The mechanism of the NH4 ion oscillatory transport across the excitable cell membrane

This paper presents results on typical oscillations of the membrane potential induced by the excitation of the cell membrane by different concentrations of the NH4Cl solution. The existence of four classes of oscillations of the membrane potential and several different single and local impulses rhythmically occurring were determined. It is known that the oscillatory processes of the membrane potential are in direct dependence on oscillatory transport processes of NH4 and Cl ions across the excitable cell membrane. A hypothesis on a possible mechanism of oscillatory transport processes of NH4 and Cl ions across the excitable cell membrane is also presented

Прoучaвaњe слaбo рaзвиjeних спeктрaлних трaкa сaдржaних у инфрaцрвeним спeктримa зрнa висoкoпринoсних хибридa кукурузa

The nature, role, and significance of low intensity spectral bands con-tained within the infrared spectra of kernels of high-yielding maize hybrids: ZP 341, ZP 434, and ZP 505 were observed in this study. The observations were performed to identify or-ganic molecules and their structural properties. The occurrence of unstable state of organic compounds and their functional groups are conditioned by such a process. The set hypoth-esis holds that there is a necessity to study the existence of many and low intensity spectral bands, not observed so far, occurring in different patterns (low intensity bands, single or grouped). They should be observed and the dynamics of their formation, caused by their different movements, including the possibility of their cancellation or amplification, should be explained. Such spectral bands most often appear in the wave number range of 400–950 cm-1. They occur in several wave numbers up to 3,000 cm-1 and are caused by different types of vibration movements (valence and deformation vibrations) of organic compounds and their functional groups: primary, secondary, and tertiary amides, proteins, free amino acids, alkanes, alkenes, aldehydes, ketones, aromatic compounds, cellulose, carbohydrates, car-boxylic acids, ethers, and alcohols. An unbiased analysis of low intensity spectral bands of maize hybrid kernels reveals that their occurrence is similar. Small differences, for some cases of the occurrence of low intensity spectral bands, can barely be ascertained. In this way, it is possible to establish not only the chemical composition of organic compounds of kernels of observed maize hybrids, but also it is possible to indicate their unstable, confor-mational, and functional properties.У овом раду чини се покушај изучавања природе, улоге и значаја слабо развијених спектралних трака, садржаних у инфрацрвеним спектрима зрна високоприносних хибрида кукуруза: ZP 341, ZP 434 и ZP 505. Ова проучавања вршена су ради идентификације органских молекула и утврђивања њихових структурних карактеристика. Оваквим процесом условљава се појава нестабилног стања органских једињења и њихових функционалних група. Износи се хипотеза да се постојање бројних и слабо развијених спектралних трака, које до сада нису изучаване, а које се појављују у различитој форми (слабог интензитета), појављују појединачно или груписано. Њих је неопходно посебно изучавати и објашња-вати динамику њиховог настајања условљавану различитим карактером њиховог кретања, што укључује и могућност њиховог потирања или увећавања. Овакве спек тралне траке најчешће се појављују у опсегу таласног броја од 400 до 950 cm-1. Оне се успостављају, ту и тамо, на више места таласног броја све до 3.000 cm-1, а настају различитим карактером вибрационог кретања (валенционо осциловање и деформационо вибрирање) органских једињења и функционалних група и то: примарни, секундарни и терцијарни амиди, протеин, слободне аминокисeлине, алкани, алкени, алдехиди, кетони, ароматична једињења, целулоза, угљоводони ци, карбоксилне киселине, етри и алкохоли. Непристрасном анализом слабо разви је них спектралних трака зрна три проучавана хибрида кукуруза стиче се сазнање да је њихово појављивање слично. Мање разлике, за неке случајеве појављивања слабих спектралних трака, једва да се могу констатовати. На овај начин, могуће је утврди-ти не само структуру органских једињења у зрну проучаваних хибрида кукуруза, него и указати на њихова нестабилна, конформациона и функционална стања

Strukturne karakteristike hibrida kukuruza pokazane infracrvenim spektrima

This paper discusses the application of the infrared (IR) spectroscopy method for determination of structural properties of maize hybrid grains. The IR spectrum of maize grain has been registered in the following hybrids: ZP 341, ZP 434 and ZP 505. The existence of spectral bands varying in both number and intensity, as well as their shape, frequency and kinetics have been determined. They have been determined by valence oscillations and deformation oscillations of the following organic compounds: alkanes, alkenes, alkynes, amides, alcohols, ethers, carboxylic acids, esters and aldehydes and ketones, characteristic for biogenic compounds such as carbohydrates, proteins and lipids. In this way, possible changes in the grain structure of observed maize hybrids could be detected.U ovom radu razmatra se primena metode infracrvene spektro skopije na zrnu hibrida kukuruza radi utvrđivanja njegovih mogućih strukturnih karakteristika. Izvršeno je registrovanje infracrvenog spektra zrna hibrida kukuruza: ZP 341, ZP 434 i ZP 505. Pokazano je postojanje različitih spek tralnih traka, kako po broju i intenzitetu, tako i po njihovom obliku, frekvenciji i kinetici. Do njih se dolazi valentnim oscilacijama i deformacijama funkcionalnih grupa: alkana, alkena, alkina, amida, alkohola, etra, karboksilne ki seline, estra, aldehida i ketona, koje su karakteristične za biogena jedinjenja ugljovodonika, proteina i lipida. Na ovaj način se dolazi do mogućih razlika u strukturi zrna ispitivanih hibrida kukuruza

Variable mechanisms of action of lithium during generating of membrane potential oscilations across the excitable membrane of the Nitela cell

This study presents results on variable mechanisms of lithium transport processes during generating of membrane potential oscillations across the very excitable membrane of the Nittela cell. Generating of several classes of oscillations, single and local impulses of the membrane potential, were presented in dependence on effects of a high LiCl concentration (10 mM), with which the cell membrane is very excited. Results on membrane potential oscillations are presented, and then some of oscillogram parameters were displayed. The assertion is that oscillations of the membrane potential are caused by total oscillatory transport processes: Li+, K+, Na+ and Cl-across the very excitable cell membrane. The paper presents the hypothesis on mechanisms of oscillatory transport processes of ions (Li, Na, K and Cl) expressed over different classes of oscillations, single and local impulses of the membrane potential across the excitable membrane of the Nittela cell

Detecting the phase transition in thylakoid membrane of maize inbred lines by means of delayed fluorescence

In this paper the changes on growth, photosynthesis and water relations were tested by non-invasive fluorescence method. The applications of this method allow to determine some functional properties of prestigious maize inbred lines with erect top leaves. So the temperature dependency of delayed fluorescence intensity maximum of ZPPL 16 is observed at higher temperatures than for ZPPZ 62. This fact correlates with low values of phase transition of activation energy Ea in thylakoid membrane and accompanied by a decrease of the angle and area of the leaf, as well as with the content and the rate of water release from the seed. It seems reasonable to assume that, DF can be applied in breeding and maize hybrid seed production for the estimation of prestigious maize inbred lines and their resistance adaptability to increased and high temperatures, as well as, to drought

Дослідження методами інфрачервоної спектроскопії валентних і деформаційних коливань хімічних зв'язків у функціональних групах органічних сполук, що містяться в зернах інбредних ліній кукурудзи

The infrared spectroscopy was applied on kernels of the following maize inbred lines with significant traits: ZPPL 186, ZPPL 225 and M1-3-3 Sdms, with the aim to determine structural properties of organic compounds and their unstable state. The set hypothesis was that it was necessary to observe the existence of numerous and different spectral bands, not studied so far, occurring in various patterns (bands of low intensity, single or grouped) and to explain the nature and the dynamics of their formation. Such spectral bands were observed in the wave number range of 400—2925 cm—1 and are caused by the different types of vibration movements (valence and deformation vibrations) of organic compounds: alkenes, aromatic compounds, alcohols, ethers, carboxylic acids, esters, amines, amides, alkanes, nitro compounds, ketones, aldehydes, alkynes, nitriles and phenols. In this way, it is possible to establish not only the structure of organic compounds of kernels of observed maize inbred lines, but also it is possible to point out to their unstable, conformational and functional properties. The importance of intensity, shape and kinetics of spectral bands, expressing unstable processes in biological systems and bioactive organic molecules, has been studied and emphasised for the first time.В работе рассмотрено применение метода инфракрасной спектроскопии зерен элитных инбредных линий кукурузы ZPPL 186, ZPPL 225 и M1-3-3 Sdms с целью определения структурных характеристик органических соединений и их неустойчивого состояния. Выдвинута гипотеза о необходимости изучения различных многочисленных спектральных полос, неисследованных до сих пор, появляющихся в различных формах (полосы низкой интенсивности, одиночные или сгруппированные), объяснения природы и динамики их образования. Такие спектральные полосы наблюдались в диапазоне волн 400—2925 см—1, они вызваны различными типами колебаний (валентных и деформационных) органических соединений: алкенов, ароматических соединений, спиртов, простых эфиров, карбоновых кислот, сложных эфиров, аминов, амидов, алканов, нитросоединений, кетонов, альдегидов, алкинов, нитрилов и фенолов. Таким образом, можно установить не только структуру органических соединений зерен наблюдаемых инбредных линий кукурузы, но также указать их неустойчивые, конформационные и функциональные свойства. В работе впервые акцентирована важность изучения формы, кинетики и интенсивности спектральных полос, выражающих неустойчивые процессы в биологических системах и биоактивных органических молекулах.У роботі розглянуто застосування методу інфрачервоної спектроскопії зерен елітних інбредних ліній кукурудзи ZPPL 186, ZPPL 225 і M1-3-3 Sdms з метою визначення структурних характеристик органічних сполук та їх нестійкого стану. Висунуто гіпотезу про необхідність вивчення різних численних спектральних смуг, недосліджених досі, що з'являються в різних формах (смуги низької інтенсивності, поодинокі або згруповані), пояснення природи і динаміки їх утворення. Такі спектральні смуги спостерігали в діапазоні хвиль 400—2925 см-1, вони спричинені різними типами коливань (валентних і деформаційних) органічних сполук: алкенів,ароматичних сполук, спиртів, простих ефірів, карбонових кислот, складних ефірів, амінів, амідів, алканів, нітросполук, кетонів, альдегідів, алкінів, нітрилів і фенолів. Отже, можна встановити не тільки структуру органічних сполук зерен досліджуваних інбредних ліній кукурудзи, а й вказати їх нестійкі, конформаційні та функціональні властивості. У роботі вперше акцентована важливість вивчення форми, кінетики та інтенсивності спектральних смуг, що виражають нестійкі процеси в біологічних системах і біоактивних органічних молекулах

Identification of characteristic organic molecules in kernels of maize (Zea mays L.) hybrid grain using infrared spectroscopy

Modern biophysical methods have provided a breakthrough in investigations of the status and functions of the intact plants at the molecular level. The infrared (IR) spectroscopy allows us to analyze the molecular composition and structure by recording the absorption of infrared radiation as a function of frequency of valent and deformation vibrations (wavenumber, cm-1) for chemical bonds. We used the IR Fourier spectroscopy method (IR spectra with Fourier Transformation,) to investigated the grain composition in maize hybrids - ZP 341, ZP 434 and ZP 505 created at Maize Research Institute (Zemun Polje, Belgrade, Serbia). The resulted spectra differed in peak number and intensity, and in oscillation frequency. Particularly, there are 20 to 23 peaks and characteristic spectral bands within the wavenumber range of 400 to 4000 cm-1. Characteristic spectral bands were analyzed for each hybrid with regard to absorption intensity in %, experimentally determined wavenumber in cm-1, and published wavenumber range. A comparison of these peaks to reference IR spectra from databases revealed biogenic organic molecules: alcohols, amines, esters, alkanes, carboxylic acids, alkenes, aldehydes, ketones and esters in the studied grain hybrids. In a typical IR spectrum of maize hybrid ZP 341 there were three most distinct bands with wavenumbers of 3400, 2900 and 1000 cm-1. Four peaks (3400, 2950, 1700 and 1000 cm-1) were characteristic of the ZP 434 hybrid, and eight major peaks of 3400, 2900, 2850, 1750, 1700, 1450, 1150 and 1000 cm-1 were observed in ZP 505. That is, the grain charterisics in ZP 505 slightly differ from those in ZP 341 and ZP 434, whereas in ZP 341 and ZP 434 the grain structure is more similar. In general, Serbian hybrids are characterized by high quality, productivity and technological suitability. The developed methodology for IR spectra recording and analysis in grain allows to reveal the composition and structure of biogenic compounds. It is important not only for diagnosis and breeding, but also for the development of biotechnological screening methods, or the estimation of grain storage time

ДЕТАЛЬНЕ ВИВЧЕННЯ ПАРАМЕТРIВ IНФРАЧЕРВОНИХ СПЕКТРIВ ЛИСТКIВ — ВНЕСОК У ВСЕБIЧНЕ ВИЗНАЧЕННЯ ВЛАСТИВОСТЕЙ IНБРЕДНИХ ЛIНIЙ КУКУРУДЗИ

Results and discussion about observation of leaf infrared spectrum parameters with the intention of overall characterisation of the traits of the elite maize inbred lines ZPPL 186, ZPPL 225, ZP M1-3-3 Sdms are presented. The proposed hypothesis was that numerous spectral bands of maize inbred lines leaves, not observed yet, but occurring in the different kinetic forms (bands of high and low intensity, single or grouped), should be systematically studied and the dynamics of their formation, very often caused by different oscillations and vibrations of molecular bonds, should be explained. In some cases, there is a possibility of the partial cancellation or increase of spectral bands intensity. According to our hypothesis, low intensity spectral bands imply the unstable state of the biological system (leaf), which is a consequence of the excited state of molecules, radicals, atoms or ions in tissues, cells or biomembranes. Similar transport processes occur when biological systems are rhythmically excited, as well as when complex transport of ions occur across the excited thylakoid membrane. These bands most frequently appear in the wave number range of 500—1600 cm–1. Nevertheless, they fractionally occur in the wave number up to 3000 cm–1. These spectral bands varied over inbred lines used in this study. The systematic analysis of spectral bands of leaves of observed maize inbred lines (for instance, high intensity bands with significant width on 3370 cm–1) showed the difference in their occurrence: the most intensive occurrence was in leaves of the inbred line ZPPL 186, then in ZP M1-3-3 Sdms, while the lowest intensity was detected in the inbred line ZPPL 225. In such a complex way, it is possible to identify not only organic compounds and their structure in leaves of observed maize inbred lines, but also to indicate the possibility of complex inducement of their unstable and conformational states.Представлены результаты изучения и обсуждение параметров инфракрасного спектра листьев с целью общей характеристики признаков элитных инбредных линий кукурузы ZPPL 186, ZPPL 225, ZP M1-3-3 Sdms. Предложенная гипотеза состояла в том, что многочисленные спектральные полосы листьев инбредных линий кукурузы, встречающиеся в различных кинетических формах (полосы высокой и низкой интенсивности, одиночные или сгруппированные), следует систематически изучать, и должна быть объяснена динамика их формирования, очень часто вызванная различными колебаниями молекулярных связей. В некоторых случаях существует возможность частичного подавления или увеличения интенсивности спектральных полос. Согласно предложенной гипотезе, спектральные полосы низкой интен- сивности предполагают нестабильное состояние биологической системы (листа), которое является следствием возбужденного состояния молекул, радикалов, атомов или ионов в тканях, клетках или биомембранах. Подобные перемещения происходят, когда биологические системы ритмично возбуждаются, а также когда происходит сложный транспорт ионов через возбужденную тилакоидную мембрану. Эти полосы чаще всего появляются в диапазоне волновых чисел 500–1600 см–1. Тем не менее они частично встречаются в волновом диапазоне до 3000 см–1. Эти спектральные полосы различались по инбредным линиям, использованным в данном исследовании. Систематический анализ спектральных полос листьев изучаемых инбредных линий кукурузы (например, полос высокой интенсивности со значительной шириной при 3370 см–1) показал разницу в их встречаемости: наиболее интенсивное проявление было в листьях инбредной линии ZPPL 186, затем в ZP M1-3-3 Sdms, в то время как самая низкая интенсивность была обнаружена в инбредной линии ZPPL 225. Таким комплексным способом можно идентифицировать не только органические соединения и их структуру в листьях инбредных линий кукурузы, но и также выявить возможность индукции их неустойчивых и конформационных состояний.Представлено результати вивчення та обговорення параметрів інфрачервоного спек- тра листків з метою загальної характеристики ознак елітних інбредних ліній кукуруд- зи ZPPL 186, ZPPL 225, ZP M1-3-3 Sdms. Запропонована гіпотеза полягала в тому, що численні спектральні смуги листків інбредних ліній кукурудзи, які трапляються в різних кінетичних формах (смуги високої та низької інтенсивності, поодинокі або згруповані), слід систематично вивчати, і має бути пояснена динаміка їх формуван- ня, дуже часто викликана різними коливаннями молекулярних зв’язків. У деяких ви- падках існує можливість часткового пригнічення або збільшення інтенсивності спек- тральних смуг. Згідно із запропонованою гіпотезою, спектральні смуги низької інтенсивності припускають нестабільний стан біологічної системи (листка), який є наслідком збудженого стану молекул, радикалів, атомів або іонів у тканинах, кліти- нах чи біомембранах. Подібні переміщення відбуваються, коли біологічні системи ритмічно збуджуються, а також коли здійснюється складний транспорт іонів через збуджену тилакоїдну мембрану. Ці смуги найчастіше з’являються в діапазоні хвильо- вих чисел 500–1600 см–1. Втім вони частково трапляються в хвильовому діапазоні до 3000 см–1. Ці спектральні смуги розрізнялися по інбредних лініях, використаних у цьому дослідженні. Систематичний аналіз спектральних смуг листків досліджуваних інбредних ліній кукурудзи (наприклад, смуг високої інтенсивності зі значною шири- ною при 3370 см–1) показав різницю в їх зустрічальності: найінтенсивніший прояв був у листках інбредної лінії ZPPL 186, потім в ZP M1-3-3 Sdms, тоді як найнижча інтенсивність була виявлена в інбредної лінії ZPPL 225. Таким комплексним спосо- бом можна не тільки ідентифікувати органічні сполуки та їх структуру в листках інбредних ліній кукурудзи, а й виявити можливість індукції їх нестійких і конфор- маційних станів

Structural properties of maize hybrids established by infrared spectra

This paper discusses the application of the infrared (IR) spectroscopy method for determination of structural properties of maize hybrid grains. The IR spectrum of maize grain has been registered in the following hybrids: ZP 341, ZP 434 and ZP 505. The existence of spectral bands varying in both number and intensity, as well as their shape, frequency and kinetics have been determined. They have been determined by valence oscillations and deformation oscillations of the following organic compounds: alkanes, alkenes, alkynes, amides, alcohols, ethers, carboxylic acids, esters and aldehydes and ketones, characteristic for biogenic compounds such as carbohydrates, proteins and lipids. In this way, possible changes in the grain structure of observed maize hybrids could be detected