69 search hits
-
Direkte Messung und Bewertung des nebelgebundenen Eintrags von Wasser und Spurenstoffen in ein montanes Waldökosystem
(2004)
-
Thomas Wrzesinsky
- Der nebelgebundene Eintrag von Wasser und Spurenstoffen kann in den Bergwäldern Mitteleuropas eine wichtige Rolle spielen. Die Quantifizierung dieses Eintrags stieß jedoch in der Vergangenheit auf messtechnische Grenzen. Nach der Entwicklung und Erprobung eines Systems aus einem Tropfenspektrometer zur schnellen Messung der Größenverteilung (40 Tropfengrößenklassen zwischen ø1,5 und 50 µm) im Nebel und einem Ultraschallanemometer zur Bestimmung des vertikalen Windes konnten an der Ökosystemmessstation „Waldstein“ von April 2001 bis März 2002 Messungen zur Nebelwasserdeposition durchgeführt werden. Zusätzlich wurden die Sichtweite und die chemische Zusammensetzung (pH, elektrische Leitfähigkeit, Na+, K+, NH4+, Mg2+, Ca2+, Cl–, NO3–, SO42– und PO43–) des Nebelwassers gemessen. Zur Sammlung von Nebelwasser wurde ein aktiver beheizbarer Nebelsammler entwickelt und parallel zu den Wasserflussmessungen eingesetzt. Die Proben wurden automatisch alle acht Stunden genommen. Die Sammelmengen betrugen im Median 249 ml und erlaubten die gewünschten chemischen Analysen. Im Untersuchungszeitraum waren 223 Nebeltage zu verzeichnen. Der Nebelanteil betrug 25,7 %. Für die Qualitätskontrolle der gemessenen Flüsse wurden die Daten auf Stationarität und Turbulenz überprüft und der Datensatz entsprechend angepasst. Die Messung der Nebeldeposition im Untersuchungszeitraum ergab einen Eintrag von 108 kg ha–1 a–1 Wasser für die turbulente Deposition und 17 kg ha–1 a–1 für den Eintrag über Sedimentation. Der turbulente Eintrag dominiert also mit ca. 86 % die Nebeldeposition. Die Summe aus beiden Eintragsarten entspricht einem Nebelniederschlag von 125 mm p. a. Eine klare Saisonalität der Nebelwasserflüsse ist erkennbar. Die höchsten Nebelniederschläge sind im Spätherbst und im Winter zu verzeichnen, monatlich bis zu 24 mm (Januar) wurden gemessen. Die geringste Nebeldeposition wurde im August mit ca. 1 mm gemessen. Die ermittelten Tropfenspektren zeigen bei der Anzahlverteilung Maxima bei 2, 6 und 9 µm sowie ein Maximum von 12 µm in der Massenverteilung. Für die Massengrößenverteilung sind Verteilungen mit Maxima bei 9, 12 und 15 µm häufig. Die gemessenen Flüssigwassergehalte lagen bei einem Median von 156 mg m–3 und erreichten Maxima von 2639 mg m–3 (5-min-Mittel). Den größten Anteil am Fluss hatte die Größenklasse von 14,5 bis 15,5 µm Tropfendurchmesser. Tropfen kleiner 7 µm wurden effektiv emittiert, die größeren deponiert. Die im Untersuchungszeitraum gefallene Menge an Regen und Schnee beträgt 1414 mm. Der Anteil des Nebels am atmosphärischen Eintrag von Wasser beträgt demzufolge etwa 8 %. Für insgesamt 253 Nebelereignisse wurden im Untersuchungszeitraum Proben gewonnen. Außerdem wurden zum Vergleich auf wöchentlicher Basis wet-only-Proben genommen. Die Konzentrationen in Nebel- und Regenwasser sind hoch variabel. Die Mediane liegen im Nebelwasser bei pH 4,14, 621 µeq l–1 für NH4+, 487 µeq l–1 für NO3– und 321 µeq l–1 für SO42–. Diese 3 Hauptionen machen ca. 87 % der Gesamtkonzentration aus. Die Konzentrationen im Nebelwasser sind deutlich gegenüber dem wet-only-Niederschlag erhöht. Die Anreicherungsfaktoren sind 18,1 (NH4+), 13,1 (NO3–) bzw. 11,5 (SO42–). Der nebelgebundene Eintrag der wichtigsten Ionen wurde aus der Konzentration und dem Nebelwasserfluss errechnet. Die eingetragenen Mengen sind 9,8 kg ha–1 für NH4+ (7,9 kg ha–1 für wet-only), 27,9 kg ha–1 für NO3– (25,1) bzw. 14,0 kg ha–1 für SO42– (15,0). Die durch feuchte oder okkulte Deposition eingetragene Menge ist für diese Ionen also im gleichen Größenbereich wie die Menge aus Regen und Schnee. Der Stickstoffeintrag beträgt insgesamt 13,9 kg N ha–1 a–1 (11,8 für wet-only). Der im Unterschungszeitraum durch den Bestandesniederschlag gemessene Eintrag von Stickstoff liegt bei 23,3 kg N ha–1 a–1. Die Differenz aus Bestandesniederschlag einerseits und wet-only und Nebel andererseits liegt mit –0,9 kg N ha–1 a–1 nahe Null. Zusätzliche Einträge sind durch die trockene Deposition (z. B. durch partikuläres Nitrat und Salpetersäure) zu erwarten. Der Umsatz von Stoffen im Kronenraum spielt dann eine wichtige Rolle in der Schließung der Ökosystembilanz für die verschiedenen Stoffe.
-
The two-dimensional vibrating reed technique: a study of anisotropic pinning in high-temperature superconductors
(2004)
-
Anna Karelina
- In this work the anisotropy of the pinning forces of vortices in a-b plane of high temperature-supraconductors was examined. For this purpose vibrating reed with two degrees of freedom of the oscillation was constructed. The pinning forces were examined in single crystals of YBa2Cu3O7 and Bi2Sr2CaCu2O8. Because of the d waves symmetry of the order parameter is expected four-fold anisotropy of the pinning potential. The reed consists of a sapphire fiber which is fast clamped at one end. Other end of the reed glued into a hole of the ruby disc, which is used as a sample holder. The superconducting sample was glued on top of the disc with the c-axis parallel to the sapphire fiber. The dielectric reed is covered by a thin conducting layer for driving the reed electrostatically and detecting its elongation from equilibrium by capacitance method. Thus we have the possibility to vibrate the sample in any direction of the ab plane. The magnetic field directed along the c axis creates vortices in the superconductor. Vibrating of the superconductor leads to the distortion of the flux lines and displacement of the vortices from the point-like oxygen defects, which act as pinning centers. The pinning force leads to additional restoring force which causes a typical magnetic field dependence of the resonance frequency. Such an experimental configuration has never been used before and gives the possibility to study the symmetry of the pinning potential. A mathematical model was developed to describe the effect of anisotropy of the pinning potential on the vibrating reed motion. The two simplest cases of two- and four-fold symmetry of the potential were considered in this model. The experiments with the two-dimensional vibrating reed were carried out with single crystals of YBa2Cu3O7, glued with some angle between the easy axis of the reed (the x direction) and the crystallographic axis a and b. These experiments demonstrated the presence of the two-fold symmetry of the pinning potential of the sample. The anisotropy of the pinning potential manifests itself by the appearance of coupling between main axes of the vibrating reed and by beating in the free oscillations. From the comparison of measurement and mathematical model anisotropy parameter was obtained equal to 10%. For the investigations of the fourfold symmetry of the pinning potential, the crystal was glued so that the crystallographic axes coincide with the easy axes of the reed to eliminate the effect of the two-fold symmetry of the pinning potential. The experiments with YBa2Cu3O7 show that at temperatures lower than 78K the vortices are in a nonequilibrium state. This leads to a flux creep and to a drift of the resonance frequency with time. This prevents the comparison of resonance curves in different directions of oscillations. In Bi2Sr2CaCu2O8 single crystals the vortices are in more stable state, but the measurements of the resonance curves in different directions show no indication of the four-fold symmetry. At temperatures below 60 K a strong hysteresis of the resonance frequency and the resonance-oscillation amplitude was found in YBa2Cu3O7 crystals as a function of the magnetic field. The hysteresis of the amplitude caused probably by bending of the reed because of the irreversible magnetisation.
-
Keteneylidenetriphenylphosphorane as a Versatile C-2 Building Block Leading to Tetronic Acids with Potential Herbicidal and anti-HIV Activity
(2004)
-
Gary John Gordon
- The cumulated ylide keteneylidenetriphenylphosphorane (Ph3PCCO) has shown great potential in the construction of heterocyclic compounds. The formation of heterocycles arises from the unique dipolar electronic structure of the cumulated ylide, which combines ylide and ketene properties. Upon reaction of alcohols, amines and thiols with keteneylidenetriphenylphosphorane the intermediate ketene cation gets intercepted by the more strongly nucleophilic counter anion (alkoxide, amide, thiolate) yielding monomer “acyl” ylides. Since acyl ylides enter into Wittig alkenation reactions far more quickly than the starting ylide, multi-component or domino reactions between the latter and a carbonyl compound becomes possible leading to beta,gamma-unsaturated carbonyl derivatives. A further strength of keteneylidenetriphenylphosphorane is its low toxicity, easy accessibility, simple handling and its ability to enter into extended domino reactions, thus this molecule is extremely useful in modern synthetic applications. Our group has recently extended this procedure to the formation of tetronates from keteneylidenetriphenylphosphorane and alpha-hydroxycarboxylic esters. In cases were the ester contains an beta,gamma-unsaturated alkene the corresponding tetronates can be easily converted to either tetronic acids or 3-dispirodihydrofurandiones by careful control of the reaction conditions. Tetronic acids are an important class of heterocycles which exhibit a large array of biological properties. In recent years tetronic acids derivatives have been found to be important HIV-1 protease inhibitors. This work is concerned with using keteneylidenetriphenylphosphorane as a new route to highly functionalised HIV-protease inhibitors. New synthetic techniques such as microwave irradiation is investigated as a means to accelerate Claisen rearrangement reactions. The mechanistic pathway of Claisen/abnormal Claisen rearrangements is investigated in detail. Further examples of 3-dispirodihydrofurandiones are provided with a more in-depth study of the reaction mechanism. The nucleophilic ring opening of these 3-dispirodihydrofurandiones to give 3-substituted tetronic acids is also investigated. These tetronic acids have been found to have potential as lead compounds in the herbicidal industry.
-
Synthese und Charakterisierung von mono- und 1,1´-di-substituierten Ferrocenen sowie [3]- und [4]Ferrocenophanen und ihre 57Fe-NMR-spektroskopische Untersuchung
(2004)
-
Anahid Ayazi
- Ferrocen ist eine außergewöhnlich stabile Organometallverbindung, in der zwei Cyclopentadienyl-Anionen hapto-5 an ein Fe(II)-Zentrum koordiniert sind. Die zahlreichen Reaktionsmöglichkeiten des Ferrocens machen es zu einer vielseitigen Modellverbindung anhand derer auch die Aus-wirkungen verschiedener Substituenten auf die elektronische Struktur besonders gut untersucht werden können. In der Literatur sind bereits zahlreiche Ferrocene mit gleichartigen Substituenten bekannt. 1,1´-disubstituierte Ferrocene mit unterschiedlichen Heterosubstituenten, sowie [3]- und [4]Ferrocenophane mit zwei oder mehr unterschiedlichen Substituenten in der Brücke fanden jedoch bisher nur geringes Interesse, da ihre Synthese komplexer ist, obwohl sie sich gut für NMR-spektroskopische Vergleiche mit analogen gleichartigen 1,1´-disub-stituierten Ferro-cenen eignen. Bisher war es nicht gelungen [3]Ferrocenophane mit drei verschiedenen Hetero-elementen darzustellen. Die hohe Bedeutung der Ferrocenchemie, z.B. in der Materialwissenschaft, bedingt den systematischen Einsatz physikalischer Messmethoden, um mehr Informationen über die Eigenschaften der Ferrocene zu erhalten. Neben Röntgenstrukturanalyse und Routine-NMR-Spektroskopie eignet sich dafür besonders die 57Fe-NMR-Spektroskopie, da die Daten bekannter Verbindungen zeigen, dass die magnetische Abschirmung der 57Fe-Kerne sehr empfindlich auf kleine Veränderungen der elektronischen Struktur reagiert. Die synthetisierten Verbindungen wurden durch Multikern-NMR-Spektroskopie, insbesondere 57Fe-NMR-Spektroskopie, sowie mit Hilfe von EI- und FD-Massenspektro-metrie charakterisiert. In einigen Fällen konnte die Struktur der erhaltenen Komplexe durch Röntgenstrukturanalyse bestimmt werden. I. Monosilyl- und 1,1´-disilyl-substituierte Ferrocen-derivate mit sperrigen Substituenten am Siliciumatom Monosilyl-substituierte Ferrocene und 1,1´-Bis[chloro(dimethyl)silyl]ferrocen lassen sich ausgehend von Monolithioferrocen bzw. Dilithioferrocen durch eine Reaktion mit Chlorosilanen darstellen. Durch den Austausch der Chlor-Substituenten dieser Verbindungen gegen eine oder zwei 9-Fluorenyl- oder 1-Indenyl-Gruppen kann man monosubstituierte Ferrocen-derivate sowie 1,1´-Bis[indenyl(dimethyl)silyl]ferrocen bzw. 1,1´-Bis[fluorenyl(dimethyl)-silyl]ferrocen synthetisieren. II. 1-Sila-[1]ferrocenophane Eine Reihe von 1-Sila-[1]ferrocenophanen wurde als Edukte für die Darstellung von 1,1´-disubstituierten Ferrocenen mit unterschiedlichen Heteroatomen in 1,1´-Position eingesetzt und NMR-spektroskopisch erstmalig genauer untersucht. III. Ringöffnungen der 1-Sila-[1]ferrocenophane Bei der Umsetzung der 1-Sila-[1]ferrocenophane mit Borhalogeniden, SnCl4 und 9-BBN konnten die 1-silyl-1´-boryl - und 1-stannyl-1´-silyl-substituierten Ferrocene erhalten werden. IV. Intramolekularer Ringschluss bei 1,1´-disubstituierten Ferrocenen Mit Hilfe der unter III beschriebenen Produkte konnten erstmals [3]Ferrocenophane mit drei ver-schiedenen Heteroelementen in der Brücke dargestellt werden. Als Ausgangsverbindung für die Darstellung der [3]Ferrocenophane dienten die Aminoborylferrocene, da aufgrund des Stabilisierungseffekts der Amino-Gruppe ein selektiver Ringschluss begünstigt wird. Die Reaktionen mit Lithiumchalkogeniden bzw. mit primären Aminen führten zu einem intramolekularen Ringschluss und zur Bildung der [3]Ferrocenophane mit drei unterschiedlichen Heteroatomen in der Brücke. Auswirkungen auf NMR-spektroskopische Daten durch die Vergrößerung der Brücke auf vier Atome wurden untersucht, insbesondere 57Fe-NMR-spektroskopisch anhand des 1-Sila-4-bora-[4]ferrocenophans. Die Darstellung dieses [4]Ferrocenophans erfolgte durch die Reaktion von fcLi2(TMEDA) mit (E)-2-[Chloro(dimethyl)silyl]-3-[chloro(ethyl)boryl]-2-penten. V. 57Fe-NMR-Spektroskopie Um weitere Informationen über die elektronische Struktur von Ferrocenderivaten zu erhalten, wurde die 57Fe-NMR-Spektroskopie eingesetzt. Da bei früheren 57Fe-NMR-Untersuchungen von Ferrocenderivaten der Einfluss von Heteroelement-Substituenten nicht bestimmt worden war, wurden in der vorliegenden Arbeit die 57Fe-NMR-Spektren von bekannten silyl-, germyl-, stannyl- und boryl-substituierten Ferrocenen sowie von bekannten und neuen 1,1´-disubstituierten Ferrocenen mit gleichen oder unterschiedlichen Heteroatomen in 1,1´-Position und auch von [m]Ferrocenophanen gemessen.
-
Isolation and characterization of the B-type allatostatin gene of Gryllus bimaculatus de Geer (Ensifera, Gryllidae)
(2004)
-
Junling Wang
- 1. Cricket B type allatostatins, which belong to a neuropeptide family sharing the conserved W(X)6Wamide structure, exhibited inhibitory functions on the biosynthesis of juvenile hormones (JH) in vitro in the corpora allata (CA) as well as on ecdysteroid biosynthesis in the ovary of adult crickets (Gryllus bimaculatus). To understand the mechanisms of function of the pleiotropic cricket B type allatostatins, it is necessary to characterize their gene (preprohormone) and study the spatial and temporal expression patterns of the gene. 2. By PCR screening of a random primer cDNA library and by RACE (Rapid Amplification of cDNA Ends), a 535 bp 3´cDNA sequence of the cricket B type allatostatin gene was yielded. This 3´cDNA fragment encodes a putative translation product of 85 amino acids with potential dibasic endoproteolytic cleavage sites, which may allow processing into six peptides including three copies of Grybi-AS B1 (GWQDLNGGWGa) and single copies of Grybi-AS B2 (GWRDLNGGWGa), Grybi-AS B3 (AWRDLSGGWGa), and Grybi-AS B6 (AWNNLGSAWGa), respectively. Three of these deduced peptides were previously isolated from cricket brain extracts by conventional chromatographic techniques and were designated as Grybi-AS B1, Grybi-AS B2, and Grybi-AS B3. The Grybi-AS B6 neuropeptide represents a novel member of the B type allatostatins. 3. The nucleotide sequences encoding the type B allatostatins are high in GC-content and show strong homology. The highest GC-content was found for Grybi-AS B3 with 83.3%. The similarity of the nucleotide sequences encoding Grybi-AS B2 and Grybi-AS B1 is 93.3%, whereas Grybi-AS B2 and B3 share 90% nucleotide identity. 4. By Southern blot analyses, it was proven that the Grybi-AS type B gene is present as a single copy per haploid genome of G. bimaculatus. 5. By RT in situ PCR technique, it could be demonstrated that the Grybi-AS B gene is expressed in various tissues of 1 day old female adult crickets: In the central nervous system the Grybi-AS B gene expression was detected in the brain. In the protocerebrum, strong positive signals were found in the median neurosecretory cells, and to a lesser extent in lateral neurosecretory cells and in neurons. Gene expression was also found in the neurosecretory cells of the deuterocerebrum and the tritocerebrum. Furthermore, Grybi - AS B gene expression was localized in neurosecretory cells of the suboesophageal ganglion (SOG), the thoracic ganglia, and the abdominal ganglia. In the germarium and in primary oocytes of the ovary, Grybi-AS B gene expression was detected as condensed signals in the nuclei, but not in the prefollicular cells or the cytoplasm. With ongoing development of the oocytes, the signals in the nuclei (germinal vesicles) appeared as separated granules with weaker intensity, which finally disappeared, whereas in the follicular cells strong signals became apparent. Grybi-AS B gene expression was also detected in the epithelial cells of the accessory reproductive glands of female crickets. In the caecum and midgut, Grybi-AS B gene expression was found in endocrine secretory and epithelial cells, whereas in the hindgut, positive RT in situ PCR signals were detected in both longitudinal and circular muscles and in the gut epithelial cells. Grybi-AS B gene expression was also found in cells of the fat body and in thoracic (flight) muscles. 6. The results on Grybi-AS B gene expression as obtained by RT in situ PCR were confirmed by RT-PCR and RNA dot blot analyses. The expression of the Grybi-AS B gene in various tissues of adult females varied in an age-dependent manner. In brains of virgin females gene expression increased from the day of emergence until day 8 of adult life. In the ovary of virgin females gene expression showed a maximum at day 4 after ecdysis, whereas in mated females gene expression was high during the first two days and at days 6 to 7, but low inbetween. In caecum and midgut of virgin females gene expression was low during the first 5 days after ecdysis, but peaked at days 6 and 7, whereas in the hindgut gene expression was highest at day 3 of adult life. In the fat body, gene expression showed highest values on day 1 and days 6 to 7 after ecdysis. 7. Gene expression in brain, testes, and accessory reproductive glands of 0 to 3 days old male crickets was also demonstrated by RT-PCR and RNA dot blot analyses.
-
Strukturbiologische Untersuchungen und Faltungsstudien von Modellproteinen mittels NMR-Spektroskopie
(2004)
-
Markus Wolfgang Zeeb
- Die biologische Funktion von Proteinen basiert in den meisten Fällen auf einer definierten dreidimensionalen Struktur, die sich im Verlauf der Proteinfaltung ausbildet. In dieser Arbeit wurden die Modellproteine CspB aus B. subtilis, RNase T1 aus A. oryzae, ORF56 aus S. islandicus sowie des humanen CDK-Inhibitors p19INK4d mit einer Reihe biophysikalischer Methoden ausführlich charakterisiert. Die schnelle interne Dynamik von CspB wurde bei verschiedenen Lösungsmittelviskositäten untersucht, wobei durch eine erweiterte Lipari-Szabo-Analyse der 15N-Relaxationsparameter die Rotationskorrelationszeit iterativ optimiert. Diese stellt einen empfindlichen Sensor gegenüber der unmittelbaren Umgebung des Proteins innerhalb der Hydratationshülle dar, wobei die Geschwindigkeit der Gesamtbewegung nicht von der Größe des Proteins inklusive seiner Hydratationshülle sondern vielmehr von deren Mikroviskosität abhängt. Die Dynamik im ps- bis ns-Bereich bleibt bei steigender Viskosität nahezu unverändert. Der Beitrag des chemischen Austauschs (Rex) zur transversalen Relaxationsrate ist über das gesamte Protein verteilt und korreliert nicht mit Sekundärstrukturelementen oder flexiblen Schleifen. Rex repräsentiert daher nicht die lokale Dynamik einzelner Reste sondern ist auf die globale Faltungsreaktion von CspB im Millisekundenbereich zurückzuführen. Durch die Erhöhung der Viskosität wird die Größe und Anzahl der Rex-Beiträge signifikant reduziert. Die Kooperativität der Millisekundenfaltung von CspB wurde anhand dynamischer NMR-Methoden untersucht, wobei die Bestimmung der Faltungsraten mit R2-Dispersionsmessungen die verlässlichsten Ergebnisse lieferte. Die 24 analysierten ortsspezifischen Sonden zeigen sehr ähnliche apparente Faltungsraten und stimmen gut mit stopped flow Fluoreszenz detektierten Faltungsraten überein. Die Faltung verläuft kooperativ und über einen wenig heterogenen Übergangszustand. Die Wechselwirkung von CspB mit einzelsträngiger DNA wurde auf struktureller Ebene charakterisiert. Die aus Sequenzvergleichen postulierte potentielle Bindungsregion von CspB wurde mittels NMR-Titrationsexperimenten verifiziert. Dabei konnten zusätzliche Aminosäuren außerhalb der Bindungsmotive identifiziert werden, die für die Interaktion sehr wichtig sind. Die Beiträge einzelner Reste zur Bindungsaffinität wurden anhand einer Mutationsanalyse bestimmt, wobei die Lösungsmittel-exponierten Phenylalanine essentiell für eine feste Bindung sind. Aus der Strukturbestimmung von CspB im Komplex mit dem ssDNA-Fragment dT7 folgte, dass das Proteinrückgrat nahezu unverändert vorliegt und die Hauptunterschiede in der relativen Orientierung der aromatischen Seitenketten liegen. Die Modellierung der Struktur des Komplexes mit HADDOCK weist auf die vermuteten Stapel-Wechselwirkungen der aromatischen Seitenketten mit den Basen der ssDNA hin. Die Bindung der Nukleinsäure stabilisiert CspB. Das homodimere Protein ORF56 aus dem acidohyperthermophilen Archaeon Sulfolobus islandicus wurde mit einer Fülle von biophysikalischen Methoden studiert und dessen dreidimensionale Struktur mittels NMR bestimmt. Diese ähnelt der des Arc-Repressor sehr. Die Faltung von ORF56 kann sowohl im Gleichgewicht als auch in der Faltungskinetik mit dem Zweizustandsmodell für dimere Proteine beschrieben werden. Das Protein besitzt eine außerordentlich hohe Stabilität, was in dem extrapolierten Schmelzpunkt der thermischen Entfaltung von 107 °C zum Ausdruck kommt. Diese extreme Stabilität wird von der schnellen simultanen Assoziations-/Faltungsreaktion aber vor allem durch die besonders langsame Entfaltungsreaktion (5.7 pro Jahr) bestimmt. Die Entwicklung höherdimensionaler Echtzeit NMR-Techniken zum Studium langsamer Faltungsreaktionen wurde mit S54G/P55N RNase T1 durchgeführt. Die geschwindigkeitsbestimmende trans/cis Isomerisierung der Y38-P39 Peptidbindung synchronisiert die kooperative Rückfaltung des Faltungsintermediats, was anhand einer Vielzahl von ortsspezifischen Sonden gezeigt wurde. Die Aufnahme von 3D Echtzeit NOESY-HSQC-Spektren ermöglichte die Zuordnung des Proteinrückgrats des Faltungsintermediats und die Identifizierung von NOE-Kreuzsignalen, die die Basis für eine zukünftige Strukturbestimmung des transienten Zustands bilden. Die Faltung des humanen CDK-Inhibitors p19INK4d, der weder Trp noch Tyr enthält, wurde mit Circulardichroismus und Phenylalanin-Fluoreszenz beobachtet. Mittels dieser optischen Sonden wurde im Gleichgewicht ein apparentes Zweizustandsmodell gefunden. Allerdings wurde in einem NMR-detektierten Entfaltungsübergang ein dritter Zustand bei mittleren Harnstoffkonzentrationen detektiert. Unter stark nativen Bedingungen konnten drei Rückfaltungsphasen aufgelöst werden. Die langsamste Phase kann mit PPIasen signifikant beschleunigt werden, was auf eine Prolyl-cis/trans-Isomerisierung hindeutet, die mittels 1D Echtzeit NMR-Spektroskopie verfolgt werden konnte.
-
Isolierung und Synthese von chinoiden Naturstoffen und Strukturberechnungen an verbrückten 1,1´-Binaphthylen
(2004)
-
Burkhard Matthes
- Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit Strukturberechnungen an synthetisch hergestellten 1,1´-Binaphthylen, die als Verdriller für induzierte cholesterische Phasen eingesetzt werden und der Isolierung und Synthese von bioaktiven Naphthochinonen aus dem Pilz Mollisia caesia Sacc. und der pazifischen Braunalge Dictyopteris undulata Okamura. Cholesterische Phasen können aus nematischen Wirtsphasen durch Zugabe einer chiralen Verbindung erzeugt werden. Dieser Vorgang wird als chirale Induktion bezeichnet. Bei der Substanzklasse der verbrückten 1,1´-Binaphthyle handelt es sich um Verbindungen, welche eine hohe Verdrillungsstärke (HTP) aufweisen. Die verbrückten 1,1´-Binaphthyle unterscheiden sich im Brückensubstituenten, der durch seine Geometrie die Größe des Winkels Theta wesentlich beeinflusst. Es sollte die Abhängigkeit der HTP vom Winkel Theta zwischen den beiden Normalvektoren der Naphthylebenen untersucht werden. Aus dem Pilz Mollisia caesia Sacc. wurden mit Hilfe der HPLC (Normalphase) neben Mollisin die beiden neuen Naphthochinone Mollisin A und Mollisin B isoliert. Die Strukturen der drei Verbindungen wurden mit Hilfe der Massenspektroskopie sowie ein- und zweidimensionaler NMR-Experimente bestimmt. Mollisin enthält als Strukturelemente ein p-Naphthochinonsystem und eine Dichloracetylseitenkette, die das herausragende Merkmal dieser Verbindung ist. Bei den neuen Verbindungen Mollisin A und B handelt es sich um Derivate des Mollisins, welche zusätzlich in Position 11 einfach (Mollisin A) bzw. zweifach (Mollisin B) chloriert sind. Die Umsetzung von 2-Chlor-5-methylanisol mit 3-Methylcrotonsäurediethylamid lieferte 8-Methoxy-3,6-dimethyl-1-naphthol, das in 1,8-Dimethoxy-3,6-dimethylnaphthalin umgewandelt wurde. Acylierung mit Acetylchlorid lieferte 4-Acetyl-1,8-dimethoxy-3,6-dimethylnaphthalin. Die gewünschte Dichlorierung der Acetylgruppe gelang nicht. Die Friedel-Crafts Acylierung mit Dichloracetylchlorid konnte trotz intensiver Bemühungen ebenfalls nicht erreicht werden, so dass die Untersuchungen zur Synthese von Mollisin an dieser Stelle beendet wurden. Als zentraler Baustein der Synthese des Cyclozonarons dient racemischer-8-Oxo-12-nordriman-11-säuremethylester, der aus beta-Ionon aufgebaut wird. Im Zuge mehrerer Reaktionsschritte wird die für die Cyclozonaronsynthese erforderliche (+)-Albicansäure enantiomerenrein erhalten. Die Eliminierung der OH-Funktion von (-)-Albicanol zu einer zweiten exocyclischen Doppelbindung stellt den letzten Schritt in der Synthese des Driman-Grundkörpers dar. Die Diels-Alder Reaktion mit p-Benzochinon ergibt ein Gemisch aus drei Verbindungen aus welchem das natürliche Cyclozonaron durch Oxidation mit 2,3-Dichlor-5,6-dicyano-p-benzochinon (DDQ) gewonnen werden kann.
-
The signal transduction of the adipokinetic hormone and regulation of energy metabolism in the cricket, Gryllus bimaculatus de Geer (Ensifera: Gryllidae)
(2004)
-
Anurag N. Anand
- The fat body from the cricket, Gryllus bimaculatus incorporates acetate, glycerol or palmitate into lipid in vitro. Adipokinetic hormone (AKH) inhibits acetate incorporation into lipid by the fat body from adult crickets in vitro. AKH inhibits palmitate incorporation into lipid to a small extent, however, it does not influence the incorporation of palmitate into different lipid classes. In the presence of AKH, glycerol incorporation into lipid by the adult cricket fat body increases by several fold. AKH does not influence the incorporation of glycerol into different lipid classes. The fat body incorporates glycerol mainly into triacylglycerol (TAG) and almost exclusively into the backbone. AKH inhibits fatty acid (FA) synthesis but not the coupling of FAs with the glycerol backbone. Triacylglycerol lipase (TGL) from the fat body, in last larval instar and adult crickets, shows an age-dependent pattern of activity. AKH activates TGL, but does not regulate ACCase, ACL and FAS upon treatment of the fat body for a short period, under the assay conditions. The FAS and acetate incorporation activities are highly correlated in an age-dependent manner and are highest on day 2 of the adult stage. The activation of the formation of sn-1,2-DAG from TAG, in the fat body by AKH seems to be via the removal of FAs at positions 1 and 3, followed by reacylation of 2-MAG. The presence of calcium in the incubation medium is crucial for the inhibition of acetate incorporation by AKH; possibly it is essential for the binding of AKH to the receptor. The influx of acetate and calcium into and efflux of calcium from the cytosol are not affected by AKH. The release of calcium from intracellular calcium stores in the fat body, caused by thapsigargin, inhibits acetate incorporation irreversibly and shows a tendency for the activation of TGL. The calcium ionophore ionomycin inhibits acetate incorporation by the fat body reversibly and shows a tendency for TGL activation. Another ionophore, A23187 also inhibits acetate incorporation. Caffeine and theophylline inhibit acetate incorporation by the fat body in a reversible manner and tend to activate TGL. Caffeine seems to act via the release of calcium from intracellular stores and not via increase in the cellular cAMP concentrations. cAMP analogues and agonists do not influence acetate incorporation, however, the agonists, IBMX and forskolin cause a multifold increase in the cAMP concentrations in the fat body. AKH does not affect the cAMP concentrations in the fat body suggesting that cAMP is not involved in the signal transduction. As the activation of protein kinase C by PMA (a phorbol ester) does not affect acetate incorporation, diacylglycerol does not seem to be involved in the AKH signal transduction. The activation and/or translocation of TGL and inhibition of fatty acid synthesis by AKH seems to be via the release of calcium from intracellular calcium stores. Lipid and protein form a major part of the fat body in the penultimate larval instar crickets, while glycogen forms a minor part. However, in comparison with the adult (glycogen content of fat body about 1%) and last larval instar crickets (glycogen content about 3%), the penultimate larval instar crickets contain higher amounts of glycogen (about 9%). AKH inhibits acetate incorporation into lipid by the fat body from penultimate larval instar crickets. The patterns of acetate incorporation and inhibition by AKH are similar in both, males and females. The inhibition is dose-dependent with an EC50 of 79 pM AKH. AKH seems to play an important role in the development and reproduction of insects, in addition to its role during flight metabolism.
-
Convection and Magnetic Field Generation in Rotating Spherical Fluid Shells
(2004)
-
Radostin D. Simitev
- The dissertation reports results from numerical and analytical studies of convection and dynamo action in rotating fluid spheres and spherical shells. This research is motivated by the geophysical problem of the origin and properties of the Earth's magnetism. Extensive numerical simulations are performed in order to advance the understanding of the basic physical components and mechanisms believed to be responsible for the generation and the variations in time of the main geomagnetic field. Questions such as linear onset and nonlinear finite-amplitude properties of rotating convection, generation and equilibration of magnetic fields in electrically conducting fluids, nonlinear feedback effects of the generated magnetic fields on convection, spatio-temporal structures of magnetic and velocity fields, oscillations and coherent processes in turbulent regimes and other questions are studied in dependence on all basic parameters of the problem, as well as for various choices of the magnetic, thermal and velocity boundary conditions and for some secondary assumptions such as a finitely-conducting inner core and various basic temperature profiles. Because of the lack of knowledge of the properties of the Earth's core and the uncertain details of the processes that take place there, this research is necessary in order to provide the tools for extrapolation to realistic models of the geodynamo. Of particular interest are various types of oscillations of dipolar fields. In contrast to quadrupolar and hemispherical dynamos dipolar dynamos have been originally considered to be non-oscillatory. But the six different types of dipolar oscillations, among which is the ``invisible'' one, reported in this dissertation alter this view. Generation of magnetic fields by convection shows a strong dependence on the Prandtl number P of the fluid. But this fact has received little attention in the past. Convection-driven dynamo action at Prandtl numbers larger than unity is studied with the goal to test the validity of the magnetostrophic approximation. The latter is found to be poorly satisfied for P < 300. Dynamos in this regime require magnetic Prandtl numbers Pm which increase with P. The same trend continues to hold for values of P less then unity and this regime thus seems to be best suited to reach the goal of minimal values of Pm. For Pm=P=0.1 a hemispherical dynamo is obtained in the case of a rotation parameter tau=10**5. A further reduction of Pm leads to a decay of magnetic field irrespective of the Rayleigh numbers used. Apart from numerical simulations and parameter studies of basic physical mechanisms, the dissertation includes an analytical study of inertial convection in rotating spheres in the limit of small Prandtl numbers and large rotation rates. Explicit expressions for the dependence of the Rayleigh number on the azimuthal wavenumber and on the product of P tau are derived and new results for the case of a nearly thermally insulating boundary are obtained. Limited comparisons with actually observed features of the geomagnetic field are also presented. An example are the torsional Alfven waves found in the numerical simulations of this dissertation. They are geophysically relevant as a possible cause for the observed secular variation impulses of the Earth's magnetic field. Reversals of the magnetic field polarity have also been observed in our simulations. Dynamo intermittency and interaction between dipolar and quadrupolar components are preconditions for aperiodic dipolar reversals similar to those of the Earth's main field. However, the opportunities for quantitative comparisons with geophysical observations are rather limited by the complexity of the self-consistent dynamo problem and by the computational restrictions of our numerical simulations.
-
Pigment-Pigment Interactions and Protein Dynamics in Light-Harvesting Complexes: a Single-Molecule Study
(2004)
-
Clemens Hofmann
- Light harvesting complexes that are involved in the first steps of photosynthesis in purple bacteria were studied with low-temperature optical single molecule spectroscopy. In one series of experiments the spectral properties of the bacteriochlorophyll a molecules within the complexes were studied in the view of model systems of molecular aggregates. It was found that the excitations in the B800 band of the light harvesting 2 complex are mainly localised on individual chromophores although evidence was found for an electronic coupling in the weak to intermediate range between individual bacteriochlorophyll a molecules. In contrast, for the B850 band of the light harvesting complex 2 as well as for the B870 band of the light harvesting complex 1 it was found that the assembly of bacteriochlorophyll molecules represents a strongly coupled system and that the excitation is coherently delocalised over a substantial part of the chromophores. By performing Monte-Carlo simulation an estimate on the amount of random and correlated energetic disorder in the site energies of the chromophores as well as on structural properties of the complexes could be given. In experiments on individual LH2-LH1-RC complexes, the energy transfer within a single photosynthetic unit was observed. In further experiments the chromophores were used as local probes to monitor conformational fluctuations of the protein residues in their binding pocket. Looking at the spectral diffusion of individual chromophores allowed to elucidate the organisation of the protein-energy landscape in tiers. In addition a clear correlation for the transition rates between those states and the energy separation of the levels involved could be uncovered. To simplify and automatise the analysis of a large number of consecutively recorded spectra a pattern recognition approach using multivariate statistical analysis proved to be a very useful tool. Apart from elucidating spectral diffusion processes detailed information about the line shape of individual chromophore absorptions could be gained from which it was inferred that the electron-phonon coupling in the B800 pigment pool is very weak. In summary, this thesis demonstrates that low-temperature single-molecule spectroscopy provides a unique method to reveal details of pigment-pigment interactions in the weak to intermediate as well as strong coupling limit that are inaccessible by other experimental methods.
