous solution represents a three center reaction in which the nucleophilic attack on the O-peptide and peptide bond, respectively, involves a free basic amino group. The analogy between the serine peptide interconversion and the hydrolysis catalyzed by certain proteolytic enzymes is referred to.
Under the conditions of freeze drying are formed in hydrochloric acid solutions of DL-alanyl-DL-serine O-peptide and depsipeptide.
The carcinogenic hydrocarbon 3.4-benzopyrene is soluble in aqueous solutions of different proteins. The solubilities are easily determined by the fluorimetric method. The fluorescence o. the hydrocarbon in the protein solutions is not quenched by molecular oxygen. Nevertheless only in presence of air (oxygen) an irreversible decrease of the fluorescence intensity occurs under irradiation with UV-light of wavelength 366 mμ, which is considerably faster than under nitrogen or in solutions of the hydrocarbon in ethanol or aqueous caffeine.
In the systems investigad, a correlation was found between the half-life period of the reaction and the SH-group activities. The participation of protein-SH-Groups in the 3.4-benzopyrene photoreaction is demonstrated by ampèrometric Ag⊕-titrations.
The influence of protein denaturation and inhibiting additives on the photoreaction are investigated by the fluorimetric method.
Irradiation- and oxygen-dependence of the reaction are analogous to the observations of photodynamic action and skin cancer induction by 3.4-benzopyrene.
By 366 mµ irradiation of β-lactoglobuline solutions containing 3.4-benzopyrene the heatdenaturation characteristics of the protein are changed. The same changes are produced without 3.4-benzopyrene by UV-light of the wavelength 280 mµ. Treatment of the β-lactoglobuline solutions with an amount of cigarette smoke, which certainly does not contain 3.4-benzopyrene in sufficient concentration, acts in the same direction.
Along with the changes in the protein properties the typical fluorescence of 3.4-benzopyrene vanishes. The hydrocarbon does not act as a catalyst in photodynamic action, but is chemically altered as well as the protein, at least in the system under investigation.
1- (2̸.3′.4′-O-Triacetyl-1.β-D-glucopyranosyl) 3-carboxamido-pyridiniumchlorid wird aus α-1-Chlor-2.3.4-O-triacetyl-glucopyranose und Nikotinamid hergestellt. Die freie Hydroxylgruppe in 6-Stellung der Glucose wird mit Phosphoroxychlorid verestert. Durch Acylwanderung entsteht außerdem ein isomeres Produkt. Die Acetylgruppen lassen sich sauer verseifen. Durch Kondensation mit Adenosinmonophosphat erhält man ein Gemisch beider Nikotinamidglucosid-Adenin-Dinucleotid-Isomerer. Die Verbindungen sind trotz hoher Affinität zu nucleophilen Agentien auf Grund der sterischen Konfiguration enzymatisch inaktiv.
Nach Kultivierung von Enterococcus Stei mit 14C-markiertem 5-Chlor-, 5-Brom- oder 5-Jod-Uracil wurde aus den Zellen die DNS isoliert und hoch gereinigt. Durch UV-Bestrahlung dieser DNS in wäßriger Lösung werden die eingebauten 5-Halogen-Uracile photochemisch verändert. Beim Abbau dieser bestrahlten DNS findet man neben geringen Mengen nicht-identifizierter Photoprodukte als überwiegendes Strahlenprodukt nach Hydrolyse mit Perchlorsäure Uracil und nach fermentativem Abbau Uracildesoxyribosid. Die Dehalogenierung von BU und JU in der DNS verläuft in Abhängigkeit von der Bestrahlungsstärke etwa gleich schnell, während CU sehr viel langsamer dehalogeniert wird.
Die photochemische Dehalogenierung des BU erfolgt in der nativen DNS am leichtesten, weniger gut in der Hitze-denaturierten DNS und nur in geringem Maße in der Apurinsäure.