Stoffwechsel und Feinstruktur der Zelle I, Softcover reprint of the original 1st ed. 1968
Die Zelle Series

Zur Biologie und Pathologie der Zelle wurde im Handbuch der Allgemeinen Pathologie 1955 ein erster Band mit dem Thema "Das Cytoplasma" veroffent­ licht. Die Beitrage dieses Bandes waren im wesentlichen Ende 1953 abgeschlossen. So haben sie noch einmal alles das an Ergebnissen und Fragestellungen in ihrer Darstellung und der herangezogenen Literatur gesammelt, was die klassische Orthologie und Pathologie der Zelle in der Epoche der Lichtmikroskopie erarbeitet hatte. Sie haben damit die GroBe dieser Epoche in einem geschichtlichen Wende­ punkt der Zellforschung eindrucksvoll bezeugt. Die Absicht der Herausgeber dieses Handbuches, dem ersten Teilband iiber die Biologie und Pathologie der Zelle alsbald weitere Bande folgen zu lassen, erwies sich allerdings als unerfiillbar. Die Biochemie stand in der Phase, in der sich die Methoden der Isolierung von Zellorganellen aus Gewebshomogenaten mehr und mehr durchsetzten und verfeinerten, und in der sich Zug um Zug die Frage nach den diesen Organellen zugeordneten Stoffen und Prozessen stellte und loste.

Biochemie der Zellstrukturen.- A. Einleitung.- 1. Einführung.- 2. Der Strukturbegriff.- 3. Morphologische und biochemische Methoden.- 4. Isolierung von Zellstrukturen.- 5. Methodenkritik der Isolierungsverfahren.- B. Zellkerne.- 1. Chemische Zusammensetzung.- a) Leitsubstanzen und Reinheitsprüfung.- b) Anorganische Bestandteile.- c) Niedermolekulare Metabolite.- d) Lipide.- e) Proteine.- f) Nucleinsäuren.- g) Enzyme.- 2. Der Nucleolus.- 3. Stoffwechselleistungen.- a) Allgemeines.- b) Stoffwechselräume und anorganische Substanzen.- c) Energiegewinnung.- d) DPN-Haushalt.- e) Proteinstoffwechsel.- f) Nucleinsäurestoffwechsel.- g) Hormoneffekte.- h) Virusbedingte Stoffwechsel- und Synthesevorgänge in den Zellkernen.- i) Zellkerne aus experimentell oder spontan pathologisch veränderten Geweben..- 4. Schlußbemerkung.- C. Mitochondrien.- 1. Chemische Zusammensetzung.- a) Leitsubstanzen und funktionelle Kriterien.- b) Anorganische und niedermolekulare Stoffe.- c) Proteine.- d) Lipide.- e) Nucleinsäuren.- f) Enzyme.- g) Unterfraktionen.- 2. Stoffwechsel.- a) Halbe Lebensdauer von Mitochondrienbestandteilen.- b) Biologische Oxydation.- c) Oxydative Phosphorylierung.- d) Atmungskontrolle.- e) Entkopplung.- f) Schwellung.- g) Kompartmentierung.- h) Ionentransport.- i) Einflüsse auf die Glykolyse.- k) Proteinumsatz.- 1) Lipidumsatz.- m) Porphyrinumsatz.- n) Nucleinsäureumsatz.- 3. Mitochondrien aus verschiedenen Geweben.- a) Gehirn.- b) Herz.- c) Niere.- d) Muskel.- e) Weitere Gewebe.- 4. Mitochondrien aus experimentell veränderten Geweben.- a) Höhe und Kälte.- b) Winterschlaf.- c) Wachstum und Entwicklung.- d) Ernährung.- e) Hormone.- f) Altern.- g) Autolyse.- h) Bestrahlung.- i) Elektrische Reizung.- k) Tetrachlorkohlenstoff.- 1) Speicherung.- 5. Mitochondrien aus pathologisch veränderten Geweben.- a) Tumoren.- b) Andere Krankheiten.- D. Lysosomen.- 1. Isolierung.- 2. Charakterisierung.- 3. Vorkommen.- 4. Zusammensetzung.- a) Membranbestandteile.- b) Enzyme.- 5. Funktion.- a) Latenz.- b) Vitamine A und E.- c) Ernährung und Blutversorgung.- d) Bestrahlung.- e) Leberschädigung.- f) Andere Eingriffe.- g) Speicherung.- 6. Pathologie.- E. Microbodies.- 1. Gewinnung und Eigenschaften.- 2. Funktion.- F. Mikrosomenfraktion.- 1. Chemische Zusammensetzung.- a) Leitsubstanzen.- b) Anorganische und niedermolekulare Substanzen.- c) Protein.- d) Lipide.- e) Ribonucleinsäure.- f) Enzyme.- g) Unterfraktionen.- 2. Stoffwechsel.- a) Proteinsynthese an den Ribosomen.- b) Lipide.- c) Ribonucleinsäuren.- d) Elektronentransport und Hydroxylierungen.- e) Umsatz von Arzneimitteln und verwandten Substanzen.- 3. Mikrosomen aus experimentell und pathologisch veränderten Geweben.- G. Lösliches Cytoplasma.- 1. Zusammensetzung.- 2. Physikochemische Untersuchungen.- 3. Stoffwechselleistungen.- H. Verteilung auf mehrere intracelluläre Fraktionen.- J. Schlußbemerkungen.- 1. Allgemeines.- 2. Spezielles.- Literatur.- Die Orthologie und Pathologie der Zelle im elektronenmikroskopischen Bild.- Methodenkritik.- Die Mitochondrien.- Zur Orthologie der Mitochondrien.- I. Die Struktur der Mitochondrien.- 1. Die Form.- 2. Die Hüllmembran und die Innenstrukturen.- 3. Die Tubuli.- 4. Die Grundsubstanz.- 5. Mitochondrienfilamente, intramitochondriale Ablagerungen.- 6. Die Mitochondriengranula.- II. Relation zwischen Stoffwechselintensität und Zahl bzw. Innenstruktur der Mitochondrien.- III. Die Verknüpfung von Struktur und Funktion der Mitochondrien. Die Enzyme der Mitochondrien.- IV. Die Mitochondrienneubildung.- Zur Pathologie der Mitochondrien.- I. Die qualitativen Veränderungen der Mitochondrien.- 1. Die Schwellung und Cristolyse der Mitochondrien.- 2. Veränderungen von Form und Größe.- 3. Die sphärische Transformation.- 4. Die lamelläre Transformation und die myelinartige Degeneration.- 5. Die bandartige Umwandlung.- II. Stoffspeicherungen in den Mitochondrien.- III. Stoffsynthese in den Mitochondrien.- IV. Die Mitochondriengranula.- V. Der Mitochondrienturnover.- Das endoplasmatische Reticulum.- Zur Orthologie des endoplasmatischen Reticulums.- I. Die Struktur.- II. Das Vorkommen.- III. Die strukturellen Komponenten.- 1. Die intracytoplasmatischen Membranen des endoplasmatischen Reticulums..- 2. Die Ribosomen.- 3. Der Innenraum.- 4. Der intramembranöse Raum.- IV. Zur Funktion des endoplasmatischen Reticulums.- 1. Die Ribosomen.- 2. Das Ergastoplasma und das agranuläre endoplasmatische Reticulum.- a) Das Ergastoplasma.- b) Das endoplasmatische Reticulum mit glatten Membranen.- Zur Pathologie des endoplasmatischen Reticulums.- I. Die Veränderung und Transformation des endoplasmatischen Reticulums.- II. Die Vacuolisation.- III. Die Proliferation des agranulären ER.- IV. Die Degeneration des endoplasmatischen Reticulums.- V. Die Neubildung des endoplasmatischen Reticulums.- Das Golgi-Feld.- Die Orthologie.- I. Die Struktur.- 1. Die Golgi-Membranen.- 2. Die Golgi-Bläschen.- 3. Die Golgi-Körper oder Granula.- 4. Die Ausbildung des Golgi-Feldes.- II. Zur Funktion des Golgi-Apparates.- Zur Entstehung des Golgi-Apparates.- Die Pathologie des Golgi-Feldes.- I. Die Hypertrophie.- II. Die Atrophie.- III. Die Degeneration.- Literatur.- Die Orthologie und Pathologie des Nucleinsäure- und Eiweißstoffwechsels der Zelle im Autoradiogramm.- A. Einleitung.- B. Grundlagen der Autoradiographie.- I. Arten des radioaktiven Zerfalls und ihre Bedeutung für die Autoradiographie.- 1. ?-Strahler.- 2. ?-Strahler.- 3. K-Strahler und Isomere.- II. Der photographische Vorgang.- 1. Schwärzung der photographischen Emulsion.- 2. Eigenschaften der autoradiographischen Emulsionen.- 3. Fading-Effekt.- III. Autoradiographische Auflösung.- 1. Prinzip der autoradiographischen Abbildung.- 2. Autoradiographisches Auflösungsvermögen.- 3. Einfluß verschiedener Faktoren auf das Auflösungsvermögen.- 4. Hochauflösende Autoradiographie mit Tritium.- IV. Quantitative Autoradiographie.- 1. Zielsetzung.- 2. Quantitative Analyse durch Silberkornzählung.- a) Technik der Silberkornzählung.- b) Silberkornzahl pro Zerfallspartikel.- 3. Quantitative Autoradiographie mit Tritium.- a) Grundsätzliches zur quantitativen Tritium-Autoradiographie.- b) ?- Selbstabsorption im Material des Schnitts.- 4. Auszählung von Spuren einzelner ?-Teilchen. Spuren-Autoradiographie...- C. Technik der Autoradiographie.- I. Empfindlichkeit der autoradiographischen Methode. Notwendige Aktivitätsmengen bei in vivo- und in vitro-Untersuchungen.- II. Vorbereitung des Materials zur Autoradiographie.- 1. Fixationsmittel.- 2. Frage der Löslichkeit markierter Verbindungen bei der Fixation.- 3. Vorbereitung von histologischen Schnitten, Ausstrichen und „squash“ -Präparaten.- 4. Chemische und enzymatische Behandlung von Präparaten vor dem autoradiographischen Prozeß.- a) Zielsetzung.- b) Spezielle Anwendung für Nucleinsäuren, Proteine und Mucopolysaccharide.- III. Technik der Anwendung autoradiographischer Emulsionen.- 1. Stripping-Film-Technik.- 2. Technik der Anwendung flüssiger Emulsionen.- a) Autoradiogramme mit dünner Emulsion (Dipping-Technik).- b) Autoradiogramme mit dicker Emulsion.- 3. Autoradiographischer Nachweis einer Doppelmarkierung.- a) Autoradiogramme mit dünner Emulsion.- b) Autoradiogramme mit dicker Emulsion.- c) Doppelschicht-Autoradiogramme.- IV. Exposition der Autoradiogramme.- 1. Technik der Exposition.- 2. Dauer der Exposition.- V. Entwicklung und Fixation.- VI. Färben der Autoradiogramme.- 1. Färben vor Aufbringen der Emulsion.- 2. Färben durch die Emulsion.- VII. Nulleffekt und Artefakte.- VIII. Elektronenmikroskopische Autoradiographie.- 1. Grundsätzliches zur Kombination von Autoradiographie und Elektronenmikroskopie.- 2. Technik der elektronenmikroskopischen Autoradiographie.- a) Vorbereitung der Schnitte.- b) Feinkörnige Emulsionen.- c) Verschiedene Techniken zum Aufbringen der Emulsion.- 3. Auflösungsvermögen der elektronenmikroskopischen Autoradiographie.- IX. Autoradiographie wasserlöslicher Substanzen.- 1. Gefriertrocknungsmethode.- 2. Methode der Exposition von Cryostatschnitten bei tiefen Temperaturen.- X. Strahlendosis und Strahlenschäden.- D. Autoradiographische Untersuchungen der Eiweiß-Synthese der Zelle.- I. Voraussetzungen zur Deutung der in Eiweiß eingebauten Aminosäure-Aktivität als Maß für die Größe der Umsatzrate des Zelleiweißes.- 1. Vorbemerkungen; Begriff der spezifischen Aktivität der freien Aminosäure.- 2. Beziehung zwischen der in Eiweiß eingebauten Aminosäure-Aktivität und der mengenmäßigen Umsatzrate der Aminosäure.- 3. Zusammenhang zwischen der Umsatzrate einer Aminosäure und der Aminosäure-Zusammensetzung des cellulären Eiweißes; Eiweiß-Umsatz.- II. Die celluläre Eiweiß-Synthese unter physiologischen Bedingungen.- 1. Orte der Eiweiß-Synthese innerhalb der Zelle.- a) Cytoplasma.- b) Kern.- c) Nucleolus.- 2. Größe der Eiweiß-Synthese verschiedener tierischer Zellarten.- a) Mittlere Eiweiß-Syntheserate.- ?) Übersicht über die Schwärzungs-Verteilung auf Autoradiogrammen der verschiedenen tierischen Gewebe.- ?) Quantitative autoradiographische und biochemische Untersuchungen zur cellulären Eiweiß-Synthese.- b) Kerneiweiß-Syntheserate.- ?) Kerneiweiß-Syntheserate innerhalb einer Zellart.- ?) Mittlere Kerneiweiß-Syntheserate in verschiedenen Zellarten.- c) Cytoplasmatische Eiweiß-Syntheserate.- 3. Ableitung allgemein gültiger Gesetzmäßigkeiten.- a) Allgemein gültiges Aminosäure-Inkorporations-Schema.- ?) Formulierung.- ?) Beispiele.- b) Rolle der Kern-Cytoplasma-Volumen-Relation als regulierender Faktor der cellulären Eiweiß-Synthese.- 4. Größe der Eiweiß-Syntheserate während der verschiedenen Teilphasen des Generationscyclus.- a) Interphase.- b) Mitose.- III. Die celluläre Eiweiß-Synthese unter veränderten Bedingungen.- 1. Grundsätzliche Bemerkungen zur Vergleichbarkeit von Ergebnissen mit verschiedenen Tieren.- 2. Eiweiß-Synthese während der Regeneration.- 3. Einfluß von Hormonen, Pharmaka, toxischen und anderen Substanzen.- 4. Einfluß von Nahrung, Alterung und Entzündung. Sensorische Reizung und Schädigung des Gehirns.- 5. Eiweiß-Synthese in Tumorzellen.- 6. Eiweiß-Synthese nach Bestrahlung.- E. Autoradiographische Untersuchung der RNS-Synthese der Zelle.- I. Grundsätzliche Bemerkungen zum autoradiographischen Nachweis der RNS-Synthese.- 1. Art der Vorläufer und ihre Eigenschaften.- 2. Verschiedene RNS-Fraktionen.- 3. Fixationseffekte.- 4. Ist die Silberkornzahl ein Maß für die RN S-Syntheserate?.- II. Die celluläre RNS-Synthese unter physiologischen Bedingungen.- 1. Intracellulare RNS-Synthese.- a) Ort der RNS-Synthese innerhalb der Zelle.- b) Wanderung der RNS vom Kern zum Cytoplasma.- c) Beziehung zwischen Kern-RNS und cytoplasmatischer RNS.- ?) Enucleation oder Kern-Transplantation.- ?) UV-Mikro-Strahl-Technik.- ?) RNS-Synthese-Hemmer.- ?) Beziehung zwischen RNS-Synthese und DNS.- 2. Größe der RNS-Synthese während der verschiedenen Teilphasen des Generationscyclus.- 3. Größe der RNS-Synthese in verschiedenen Zellarten des tierischen Organismus.- 4. Vergleich zwischen der Größe der Eiweiß- und der RNS-Synthese in verschiedenen Zellarten des tierischen Organismus.- III. Die cellulare RNS-Synthese unter pathologischen Bedingungen.- F. Autoradiographische Untersuchung der DNS-Synthese der Zelle.- I. Ältere Untersuchungen der DNS-Synthese mit P32.- II. Grundsätzliches zur Verwendung von markiertem Thymidin in DNS-Synthese-Untersuchungen.- 1. Thymidin als spezifischer DNS-Vorläufer.- a) Einbau markierten Thymidins in den Kern.- b) Einbau markierten Thymidins in das Cytoplasma.- 2. Stoffwechsel des Thymidins und Fragen des Thymidin-Pools.- a) Stoffwechsel des Thymidins.- b) Thymidin-Pool.- 3. Verhalten des markierten Thymidins im Organismus; Verfügbarkeitszeit.- a) Verhalten des injizierten markierten Thymidins im Organismus.- b) Verfügbarkeitszeit des markierten Thymidins.- 4. Die Silberkornzahl pro Kern als Ausdruck der DNS-Syntheserate; Anteil des markierten Thymidins an der gesamten DNS-Synthese der Zelle.- a) Silberkornzahl pro Kern.- b) Prozentualer Anteil des applizierten markierten Thymidins an der DNS-Synthese.- 5. Zur Stabilität der DNS.- 6. Zum Problem der Wiederverwendung katabolisierter markierter DNS.- 7. Toxicität und Radiotoxicität des markierten Thymidins.- a) Wachstumshemmung und cytologische Anomalien.- b) Mutationen.- c) Tumor-Induktion.- d) Schlußbemerkungen.- III. Autoradiographische Untersuchungen der cellulären DNS-Synthese mit markiertem Thymidin.- 1. Untersuchungen der Zeilproliferation in tierischem Gewebe unter normalen und pathologischen Bedingungen.- a) Zeilproliferation unter normalen Bedingungen.- b) Zellproliferation unter pathologischen Bedingungen.- ?) Regenerierendes Gewebe.- ?) Einfluß von Hormonen, Pharmaka etc.- ?) Carcinogenese; Proliferation in Tumorgewebe.- ?) In vitro-Inkubation von Gewebsproben.- 2. Bestimmung der Dauer des Generationscyclus und seiner Teilphasen für verschiedene Zellarten des tierischen Organismus.- a) Methodisches.- ?) Bestimmung der S-Phasen-Dauer mit Hilfe der Methode markierter Mitosen.- ?) Bestimmung der S-Phasen-Dauer mit Hilfe einer Doppelmarkierung mit H3- und C14-Thymidin.- ?) Bestimmung der Dauer der Generationszeit.- b) Ergebnisse.- ?) Tabellarische Übersicht über veröffentlichte Werte von Generationszeiten und ihrer Teilphasen (bis Mitte 1967).- ?) Dauer der S-Phase.- ?) Dauer der Mitose.- ?) Dauer der G2-Phase.- ?) Zeitintervall zwischen Beginn der S-Phase und Ende der Mitose (= S+G2 + M).- ?) Bedeutung der G1-Phase für die Cyclus-Dauer.- ?) Tumorzellen.- ?) Änderung der Generationszeit oder ihrer Teilphasen durch verschiedene innere und äußere Einflüsse.- c) Tageszeitliche Schwankungen des Markierungs-Index.- d) Untersuchungen der Variation der Generationszeit innerhalb einer Zellpopulation mittels Dauerinfusion von H3-Thymidin, „growth fraction“.- 3. Größe der DNS-Syntheserate während der S-Phase.- a) Im gesamten Kern.- b) In einzelnen Chromosomen.- 4. Strahleneffekte auf die DNS-Synthese und Strahlenempfindlichkeit der einzelnen Teilphasen des Zellcyclus.- a) Einfluß auf den Markierungs-Index.- b) Einfluß auf die DNS-Syntheserate.- c) Einfluß auf die Dauer des Zellcyclus und seiner Teilphasen.- d) Relative Strahlenempfindlichkeit der verschiedenen Phasen des Zellcyclus.- 5. Untersuchungen zum Mechanismus der Chromosomen-Verdopplung und der Verteilung der neugebildeten DNS auf die Tochterzellen.- Literatur.- Ergänzungen zur Literatur.- Orthologie und Pathologie des Schwefelstoffwechsels der Zelle im Autoradiogramm.- Aufnahme, Organverteilung und Ausscheidung von S35-Sulfat.- Der Einbau von S35-Sulfat in schleimbildende Zellen.- Der Schwefeleinbau in die Chondroitinschwefelsäure des hyalinen und des Gelenkknorpels.- Der Schwefeleinbau in die Chondroitinschwefelsäure des Epiphysenknorpels und des Knochens.- Der Schwefeleinbau im Bindegewebe und den Gefäßen.- Der Schwefeleinbau in Gewebsmastzellen.- Der Schwefeleinbau in die Epidermis und das mehrschichtige Plattenepithel der Zunge und des Vormagens.- Der Schwefeleinbau in den Geweben des weiblichen Genitaltraktes.- Der Schwefeleinbau während der Embryonalentwicklung.- Der Schwefeleinbau im ZNS.- Der Schwefeleinbau in Leber, Niere, Pankreas und innersekretorische Organe.- Der Schwefeleinbau in Tumoren.- Der S35-Einbau in verschiedene Zellelemente des Knochenmarks.- Literatur.- Namenverzeichnis.