ALBERT

Notes: Abstract The theory of self-reproductive molecular systems involves the consequence that translation must have started from a selected distribution of RNA molecules, that comprised GC-rich sequences of a length 〈 100 nucleotides. This implies a joint function of messenger and adaptor, which both had to be recruited from the same mutant distribution. The reconstruction of tRNA precursors yields such a molecule showing some reverberation of a codon pattern GNC. These findings suggest that tRNA has been the earliest component of the translation machinery.

Notes: Abstract Evolutionary history of tRNA is studied by comparative sequence analysis of two specified tRNA's at various phylogenetic levels and of tRNA families within four different species. Criteria are developed that allow 1) to distinguish between convergent and divergent evolution, 2) to determine the mechanism of divergence and 3) to estimate the degree of randomization of the variable parts of the sequences. The conclusion of these investigations is that tRNA's represent ancient molecules that existed in the form of a mutant distribution prior to their integration into genomes.

Notes: Titrieren heißt, eine Stoffmenge durch chemische Umsetzung mit einer kalibrierten Standardsubstanz quantitativ zu bestimmen. Detaillierte Information über die Gleichgewichtsparameter erhält man im allgemeinen aus der Form der Titrationskurve. Im vorliegenden Beitrag werden die Ableitungen der Titrationsfunktionen nach den Konzentrationen einerseits und nach den Massenwirkungsparametern andererseits einander gegenübergestellt. Die Gleichgewichtsparameter können direkt aus den Amplituden und Zeitkonstanten der dynamischen Veränderungen des Systems als Folge einer Störung der Gleichgewichtsbedingungen bestimmt werden. Die Störung kann z. B. durch schnelle Änderung der Temperatur, des Druckes oder der elektrischen Feldstärke hervorgerufen werden.Ganz allgemein sind drei Grundtypen von Reaktionssystemen zu unterscheiden; 1. Ist die Wechselwirkung zwischen den Reaktanden sehr stark (d. h. die Stabilität der Komplexverbindung sehr hoch: K←∞, so kann die (mittlere) Teilchenzahl einer Meßprobe direkt anhand der Reaktion mit einer bekannten Anzahl von Teilchen einer Standardlösung verglichen und somit “abgezählt” werden. - 2. Ist im Gegensatz dazu die Wechselwirkung relativ schwach (d. h. die Stabilität des Komplexes gering), so findet eine quantitative Umsetzung der zu bestimmenden Substanz nur in Gegenwart eines großen Überschusses an Standardlösung statt; der zur Erreichung des Halbwertpunktes notwendige Überschuß ist ein direktes Maß für die Bindungskonstante. - 3. Lediglich bei mittelstarken Wechselwirkungen ist es möglich. Titrationskurven zu beobachten, deren Verlauf charakteristisch für die Bindungsstärke der reagierenden Substanz ist, während in den Fällen 1 und 2 nur einheitliche Standardkurven für die jeweilige Titrationsfunktion erhalten werden.Im Fall 1 haben wir es vor allem mit der Anwendung der klassischen Endpunktmethode zu tun. Sie ist für die quantitative Analyse, d. h. für die Bestimmung der Konzentrationen einer Probe, optimal geeignet. Die dynamischen Verfahren, die auf die Bestimmung der Gleichgewichtsparameter adaptiert sind, erweisen sich hier als ziemlich unempfindlich. Im Fall 2 liefern die klassische und die dynamische Methode vergleichbare Aussagen: Die Massenwirkungsparameter erhält man aus den Extremwerten der Kurven, welche erst nach Zugabe eines Überschusses an Standardreagens auftreten. Im Fall 3 dagegen sind die dynamischen Meßverfahren von Vorteil; sie ermöglichen eine direkte Bestimmung sowohl der Mengenverhältnisse der Reaktionsteilnehmer, der Gleichgewichtskonstanten, der Reaktionsenthalpien oder -volumina als auch der Geschwindigkeitskonstanten des Reaktionssystems. Der Vorteil der dynamischen Methode beruht darauf, daß in den beiden Ableitungen der Titrationsfunktion dTi/d ln q und d Ti/d ln p die Terme, die sich aus der Variation nach p ergeben, in engerer Beziehung zu den Reaktionsparametern stehen als diejenigen, die aus der Ableitung nach q hervorgehen. (q ist das Verhältnis von Standard- zu Probenkonzentration, d. h. die eigentliche Titrationsvariable, und p symbolisiert den Massenwirkungsparameter, d. h. eine reduzierte Bindungskonstante.)Die zunächst für einstufige Systeme erläuterte dynamische Analyse wird für die Anwendung auf mehrstufige Reaktionssysteme verallgemeinert. Es ergibt sich daraus die Möglichkeit einer Bestimmung sämtlicher Gleichgewichts- und Geschwindigkeitsparameter einzelner Reaktionsschritte in einer vielstufigen Umwandlung, also auch der Meßgrößen, die aus klassischen Bindungsstudien nicht erhältlich sind. Eine einheitliche Darstellung der Relationen wird durch Verwendung trigonometrischer Funktionen erzielt, in denen der Singularitätscharakter des Endpunktes klarer zum Ausdruck kommt. Die Beziehungen sind in mehreren Tabellen zusammengefaßt, welche in Verbindung mit den graphischen Illustrationen die Grundlage für eine vergleichende Diskussion bilden.

Notes: Titration represents the quantitative determination of a chemical change in response to the variation in concentration of a standrad. Information on reaction parameters is usually obtained from an analysis of the shape of the titration curve. In this paper the derivatives of titration functions with respect to concentration variables and with respect to equilibrium parameters are compared with one another. The latter can be determined directly from amplitudes and time constants of the dynamic responses to equilibrium perturbations, brought about by fast alterations of temperature, pressure or electirc field.Three general situations have to be distinguished: 1. If the interaction is very strong (i.e. the complex stability is high: K → ∞), the (average) number of sample praticles can be counted directly by means of their reaction with a calibrated number of standard particles. - 2. If, on the contrary, the interaction is weak (i.e. the complex stability is low), the sample will react quantitatively only in the presence of a large excess of standard; the half-way point of which provides a direct measure of the binding constant. - 3. Only for moderate interactions can individual curves characteristic of the binding strength be observed. The limiting cases 1 and 2 yield titration curves which reflect only the general class to which the system belongs.The dynamical procedures are fairly insensitive in case 1, which represents the classical end-point situation and is most suitable for quantitative anlaysis, i.e. for a determination of sample concentrations. For case 2, the classical and dynamical techniques yield comparable information: mass-action parameters are obtained from the extrema of the curves, which occur only in the presence of an excess of the standard. In case 3 the dynamical treatment provides a more direct access to the equilibrium constants, and also to the enthalpies or volumes of reaction as well as to the rate constants. The advantage of the dynamic method is due to the fact that in the two derivatives of the titration function d Ti/d ln q and d Ti/d ln p (where q is the titration variable, i.e. the ratio of standard and sample concentration, and p the mass-action parameter, i.e. a reduced binding constant) the terms resulting from a differentiation with respect to p are more closely related to the reaction parameters than those following from a variation of q.The dynamic analysis is generalized for applications to multiple-step titration processes, where it allows for the measurement fo equilibrium and rate parameters of individual steps. A uniform representation utilizing trigonometric functions was chosen which expresses clearly the singualr character of the end-point. The relations are summarized intabular form. They provide in conjunction with the illustrations the basis for a comparative discussion.