Structural and mechanistic motifs in membrane proteins: the three-dimensional modelling of rhodopsin, band 3, and the nicotinic acetylcholine receptor

Because so little is known about the structure of membrane proteins, an attempt has been made in this work to develop techniques by which to model them in three dimensions. The procedures devised rely heavily upon the availability of several sequences of a given protein. The modelling procedure is composed of two parts. The first identifies transmembrane regions within the protein sequence on the basis of hydrophobicity, β-turn potential, and the presence of certain amino acid types, specifically, proline and basic residues. The second part of the procedure arranges these transmembrane helices within the bilayer based upon the evolutionary conservation of their residues. Conserved residues are oriented toward other helices and variable residues are positioned to face the surrounding lipids. Available structural information concerning the protein's helical arrangement, including the lengths of interhelical loops, is also taken into account. Rhodopsin, band 3, and the nicotinic acetylcholine receptor have all been modelled using this methodology, and mechanisms of action could be proposed based upon the resulting structures.

Specific residues in the rhodopsin and iodopsin sequences were identified, which may regulate the proteins' wavelength selectivities. A hinge-like motion of helices M3, M4, and M5 with respect to the rest of the protein was proposed to result in the activation of transducin, the G-protein associated with rhodopsin. A similar mechanism is also proposed for signal transduction by the muscarinic acetylcholine and β-adrenergic receptors.

The nicotinic acetylcholine receptor was modelled with four trans-membrane helices per subunit and with the five homologous M2 helices forming the cation channel. Putative channel-lining residues were identified and a mechanism of channel-opening based upon the concerted, tangential rotation of the M2 helices was proposed.

Band 3, the anion exchange protein found in the erythrocyte membrane, was modelled with 14 transmembrane helices. In general the pathway of anion transport can be viewed as a channel composed of six helices that contains a single hydrophobic restriction. This hydrophobic region will not allow the passage of charged species, unless they are part of an ion-pair. An arginine residue located near this restriction is proposed to be responsible for anion transport. When ion-paired with a transportable anion it rotates across the barrier and releases the anion on the other side of the membrane. A similar process returns it to its original position. This proposed mechanism, based on the three-dimensional model, can account for the passive, electroneutral, anion exchange observed for band 3. Dianions can be transported through a similar mechanism with the additional participation of a histidine residue. Both residues are located on M10.

The interaction of aldolase with the cytoplasmic domain of human erythrocyte band 3 inhibited by lanthanum ions

The effect of lanthanum ions on the activity of the cytoplasmic domain of human erythrocyte band 3 (CDB3), which was measured according to the inhibition to aldolase, was studied. In the presence of low concentration of lanthanum ions, the function of CDB3 to inhibit aldolase activity decreased significantly. It indicated that lanthanum ions in the erythrocyte would change the conformation of CDB3 and influence the control on aldolase activity.

Functional cell surface expression of the anion transport domain of human red cell band 3 (AE1) in the yeast Saccharomyces cerevisiae.

We expressed the 52-kDa integral membrane domain (B3mem) of the human erythrocyte anion transporter (band 3; AE1) in a protease-deficient strain of the yeast Saccharomyces cerevisiae under the control of the inducible GAL10-CYC1 promoter. Immunoblots of total protein from transformed yeast cells confirmed that the B3mem polypeptide was overexpressed shortly after induction with galactose. Cell surface expression of the functional anion transporter was detected by using a simple transport assay to measure stilbene disulfonate-inhibitable chloride influx into intact yeast cells. The B3mem polypeptide was recycled and degraded by the cells with a half-life of approximately 1-3 hr, which led to a steady-state level of expression in exponentially growing cultures. Our data suggest that 5-10% of total B3mem is functionally active at the cell surface at any one time and that overexpression of this anion transport protein does not interfere with cell growth or survival. This is one of only a few reports of the functional expression of a plasma membrane transport protein in the plasma membrane of yeast cells and to our knowledge is the first report of red cell band 3-mediated anion transport at the plasma membrane of cDNA-transformed cells. The cell surface expression system we describe will provide a simple means for future study of the functional properties of band 3 by using site-directed mutagenesis.

Vitamin E prevents oxidative modification of brain and lymphocyte band 3 proteins during aging.

Antioxidants may play an important role in preventing free radical damage associated with aging by interfering directly in the generation of radicals or by scavenging them. We investigated the effects of a high vitamin E and/or a high beta-carotene diet on aging of the anion transporter, band 3, in lymphocytes and brain. The band 3 proteins function as anion transporters, acid base regulators, C02 transporters, and structural proteins that provide a framework for membrane lipids and that link the plasma membrane to the cytoskeleton. Senescent cell antigen (SCA), which terminates the life of cells, is a degradation product of band 3. This study was conducted as a double-blind study in which eight groups of middle-aged or old mice received either high levels of beta-carotene and/or vitamin E or standard levels of these supplements in their diets. Anion transport kinetic assays were performed on isolated splenic lymphocytes. Immunoreactivity of an antibody that recognizes aging changes in old band 3 preceding generation of SCA was used to quantitate aged band 3 in brain tissue. Results indicate that vitamin E prevented the observed age-related decline in anion transport by lymphocytes and the generation of aged band 3 leading to SCA formation. beta-Carotene had no significant effect on the results of either assay. Since increased aged band 3 and decreased anion transport are initial steps in band 3 aging, which culminates in the generation of SCA and cellular removal, vitamin E prevents or delays aging of band 3-related proteins in lymphocytes and brain.

Differential sensitivity of stilbenedisulfonates in their reaction with band 3 HT (Pro-868-->Leu).

Band 3 HT (Pro-868-->Leu) is a mutant anion exchange protein which has several phenotypic characteristics, including a 2- to 3-fold larger Vmax, and reduced covalent binding of the anion transport inhibitor 4,4'-diisothiocyanodihydrostilbene-2,2'-disulfonate (H2DIDS). We have used fluorescence kinetic methods to study inhibitor binding to band 3 to determine if the point mutation in band 3 HT produces localized or wide-spread conformational changes within the membrane-bound domain of this transporter. Our results show that covalent binding of H2DIDS by band 3 HT is slower by a factor of 10 to 20 compared with the wild-type protein. In contrast, no such difference in the kinetics was observed for covalent binding of 4,4'-diisothiocyanostilbene-2,2'-disulfonate (DIDS). In addition, the kinetics of H2DIDS release from band 3 HT was abnormal, while the kinetics of 4,4'-dibenzamidostilbene-2,2'-disulfonate (DBDS) release showed no difference when compared with the wild-type protein. We conclude that substitution of leucine for proline at position 868 does not perturb the structure of "lysine A" in the membrane-bound domain of band 3 but rather produces an apparently localized conformational change in the C-terminal subdomain of the protein which alters H2DIDS affinity. When combined with the observation of an increased Vmax, these results suggest that protein structural changes at position 868 influence a turnover step in the transport cycle.

Elke Kleinau / Barbara Rendtorff (Hrsg.): Differenz, Diversität und Heterogenität in erziehungswissenschaftlichen Diskursen. Schriftenreihe der Sektion Frauen- und Geschlechterforschung in der Deutschen Gesellschaft für Erziehungswissenschaft(DGfE), Band 3, Opladen u.a.: Barbara Budrich Verlag 2013 (156 S.) [Rezension]

Rezension von: Elke Kleinau / Barbara Rendtorff (Hrsg.): Differenz, Diversität und Heterogenität in erziehungswissenschaftlichen Diskursen. Schriftenreihe der Sektion Frauen- und Geschlechterforschung in der Deutschen Gesellschaft für Erziehungswissenschaft(DGfE), Band 3, Opladen u.a.: Barbara Budrich Verlag 2013 (156 S.; ISBN 978-3-8474-0073-8)

Wide-band spectral power fluctuations characterize the response of simulated cortical networks to increasing stimulus intensity

The hippocampus is an anatomically distinct region of the medial temporal lobe that plays a critical role in the formation of declarative memories. Here we show that a computer simulation of simple compartmental cells organized with basic hippocampal connectivity is capable of producing stimulus intensity sensitive wide-band fluctuations of spectral power similar to that seen in real EEG. While previous computational models have been designed to assess the viability of the putative mechanisms of memory storage and retrieval, they have generally been too abstract to allow comparison with empirical data. Furthermore, while the anatomical connectivity and organization of the hippocampus is well defined, many questions regarding the mechanisms that mediate large-scale synaptic integration remain unanswered. For this reason we focus less on the specifics of changing synaptic weights and more on the population dynamics. Spectral power in four distinct frequency bands were derived from simulated field potentials of the computational model and found to depend on the intensity of a random input. The majority of power occurred in the lowest frequency band (3-6 Hz) and was greatest to the lowest intensity stimulus condition (1% maximal stimulus). In contrast, higher frequency bands ranging from 7-45 Hz show an increase in power directly related with an increase in stimulus intensity. This trend continues up to a stimulus level of 15% to 20% of the maximal input, above which power falls dramatically. These results suggest that the relative power of intrinsic network oscillations are dependent upon the level of activation and that above threshold levels all frequencies are damped, perhaps due to over activation of inhibitory interneurons.

A multi-layer ultra wide band power splitter

This paper presents analysis and design of multilayer ultra wide band (UWB) power splitter suitable for wireless communications. An UWB power splitter is designed in suspended substrate stripline medium. The quarter wave transformer in the conventional Wilkinson power divider is replaced by broadside coupled lines to achieve tight coupling for broadband operation. The UWB power splitter is analyzed using circuit models of coupled lines and full wave simulator. Experimental results of 3dB power splitter designed using the proposed structure have been verified against the results from circuit simulation and full wave simulation. The return loss is better than 12 dB across the band 3.1GHz to 10.6GHz. Size of the power splitter is 30mm× 20mm×6.38mm.

稀土对红细胞及带3蛋白胞质片段结构和生理功能的影响

稀土在农业和医学中的广泛应用使人们日益关心稀土的安全性问题。本论文以红细胞为研究对象，围绕稀土对红细胞形态的影响，稀土能否进入红细胞以及稀土对红细胞带3蛋白胞质片段结构和功能的影响三方面开展研究工作，主要研究成果如下：首先，在宏观上通过超高倍光学显微镜观察了稀土阳离子及其络阴离子对正常人红细胞形态的影响。结果表明当红细胞与硝酸悯作用后其体积发生膨胀，表面出现棘状凸起，细胞间发生聚集。而以往被人们认为毒性较小的柠檬酸悯则使红细胞呈现囊泡状凸起，随着与稀土作用时间的延长多数囊泡状结构可脱落。EDTA的加入可使部分在低浓度（10~(-7)M）稀土离子条件下变形的红细胞恢复原状，说明细胞形态变化主要是由环境中稀土的存在引起的。其次，根据稀土离子跨膜研究中存在的一些问题，在总结前人工作的基础上，建立一种方法测定了体外温育和静脉注射条件下红细胞中稀土含量。进一步证实文献报道含有络合剂的洗涤缓冲液能够将进入细胞内部的稀土带出，影响测定结果的准确性。本论文中应用不含络合剂的洗涤缓冲液洗涤与稀土温育后的红细胞，在10mMTris-HCl印H7.0）低渗缓冲液中溶胀，ICP-MS测定结果显示无论是稀土阳离子还是稀土络阴离子均可以跨膜，且稀土络阴离子跨膜速度较快。耳静脉注射稀土后仅在兔血浆及红细胞膜上检测到稀土，说明在短期静脉注射条件下存在于血浆中的稀土不能进入兔红细胞。最后，应用基因工程技术克隆、表达、纯化了带3蛋白胞质片段及其融合蛋白。计算机结构模拟、荧光光谱以及生物活性的测定证实重组带3蛋白胞质片段与天然蛋白具有相似的空间结构和生物活性。稀土离子对醛缩酶、醛缩酶与带3蛋白胞质片段相互作用的影响表现为：0-10μMLa~(3+) 对醛缩酶活性有促进作用，当体系中L~(3+)浓度达到6μM时，带3蛋白胞质片段基本完全失去对醛缩酶活性的抑制作用。蛋白质内源荧光和同步荧光光谱研究结果表明，La~(3+)对带3蛋白胞质片段与醛缩酶结构均具有一定影响。本论文实验结果表明，低浓度稀土可导致调节细胞内糖酵解速率的带3蛋白胞质片段失去活性，使糖酵解速率无序增强。由于红细胞主要碳源来自于血糖，糖酵解速率的加快很可能会引起生物体血糖浓度的降低。

Nachrichtendienstpsychologie 3

Der Versuch, nachrichtendienstliche Fragestellungen unter psychologischen Aspekten zu betrachten, ist auf ein positives Interesse gestoßen. In den beiden Bänden Nachrichtendienstpsychologie 1 (Litzcke, 2003) und 2 (Schwan, 2004) der FH Bund erschienen eine Reihe von Aufsätzen, die ein breites Themenspektrum behandeln. Mit Band 1 wurde eine Struktur eingeführt, die sich bewährt hat, und die daher auch für Band 3 beibehalten wird. Die Beiträge des Bandes 3 lassen sich wie folgt zuordnen: 1) Anwendungen vorhandener Konzepte der Psychologie und aus Nachbardisziplinen in den Nachrichtendiensten. Siehe hierzu die Beiträge von Scherer zur Moderation von Qualitätszirkeln im Bundesnachrichtendienst, von Damm und Litzcke zur Akzeptanz des Sicherheitsakteurs „Europa“, von Schwan zur Bedeutung aggressiven Verhaltens für die Arbeit der Nachrichtendienste, von Löhr zum kognitiven Interview und von Wiesen zu den Möglichkeiten einer Gesprächssteuerung. 2) Übertragung psychologischer Methoden auf das Forschungsgebiet Nachrichtendienste zur Gewinnung neuer Ergebnisse / Konzepte. Siehe hierzu die Beiträge von Müller-Enbergs zu den Motiven für eine geheimdienstliche oder nachrichtendienstliche Kooperation bei den inoffiziellen Mitarbeitern der DDR-Staatssicherheit, von Horn zu den Einsatzmöglichkeiten der Operativen Fallanalyse und von Schmalzl zum Konstrukt Einsatzkompetenz. 3) Generierung eigenständiger psychologischer Erkenntnisse und Methoden im Bereich Nachrichtendienste. Dieser Rubrik ist kein Beitrag des Bandes 3 zuzuordnen. Der Abschlussbeitrag von Freitag zur Anwendbarkeit von Täuschungsprinzipien der Zauberkunst in der nachrichtendienstlichen Arbeit entzieht sich dieser Struktur. Der Beitrag ist mit Augenzwinkern geschrieben und soll auch so gelesen werden. Die Themen der Aufsätze sind nicht auf rein nachrichtendienstliche Aufgabenstellungen beschränkt. So werden beispielsweise auch Querschnittsproblematiken behandelt, die nicht nur einem Arbeitsbereich innerhalb der Nachrichtendienste zuzuordnen wären. Damit werden auch Themen behandelt, die ebenso in anderen Behörden und Institutionen von praktischer Relevanz sein können. So ist beispielsweise die Einrichtung von Qualitätszirkeln kein spezifisches Thema der Nachrichtendienste. Da sich aber auch Nachrichtendienste mit der Qualitätssteigerung ihrer Arbeit befassen, ist es angezeigt, entsprechende Ausarbeitungen in die Reihe Nachrichtendienstpsychologie zu integrieren. Auch in Band 3 werden interdisziplinäre Ansätze und Verknüpfungen mit der Polizeipsychologie vorgestellt, auch wenn die dort entwickelten Erkenntnisse und Methoden nicht ungeprüft auf nachrichtendienstliche Aufgabenstellungen übertragen werden können. Gleichwohl können sich aus dem Kontakt zur Polizeipsychologie Anregungen für die Nachrichtendienstpsychologie ergeben.

Na 1 Nachlass Max Horkheimer, 712 - Entwürfe für ein mögliches Forschungsprojekt über Liberalismus des 19. Jahrhunderts; "Untersuchung des sozialen Klimas in Stadt- und Landkreisen Hessens"; "Betriebsklime. Eine industrie-soziologische Untersuchung aus dem Ruhrgebiet"; Sardemann, Karl: Interview mit einem Juden über sein Leben 1933 bis circa 1953; "Altersbild und Altersvorsorge der Arbeiter und Angestellte" (p. IX 187 - IX 191.1-3)

Entwürfe für ein Mögliches Forschungsprojekt über Liberlaismus des 19. Jahrhunderts; 1953; 1. Typoskript mit eigenhändigen Korrekturen von Theodor W. Adorno; 7 Blatt; 2. Typoskript mit eigenhändigen Korrekturen von Theodor W. Adorno; 3 Blatt; "Untersuchungn des sozialen Klimas in Stadt- und Landkreisen Hessens"; Entwürfe für ein "Handbuch der Methoden zur Messung des sozialen Klimas", nicht veröffentlicht; 1953; 1. Pollock, Friedrich: "Einführung" zum "Handbuch" a) Typoskript mit eigenhändigen Korrekturen; 8 Blatt; b) Typoskript mit eigenhändigen Korrekturen, 5 Blatt; c) Manuskript, "Vorwort"; 5 Blatt; d) Baumert, Gerhard: Entwurf des "Vorworts"; Typoskript mit handschriftlichen Korrekturen, 2 Blatt; e) Baumert, Gerhard: "Notizen zu Vorwort und Einführung des Handbuchs"; Typoskript, 1 Blatt; 2. Inhaltsverzeichnis zum "Handbuch"; 1 Blatt; 3. Pollock, Friedrich: eigenhändige Notizen zur Einführung; 7 Blatt; 4. Pollock, Friedrich: 1 eigenhändiger Brief mit Unterschrift an Theodor W. Adorno, Santa Monica, 21.09.1953; 1 Blatt; "Betriebsklime. Eine industrie-soziologische Untersuchung aus dem Ruhrgebiet" 1954-1956 veröffentlicht als Band 3 der Frankfurter Beiträge zur Soziologie, Frankfurt 1955; 1. Druckfahnen, mit handschriftlichen Korrekturen; 38 Blatt; 2. Korrektur-Notizen zu den Druckfahnen; 4 Blatt; 3. Adorno, Theodor W. [Mitarbeit]: "Grundreiz [Betriebsumfrage)" a) Typoskript mit handschriftlichen Korrekturen, 4 Blatt; b) Typoskript, 5 Blatt; 4. Adorno, Theodor W.: 1 Brief an Max Horkheimer, ohne Ort, 30.06.1954; 1 Blatt; 5. Fragebogen- Entwurf; Typsokript, 2 Blatt; 6. Fragebogen- Entwurf; Typoskript, 2 Blatt; 7. Adorno, Theodor W.: 1 Brief an Max Horkheimer, ohne Ort, ohne Datum [1954]; 1 Blatt; 8. Dirks, Walter: "Notiz über meine Reise nach Köln, Düsseldorf und Essen", 22.02.1955. Typoskript, 2 Blatt; 9. Becker, Hellmut: "Aktennotiz, Betreff: Ersetzung der Pressekonferenz über die Mannesmann-Studie durch in den nächsten Wochen und Monaten aufeinanderfolgende Artikel qualifizierter Korrespondenten", 15.02.1955. Typoskript, 1 Blatt; 10. Adorno, Theodor W.: 1 Brief an Hermann Winkhaus, Mannesmann AG, ohne Ort, 05.03.1956; 2 Blatt; 11. Winkhaus, Hermann, Mannesmann AG: 1 Breifabschrift an das Institut für Sozialforschung, Düsseldorf, 18.07.1955; 12. Presseveröffentlichungen zur Betriebsklima-Untersuchung; 1 Ordner, 13 Blatt; 13. Zeitschriftenartikel und Abschriften von Artikeln zur Betriebsklima- Untersuchung; mit: Becker, Egon: 2 Briefe mit Unterschrift an Max Horkheimer, Frankfurt, 1955; 1 Brief von Max Horkheimer, Zürich, 25.10.1955; Sardemann, Karl: Interview mit einem Juden über sein Leben 1933 bis circa 1953, insbesondere seine Erlebnisse im Konzentrationslager; 1955; 1. Interview; Typsokript, 38 Blatt; 2. Sardemann, Karl: 1 Brief mit Unterschrift an Max Horkheimer, ohne Ort, 15.12.1955; 1 Blatt; "Altersbild und Altersvorsorge der Arbeiter und Angestellten" veröffentlicht als Sonderheft 1 der Frankfurter Beiträge zur Soziologie, Frankfurt 1958.; Zwischenbericht zum Projekt und Material, 1955; 1. Becker, Egon, u.a.: "Zwischenbericht" 10.03.1953; Typoskript, 9 Blatt; mit einem Brief mit Unterschrift von Egon Becker an Max Horkheimer, ohne Ort, 11.03.1955; 1 Blatt; 2. Fragebogen; als Typoskript vervielfältigt, 16 Blatt; 3. Fragebogen; als Typoskript vervielfältigt, 11 Blatt;

Beck, Heinrich/Ismael Quiles (Editores) Entwicklung zur Menschlichkeit durch Begegnung westlicher und östlicher Kultur: Akten d. IV Interkontinentalen Kolloquiums zur Philos. In-sistenzanthropologie, 1 . - 6 . September 1986 an d. Univ. Bamberg, Frankfurt am Main; Bern; New York; París: Lang, 1988 (Schriften zur Tríadik und Ontodynamik; Band 1)

Fil: Matuschka, Daniel von.

Max Strauss Collection 1911-1935

Documents, medals, and photos pertaining to Max Strauss' service in the German Army before and during World War I: