Showing papers by "University of Konstanz published in 1969"

Metabolic Differentiation of Distinct Muscle Types at the Level of Enzymatic Organization

Abstract: Metabolic differentiation of muscle tissue may be understood from the viewpoints of quantitative and qualitative adaptation. Quantitatively, it is the consequence of a balance of input of chemical energy and output of mechanical work in the myofibrillar apparatus. Qualitatively, it is the expression of an adjustment to the functional characteristics of the muscle, such as the quality and temporal pattern of energy expenditure (e.g. steady and continuous, steady and discontinuous or dicontinuous performance of work. The kinds of metabolic differentiation possible are based on the fact that muscle cells may draw energy from the oxidation of various fuels. The caloric values of the various fuels determine their different theoretical maximum energy-yields. The nature of the fuel also determines the type of its metabolism, especially with regard to an obligatory or nonobligatory aerobic catabolism. Energy-output in cell metabolism depends finally on the catabolic rate. Nature of the fuel, type of metabolism and catabolic rate thus represent fundamental elements in metabolic differentiation.

Transport phenomena in membranes.

Abstract: The realization that many elementary biological processes occur at membrane-like structures has led to renewed interest in the theory of molecular transport through membranes. Coupling phenomena in membranes, some of which are very complex, can now be rationally described with the aid of the thermodynamics of irreversible processes. The investigation of theoretical membrane models has proved a valuable complement to the thermodynamic method.

Neuromuskuläre Aktivität bei verschiedenen Verhaltensweisen von drei Grillenarten

Abstract: Verschiedene Verhaltensweisen dreier Grillenarten wurden auf akustischem und elektrophysiologischem Wege untersucht. 1. Lock- (LG), Rivalen- (RG) und Werbegesang (WG) stimmen in wesentlichen Parametern uberein. Gleichartige Silben formen die LG- und RG-Verse; der Hauptlaut des WG („Zick“) entspricht dem auf eine Silbe reduzierten LG-Vers und unterbricht die leiseren Tone des Gesanges. 2. Die Lautstose werden bei der Einwartsbewegung der Deckflugel hervorgebracht; dabei spielt die Binwartsneigung der Lamellen auf der Schrilleiste eine entscheidende Rolle. 3. Zwei antagonistische Muskelgruppen des Mesothorakalsegmentes drehen die Flugel aus- und einwarts. Im LG und RG wechseln sie sich ab; im WG unterbrechen die Einwartsbeweger die tonische Aktivitat der Auswartsbeweger nur in langeren, gleichbleibenden Intervallen. 4. Innerhalb eines LG-Verses nehmen die Abstande zwischen aufeinanderfolgenden Kontraktionen eines Muskels gesetzmasig zu; die Verlangerung ist fast ausschlieslich auf die Einwartsphase beschrankt. Die Lange des Intervalles des ersten und letzten Zyklus eines Verses ist konstant und unabhangig von der Zahl der Kontraktionen pro Vers. 5. Im Vers steigt die Muskelaktivitat von Zyklus zu Zyklus an und zwar in einer fur alle untersuchten Muskeln annahernd gleichen Weise. Zwischen den homologen Muskeln der beiden Korperseiten besteht eine besonders enge Koppelung. 6. Die Gesangsmuster sind vermutlich das Ergebnis zweier zentraler Oszillatoren: eines langsamen (3–4 Hz), der die Versfolge, und eines schnellen (30 Hz), der die Silbenfolge determiniert (Abb. 28). 7. Das neuronale Netzwerk oder die Neurone, welche die strukturelle Basis der geforderten Oszillatoren darstellen, mussen im Komplex des Pro- und Mesothorakalganglions gesucht werden. 8. Flug-, Lauf- und Atmungsbewegungen scheinen ebenfalls an diese Oszillatoren angekoppelt zu werden (Abb. 28).

Electrical and mechanical responses of chromatophore muscle fibers of the squid, Loligo opalescens, to nerve stimulation and drugs

Abstract: The muscle fibers of brown and red chromatophores in the skin of the squid, Loligo opalescens, respond to motor nerve stimulation with non-propagating excitatory postsynaptic potentials (e.p.s.p.'s) of fluctuating amplitude. Depending on the strength of stimulation several size classes of e.p.s.p.'s are found, indicating polyneuronal innervation. Facilitation and summation are minimal even though the reversal potential of the e.p.s.p.'s is close to zero. Acetylcholine (ACh) and 5-hydroxytryptamine (5-HT) have no effect on membrane characteristics of the muscle fiber, but ACh greatly augments the “spontaneous” quantal release of transmitter [increase in the frequency of miniature postsynaptic potentials (m.p.s.p.'s)] and thereby causes tonic contraction (“miniature tetanus”). 5-HT reduces the frequency of miniature potentials and abolishes tonic contraction. Inhibition of cholinesterase by eserine does not affect the amplitude or time course of e.p.s.p.'s and of m.p.s.p.'s. High concentrations of cholinergic blocking agents (atropine, banthine) reduce the postsynaptic effects of nerve stimulation in some cases. The natural transmitter substance of the motoneurones may not be ACh. The action of 5-HT appears to be intracellular. Neighboring muscle fibers are electrically coupled through low resistance pathways. These are most likely provided by the close junctions that form part of the myo-muscular junctions. The specific membrane resistance of the regular muscle fiber membrane was found to range from 1,056 to 1,320 Ohm×cm2, that of the close junctions ranges from 12.8 to 22.6 Ohm×cm2. The area occupied by close junctions is small, however, and only 10% of the current injected into one cell passes into the next. Some of the e.p.s.p.'s observed in a given muscle fiber most likely represent the electrotonic spread of the e.p.s.p.'s of the neighbor fibers. Of the six classes of e.p.s.p.'s observed in some muscle fibers, only two may originate in these fibers themselves. Chromatophores in aged preparations often exhibit pulsations. These are caused by spike potentials arising within muscle fibers whose membranes have become electrically excitable. Each spike is preceded by a generator depolarization. The electrical coupling of neighboring muscle cells permits conduction of the spike potentials throughout the set of muscle fibers of a pulsating chromatophore. Altered conditions within such preparations also lead to tonic contractions and contractures that are not necessarily accompanied by electrical activity. Several arguments are presented in support of the hypothesis that the “tonic condition” of nerve terminals (characterized by enhanced spontaneous transmitter release) and of muscle fibers (characterized by inability to relax) is due to an abnormal condition of intracellular calcium (lack of Ca-binding by sarcoplasmic reticulum or other storage sites). No evidence could be found for an inhibitory innervation of the chromatophore muscles. The nerve-induced relaxation of tonically contracted muscle fibers is caused by the action of motoneurones. Preliminary experiments on muscle fibers of the anterior byssus retractor muscle of Mytilus support the hypothesis that the tonic behavior (“catch”) of other molluscan muscles is due to mechanisms similar to those found in the chromatophore muscles.

The Reduction of Flavins by Borohydride: 3,4-Dihydroflavin

Abstract: The reduction of flavins by BH4− is slow, but strongly catalyzed by light. The main product of the reaction is 1,5-dihydroflavin, i. e. normal leucoflavin, which is rapidly reoxidized upon admission of air. Under continuous aeration, however, a second reaction, irreversible by oxygen in the dark, becomes dominant yielding a tetrahydroflavin which, upon exhaustive reaction of BH4−, is autoxidized to give a new dihydroflavin of structure I. This compound is stable toward further oxidation in the crystalline state and in solution with organic solvents. Compound I has to be considered as a formal 3,4-dihydroflavin. It is photooxidizable to give starting flavin, reacts very slowly with S2O4= compared to flavoquinone (II), but is easily reduced by EDTA in the presence of light. The compound was also synthesized by an unequivocal route and found identical with the product obtained by BH4−-reduction of lumiflavin. The light absorption spectrum of I shows absorption maxima at about 405, 320, 270, and 220 nm and is practically identical with that of the BH4−-reduction product of the flavoproteins d- and l-amino acid oxidase. The BH4−-reduction products of the amino acid oxidases are catalytically active. From this it follows that position 4 of the flavocoenzyme is not involved in enzymatic dehydrogenation. The first photo-excited triplet state of I has been investigated by optical and electron paramagnetic resonance spectroscopy. The structure of I was elucidated by means of infrared and nuclear magnetic resonance spectroscopy.

Elektronenmikroskopische Untersuchung an der ForaminifereMyxotheca arenilega Schaudinn

Abstract: 1. Die Gameten vonMyxotheca arenilega sind Isogameten, die sich auch in ihrer Feinstruktur nicht voneinander unterscheiden. 2. Bei der Kopulation scheint eine als “Kontaktzone” bezeichnete Struktur eine Rolle zu spielen. 3. Wahrend im Kern der Gameten kein Nucleolus erkennbar ist, bildet das Synkaryon einen Nucleolus aus. 4. Die Kern- und Plasmastrukturen der heranwachsenden Agamonten und Gamonten werden beschrieben. 5. Zentriolen konnten bei den der Gametenbildung (Gametogenese) vorausgehenden Kernteilungen nachgewiesen werden. 6. Die Zentriolen liegen der Kernhulle an und induzieren die Bildung intranuclearer Spindelfasern (Mikrotubuli). 7. Bei der letzten Kernteilung fungieren die Zentriolen als Basalkorper und wachsen zu den Schaften der Geiseln aus. 8. Einige Angaben werden auch uber den Feinbau der Schale und der Rhizopodien gemacht.

Transportphänomene an Membranen

Abstract: Durch die Erkenntnis, das sich zahlreiche biologische Elementarvorgange an membranartigen Strukturen abspielen, hat die Theorie des Molekultransports durch Membranen erneutes Interesse gewonnen. Die Thermodynamik der irreversiblen Prozesse ermoglicht es heute, die zum Teil recht komplizierten Kopplungserscheinungen an Membranen rationell zu beschreiben. Daneben hat sich die Untersuchung theoretischer Membranmodelle als wertvolle Erganzung zur thermodynamischen Methode erwiesen.

Untersuchungen über den energieliefernden Stoffwechsel der Muskeln bei periodischer Lähmung

Abstract: Der Frage nach den energetischen Ursachen periodischer Lahmungen wurde bei einem Patienten mit haufigen, schweren hypokaliamischen Lahmungen sowie daruber hinaus anhaltender Schwache einzelner Muskelgruppen und seltenen, kurzdauernden und leichteren Kaliumanstiegslahmungen mit verschiedenen Methoden nachgegangen. Dabei ergab sich u.a.: 1. Die Provokation hypokaliamischer Lahmungen durch reichliche Kohlenhydratzufuhr sowie durch Glucocorticoide kann durch Natriumentzug und noch zuverlassiger durch Blockade der Aldosteronbildung mit Metopiron und Dexamethason ausgeglichen werden. 2. Durch Muskelarbeit stieg die Lactat- und Pyruvatkonzentration im Venenblut etwa doppelt so hoch wie bei einer gesunden Kontrollperson. 3. Erfolgte die gleiche Arbeitsleistung nach Anregung der Glykogenolyse durch Glucagon- und Adrenalininjektion, so stiegen diese Konzentrationen auf das 4–5fache der Kontrollpersonen an. Gleichzeitig entwickelte sich eine fast vollstandige Tetraplegie. Im spontanen nachtlichen Lahmungsanfall sank dagegen die Lactat-Pyruvatkonzentration gering ab. 4. Bei Muskelarbeit nach Abschnurung der Blutzirkulation entsprach die Lactatproduktion dem Normalen, wahrend die Pyruvatproduktion hinter dieser erheblich zuruckblieb. 5. Der Blutzuckeranstieg ist nach oraler Zuckerbelastung geringer und kurzdauernder als normal. 6. Der Sauerstoffverbrauch stieg nach Adrenalininjektion sowohl in Ruhe wie nach Arbeit unverhaltnismasig stark an und fiel nach Beendigung der Arbeit unter den Ruheumsatz ab. 7. Veranderungen in der Ultrastruktur der Muskelfasern waren gekennzeichnet durch erweiterte sarkoplasmatische Zisternen mit excessiver Ansammlung von Granula in der Nachbarschaft, welche histochemisch nicht von Glykogenpartikeln zuunterscheiden waren. 8. Das Enzymmuster der Muskelfasern wurde aus einer bioptisch entnommenen Probe des M. quadriceps durch Messung der Aktivitaten von 28 Enzymen des energieliefernden Stoffwechsels in zwei verschiedenen Versuchsansatzen bestimmt. Als von der Norm abweichend erwies sich der Aktivitatsgehalt der Hexokinase, der in bezug auf die Enzyme der Glykolyse um den Faktor 4–5 und in bezug auf die Enzyme des Citrat-Cyclus um das 3fache erhoht war. 9. Eine derartige absolut und relativ erhohte Hexokinaseaktivitat weist auf eine gesteigerte Einschleusung von extracellularer Glucose in den Muskel hin und erklart moglicherweise die vermehrte Glykogenablagerung sowie die gesteigerte Glucosetoleranz. Die ungunstige Wirkung kohlenhydratreicher Kost, parenteraler Glucose-, Adrenalin- und Glucagonapplikation werden auf der Grundlage dieser Storung verstandlich. 10. Die Funktionsstorungen der Muskelfasermembranen bei periodischer Lahmung, welche in der hypokaliamischen Lahmung als Versagen der Natriumpumpe (Verhutung durch Natriummangel oder Aldosteronblockade) und bei hyperkaliamischer Lahmung als Versagen der Kaliumpumpe (gestorte Reabsorption von Kalium in die Muskelfaser) imponierten, haben damit moglicherweise eine direkte Ursache im Energiestoffwechsel der Muskelfasern.

Graphensätze für topologische Räume

Abstract: In generalising a closed graph theorem of Dektjarev [5] we show that each almost closed and uniformly almost continuous relation of a quasi-uniform space to a hypercomplete quasi-uniform space is uniformly continuous. The hypothesis of being almost closed is necessary and actually weaker than the requirement that the relation considered has a closed graph. Since each topological space can be quasi-uniformized, one obtains closed graph theorems for topological spaces. As consequences we get an analogous closed graph theorem for locally uniformly almost continuous relations and a theorem concerning the completeness of the range of each continuous uniformly almost open mapping of a hypercomplete space to a uniform space. Finally we prove a closed graph theorem for relations to locally compact spaces without referring to any quasi-uniformization and thus without assumptions and statements concerning uniformity.