Chemistry and Physiology of Mitochondria and Microsomes

144 Pages·1954·8.549 MB·German

by  Olov Lindberg, Lars Ernster (auth.)

PROTOPLASMATOLOGIA
HANDBUCH
DER PROTOPLASMAFORSCHUNG
HERAUSGEGEBEN VON
L. v. HElLBRUNN F. WEBER
UND
PHILADELPHIA GRAZ
MITHERAUSGEBER
W. H. ARlSZ·GRONINGEN · H. BAUER-WILHELMSHAVEN · ]. BR,\CHET
BRUXELLES · H. C. CALLAN-ST. ANDREWS · R. COLLANDER-HELSINKI ·
K.DA'l·TOKYO · KFAURE-FREMIET-PARIS · A.FREY-WYSSLING-ZCRICH·
L. GEITLER·WIE:N · K. HbFLER -WIEN · M. H. JACOBS-PHILADELPHIA ·
D. MAZIA-BERKELEY ·A. MO'lltOY-PALERMO · ]. RlJNNSTRbM-STOCKHOLM ·
W. J. SCHMTDT · GIESSEN · S. STRUGGER · MiJNSTER
BAND III
CYTOPLASMA - ORGANELLEN
A
CHONDRIOSOMEN, MIKROSOMEN, SPHAEROSOMEN
4
CHEMISTRY AND PH1SIOLOGY OF MITOCHONDRIA AND MICROSOMES
SPRINGER-VERLAG WIEN GMBH 1954
CHEMISTRY AND PHYSIOLOGY
OF MITOCHONDRIA AND MICROSOMES
BY
OLOV LINDBERG AND LARS ERNSTER
WENNER-GREN'S INSTITUTE WENNER-GREN'S INSTITCTE
STOCKHOL:\1 STOCKHOD!
WITH 32 FiGURES
SPRINGER-VERLAG WIEN GMBH 1954
ISBN 978-3-662-24409-8 ISBN 978-3-662-26542-0 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-662-26542-0
ALLE RECHTE. INSBESONDERE DAS DER UBERSETZUNG
IN FRE~IDE SPRACHEN, VORBEHALTEN.
OHNE AUSDRtCKLICHE GENEHMIGUNG DES VERLAGES 1ST ES AUCH NICHT GESTATTET,
DIESES BUCH ODER TEILE DARAUS Am' PHOTOMECHANJSCHE'.I WEGE (PHOTOKOPIE, MIKROKOPIE)
Zl YEKYIELFXLTIGE:\.
PROTO PLASMA TO LOG lA
HANDBUCH
DER PROTOPLASMAFORSCHUNG
IN 14 BANDEN
HERAUSGEGEBEN VON
L. V. HEILBRUNN UND F. WEBER
PHI LA DELPHIA GRAZ
MITHERAUSGEBER
W. H. ARISZ-GRONINGEN · H. BAUER-WILHELMSHA\'EN · J. BRACHET
BRUXELLES · H. G. CALLAN· ST. ANDREWS · R. COLLANDER-HELSINKI ·
K.DAN·TOKYO · E.FAURE-FREMIET-PARIS · A.FREY-WYSSLING-ZORICH ·
L. GEITLER-WU~N · K. HOFLER-WIEN · M. H. JACOBS-PHILADELPHIA
D. MAZIA-BERKELEY A. MONROY- PALERMO J. RUNJ\'STROM ·
STOCKHOLM · W. J. SCHMIDT· GIESSEN · S. STRUGGER -l\!ONSTF:R
M i tarlwi t t•r
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J<'. WEHEH. Craz: F. WtERCI~'>SKI. Philadelphia: W. L. W1Lsox. Burling-ton: K. ZEH;En.
flamhnrg: und anderl'
Disposition
I. Grundlagen
1. Makromokkulare Chemic und ihrc Bedeutung fiir die Protoplasma
forschung
2. Coacenates and Related Systems
3. Physikalisch-chemische Grundlagen der zytologischen Fixicrungs- und
Fiirbetechnik
II. Cytoplasma
A. Morphologic
1. Mikroskopische Morphologic
a. Cytoplasma-Struktur und Konfiguration
b. Cytoplasma-Systrophc in Pflanzenzellen
c. Plasmodesmata
2. Submikroskopisd1e Morphologic
B. Chemic
1. Makrochemisclie Analyse
2. Cvtochemie
a.· Salzl'
h. Org·anisd!l' ~Verbindungen
Eiwcifie. - Enzyme. - N uklcinsiiuren. - Kohlchvdrate. - Lipoide
c. pH
pil of Plant Cells. - pl£ of Animal Cells
C. Physik, Physikalische Chemic. Kolloidchemic
t. ViscositY of I' rotoplasm
2. Adhcsi 1·cness. Stickiness
>. SpinnbarkPit.
4. Qucllung und Entqucllung
Cytoplasma dcr Pflanzenzelle. - Cytoplasma der tierisr-hen Zelle
3. Spezifischcs Ge,•·icht
6. Optische Eigenschaften
a. Lichtbredmng
h. Doppelbrcchung·
C~·toplasrna der Pflanzenzcllc. - Cvtoplasma der tierisdwn Zelle
:-. Osmotische Zuslandsgri.illeu
a. Osmotischcr Wert, Saugkraft
h. l'lasmolyse, Dcplasmolyse
e. PlasmoptYse
d. Plasmorrhyst•
H. Pcrmcabilitiit
a. Fiir Wasser
Pflanzcnzelle. -- Tierisdw Zelle
h. l'iir :-.;icht-Eiektrolyte
Pflanzenzelll'. ··-~ Tit•ristlw Zelle
1·. l'iir· Elektrolv te
Pflanz!•nzell!·: --· Tu·risdu· Zelle
d. Permeability of tlw ~~rythroeyk
!'. Pt•rnH'a hi I itii tst heorien
'J. ls01•lektrisehcr l'uukt. Elcktrophorese
I). Vital fiirbu ng. Vitulfl uoroehrornierung
1. Vitalfiirhung der Pflanzenzclle
2. Vitalnirhuug d!'r tierisd1cn Zclh•
). Yleladuoma~ia
Metachromasy in Animal Cells. - Mctaduomasic in Pflunzenzl'llen
4. Vitalfluorochromierung· dcr Pflanzenzelle
5. Vitaltlnornduomierung· tierischcr Zellc11
E. Cytnplasrna-Oberflaehe
1. Cytoplasmic Cortex
2. Chemical Nature of the Plasma .\1embrune of Animal Cells
j_ Die Plasmahautschiehten dcr Pflanzenzl'lle
4. Enzymology of the Cell Surface
5. Tension at the Cell Surface
fl L C vtopl asma-Or g·anellen
A. Chondriosomen, Mikrosomcn, Sphacrosomcn
1. Le ehondriomc de Ia cellule vegetale
2. The Mitochondria of Animal Cells
;. Mikrosomen (Sphacrosomcn) des pflanzlichen Protoplasmas
4. Chemistry and Physiology of Microsomes and Mitochondria
B. Golgi-Apparat
C. Plastidom
D. Vacuom
1. Vacuome des cellules vt;getales
2. Vakuolenkontraktion der Pflanzcnzelll'
3. Vaeuom der tierisdlCn Zt>llc
4. Spcziai-Vakuolcn
a. The Contractile Vacuoles of Protozoa
b. Nahrungsvakuolen
IV. Virus
1. Morplwlog-~ or Viruses
2. Cl1emistry or Viruses
i. Heproductiou of Viruses
4. Virus-Einschluflk(irper
a. Virus Inclusions of Plant Cells
h. Virus Inclusions of Tnsed Cell'
c. Virns-Einschlullkiirper in den Zt·llen andercr Tierc tl!ld des Mensdwn
V. Karvoplasma (\Jucleus)
A. Kernaqu i' alen!c cler Acaryonta
1. Die Cyannphvceen-Zdk
2. Die Ra kteriPnzelle
B. Der H.uhckcrn der Karyontu
1. Morphologic
2. The Nuclear Membrane
;, Dn Nucleolus
4. Chemic
). Phvsik, Kolloidchcmic
a. ()ptische Eigenscha ften
Lil'htbredtung·
DoppclbrcdJung·
Tierisdll'r Zellkcrn. -- Pflanzlidll'r Zellknn
b. Andere physikalisdw ~~igcnschufteu
(>. Physiology of (he Besting Nudeus
- Biodwmical Interactions between the H.t•stiug .\i ucleus and the ( 'yto
plasm
V l. K (' r n- u n d Z l' I I t l' i I u n g
A. Amitosc
J3. \1i t OS('
t. Chromosomen
2. Gene
;. Atraktoplasma, Zentrosom
-l-. MedJanit·s of Mitosis
'>. Initiation and Prevention of Mitosis
6. PeriodiziHit der Mitos\'
a. Bei Pflanzen
h. Bci Tieren
::-. Dauer der Mitose
8. Pathologic dcr Mitose
( ·. Endomitose
D. Meiose
l. ~ormal Meiosis
2. Pathologie dt•r Meiose
VI J. B c f rue h t u n g· u n d Kern Y e r s e h me 1z u n g
1. Fertilization
2. Kernversehmelzuu~·
\'Ill. Physiologic des Protoplasmus
1. Protoplasma im lateni<-:1 Leben
2. Protoplasm a-Waehstum
;. Motilitat
a. Protoplasmic Streaming
b. Amoeboide Bewegung
c. Zilien und Zilienbewegung
d. Contraction of Protoplasm
-l-. Elektrophysiologie
5. Stimulation and Anesthesia
6. Resistenz und Anpussung
~ Aktivcr Stofftransport (Aufnahme - Transport - Abgul)(')
u. Active Transport ac·ross Animal Cell Membranes
b. Aktiver Transport durch pflanzliches Plasmalemma
e. Stofftransport im Cytoplasma (Mcsoplasma)
H. Cytoplusmu-Regencration und -Restitution
IX. Die Rolll' des Cvtoplusmus in der Vererhung
X. Put hoI o g i e des V rot o pI as 111 as
1. Cell Degeneration and Dysfunction
2. Hed Cell Strudure ami its Brcukdow 11
5. Action biologique des radiations
4. Aging of Protoplasm
5. CancPr Cell
XI. Vcrgleicohcndc Prutoplasmatik
1. Protoplasmatisl"hc Systcmatik
2. Protoplasmatisdu· PI! a 117\'IIUllatom il'
X II. I' r o t o p 1a s m a t i s <· h e 0 k o I o I!" i <' d 1• r I' I" I a 11 z I' 11
XIII. Angewandte Protoplusmutik
1. Protoplasmatik und Pharmukologi(•
2. Protoplusmatik und Mnlizin
XIV. (;<'s<·hil'ht<· d\'r Protoplasmatik
Protoplasmatologia
III. Cytoplasma - Organellen
A. Chondriosomen, Mikrosomen, Sphaerosomen
4. Chemistry and Physiology of Mitochondria and Microsomes
Chemistry and Physiology
of Mitochondria and Microsomes
By
0LOV LINDBERG and LARS ERNSTER
Wenner-Gren's Institute, Stockholm, Sweden
With 32 Figures
Contents
Page
Abbreviations 3
Introduction . . . . . . . . . . 4
Short Survey of Methods and Morphology 6
A. Methods ........... . 6
1. Histological methods . . . . . 6
2. Isolation of cytoplasmie particles 6
3. QuantitatiYe estimation of partides 8
a) Counting of mitodwndria . . . . 8
b) Standardization with reference to protein content 8
4. Biophysical and biorhemieal tedmiques 8
B. Morphology . . . . . . . . . . . . ~)
1. Microsomcs . . . . . . . . . . . 9
2. Particles of transitional eharacter 9
3. Mitochondria 11
a) Form and size 11
h) Number 12
c) Intracellular distribution 13
d) Structure . . . . . . . . 1-l
Clwmical Constitution of Microsomes and 1\titodwndria 1i
A. Microsomes 1i
B. Mitodwndria 1i
1. Nucleic acids . 18
:.!. Lipids 19
3. Proteins 20
4. The enzymic eumplt•mpnt of mitochondria 20
a) Studit>s on the intracellular distribution of l'nzymcs 20
h) The cydophomsl' l'Oill'l'pt . . . . . . . . . 23
l') Thl• rdation of c\'!'lophor·asl' to mitodrondria .. _1;-)
Protoiiln:-;mntolog-ia I I I, A, 4
2 III, A, 4: 0. LINDBERG and L. ERNSTER
Enzymic Processes Concerned in the Physiological Function of Mitochondria 31
I. Energy-Generating Processes 32
A. Mitochondrial Oxidations 32
1. The Krebs cycle . . . 32
2. Oxidations related to the Krebs cycle 34
a) The oxidative reactions in glycolysis 34
b) Fatty acids . . . . . 35
c) Amino acids 36
3. Miscellaneous oxidations 38
4. The electron transfer system 38
B. Yield of Energy during Oxidations 40
1. Thermodynamic data 40
2. The P/0 ratio . . 41
a) a-Keto acids 41
b) Hydroxy acids 42
c) Glutamic acid . 42
d) Succinic acid . 42
e) Phosphorylations coupled to the electron transfer system 44
C. Med1anism of Formation of Energy-Rich Bonds . . . . 46
1. Hypotheses based on phosphorylation prior to oxidation 46
2. Generation of energy-rim thiol bonds . . 49
a) Solubilization of mitodwndrial oxidases . . . 49
b) The a-keto acid oxidases . . . . . . . . 51
c) The 3-phosphoglyceraldehyde dehydrogenase 56
d) The DPNI-12-FAD system and the S-energy concept 58
II. Energy-Transferring Processes . . . . . . . . . . . . . . . 59
A. Conversion of Thiol-Bound Energy into Phosphate-Bound Energy 59
B. Interrelationship of Energy-Transferring Processes 62
1. The myokinase reaction . . . . . . . . . 63
2. The synthesis of inorganic pyrophosphate 64
3. The synthesis of acetoacetate . . . . . . 66
4. The mode of action of 2, 4-dinitrophenol 67
III. Energy-Utilizing Processes ..... . 70
A. ATP as Primary Source of Energy 71
1. Kinase reactions . . . . . . . . 71
2. Muscle contraction . . . . . . . 72
3. The formation of active methionine 73
B. CoA Compounds as Primary Source of Energy 73
1. The synthesis of citric acid 74
2. Acetylation of amines . . . . . 75
3. The acetylation of dwline . . . 75
4. The synthesis of protoporphyrin 76
5. The synthesis of phosphatides . 76
6. The synthesis of hippuric and p-aminohippuric acids 77
C. Reactions Involving Unknown Energy-Rich Intermediates 78
1. The conjugation of phenol. "Active sulphate" 78
2. Carbon dioxide fixation . 78
3. The synthesis of glutamic acid . . . 81