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Jahresbericht 2005 - Universität Bayreuth Rechenzentrum
(2006)
- Universität Bayreuth Rechenzentrum Jahresbericht des Rechenzentrums
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Das System der Verbalstämme in der arabischen linguistischen Tradition: Elemente der morphologischen und semantischen Analyse
(2006)
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Marat Yavrumyan
- Eine Besonderheit der arabisch-islamischen Kultur liegt im ausgeprägten Interesse an den eigenen sprachlichen Realien. Die Entstehung einer an den religiösen Bedürfnissen der Textexegese orientierten arabischen Sprachwissenschaft im weitesten Sinne läßt sich bis in die Anfänge des Umaiyaden-Kalifats in der zweiten Hälfte des 7. Jahrhunderts zurückverfolgen. In diesem spezifischen kultur-historischen Kontext hat sich auch das einzigartige System der sprachwissenschaftlichen Analyse formiert, die als arabische Nationalgrammatik oder als arabische linguistische Tradition (ALT) bekannt ist. Unter dem Gesichtpunkt historischer Betrachtung bedarf die Beschäftigung mit der arabischen linguistischen Tradition heutzutage keiner besonderen Begründung mehr. Dabei ist der Versuch, die einheimischen Grammatiker aus eigenen theoretischen Voraussetzungen heraus zu erklären, „in jeder Weise gerechtfertigt“. Die theoretischen und methodischen Voraussetzungen der arabischen Grammatiker würden jedoch sicher noch klarer zutage treten, wenn man diese in Relation zu neueren Systemen bringen und kritisch zu erfassen versuchen würde. Mit einer solchen Verfahrensweise ließen sich einerseits die einheimischen theoretischen und methodischen Voraussetzungen „würdigen“ und andererseits deren „Modernisierung“ - verstanden als mechanische Anwendung des Begriffsapparats der modernen Linguistik – bei ihrer Erklärung „vermeiden“. Das Vorhaben, die arabische linguistische Tradition unter Anwendung neuer Forschungsansätze adäquat zu erfassen, hat von seiner Aktualität nichts eingebüßt. Die letzten erfolgreichen Untersuchungen auf diesem Gebiet ermöglichen neue Einsichten bei der Erläuterung sowohl konkreter Problemstellungen als auch der sog. allgemeinen „Logik“ der arabischen Tradition. „The Arabs […] said what they wanted to say, but it might not be what we wanted to hear; nor did they always say it in the way we are accustomed to. Our task is not to think everything out for them but to find out what they thought and how.” (Frolov 2000:21): Im Rahmen einer solchen Herangehensweise ist es das Anliegen dieser Dissertation, einige der in der arabischen linguistischen Tradition für die morphologische und semantische Analyse verwendeten Elemente und Grundbegriffe adäquat zu erläutern. Dies geschieht vor allem anhand der grammatischen Werke von Sibawaih (gest. 180/793), az-Zamakhsari (gest. 538/1144), Ibn Yaish (gest. 643/1245) und al-Astarabadhi (gest. 688/1286). Nach Skizzierung der in der arabischen Tradition gängigen allgemeinen Vorstellungen zu Morphologie, Terminologie und den Methoden der morphologischen Analyse, werden diese am Beispiel der Nominal- und insbesondere der Verbalstämme näher ins Auge gefaßt. Die morphologische Analyse der ALT selber wird als Modellierungsprozess (tamthiyl) der Wortformen und Eingruppierung der Stämme in die Beschreibungsklassen (als Klassifizierung) dargestellt. Es folgt eine Auseinandersetzung mit den Elementen des Modellierungsprozesses, mit den morphologischen Mitteln sowie mit den funktional-strukturellen Typen der Erweiterung, die in den arabischen grammatischen Werken während der morphologischen Analyse der Stämme verwendet worden sind. Die klassifikatorischen Lösungen bei der Gruppierung der Stämme und die innersystemische Kausalität der Lösungsansätze sind separat behandelt, und zwar als eine dynamische (derivativ-kausale) Klassifikation mit einer (im Prinzip) offenen (erweiterbaren) Objektmenge bei Sibawaih und derivative Klassifikation mit einer geschlossenen (gegebenen) Menge der klassifzierten Objekte bei den späteren Grammatikern. Abschließend werden einzelne semantische Komponenten, semantische Marker, semantische Multiplikatoren und lexikalisch-semantische Klassen der Verben betrachtet, die die ALT im Rahmen der semantischen Analyse der Verbalstämme und der Verbalerweiterung ausgebildet hat. Schließlich wird der Frage nachgegangen, ob die semantischen Komponenten, die die arabischen Grammatiker in der sog. Lexik der semantischen Metasprache konsequent benutzt haben, als elementar bzw. als Indefinibilia/semantische Primitiva gedeutet werden können. Die in der Arbeit vorkommenden arabischen Begriffe und Konzepte sind in einem Glossar erfaßt und systematisch dargestellt.
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Piezoelektrische Transducer zur elastooptischen Modulation in Glasfasern
(2006)
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Sven M. Joosten
- Zentrales Thema der vorliegenden Arbeit ist die schnelle Intensitätsmodulation von intensive, Laserlicht, wie sie zum Beispiel für eine Bildprojektion mittels eines Lasers nötig ist. Herkömmliche Modulatoren, wie sie in der Telekommunikation eingesetzt werden, sind dafür nicht geeignet, da zum einen der mit ihnen erreichte Kontrast nicht ausreichend ist. Zum anderen werden die dort verwendeten Wellenleiterstrukturen durch die bei der Bildprojektion nötigen hohen Lichtintensitäten zerstört. In der vorliegenden Arbeit wird die Intensität des Laserlichtes direkt in einer Glasfaser moduliert. Dafür wird der elastooptische Effekt ausgenutzt. Durch eine Ultraschallwelle, die durch die Glasfaser senkrecht zur Ausbreitung des Lichtes läuft, wird lokal der Brechungsindex der Faser variiert. Dies führt zu einer Drehung der Polarisation des in der Faser geführten Lichtes. Durch einen Polarisator an der Auskoppelseite der Faser kann so die Intensität des Lichtes moduliert werden. Im Mittelpunkt der Arbeit steht die Entwicklung und Erprobung geeigneter piezoelektrischer Schallwandler (Transducer). Dabei werden sowohl Zinkoxid, als auch Polyvinylidenfluorid als piezoaktives Material genutzt. Alle Schallwandler werden auf ihre Eignung getestet und die Ergebnisse miteinander verglichen.
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Enumeration of generalized polyominoes
(2006)
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Matthias Koch
Sascha Kurz
- Wir verallgemeinern den Begriff von Polyominoes (Tetrisbausteine) und betrachten Seite-an-Seite benachbarte überschneidungsfreie Vereinigungen von regelmäßigen k-Ecken. Für n<=4 geben wir Formeln für die Anzahl a_k(n) von verallgemeinerten Polyominoes, bestehend aus n regelmäßigen k-Ecken, an. Für weitere kleine Werte von k und n tabellieren wir durch computerunterstützte Enumeration gewonnene Anzahlen. Zum Abschluss erwähnen wir ein paar ungelöste Probleme für verallgemeinerte Polyominoes.
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Diffusion und Thermodiffusion in Polymerlösungen
(2006)
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Rauch Jürgen
- Diffusionskoeffizient, Thermodiffusionskoeffizient und der Soret-Koeffizient wurden in Polymerlösungen mit TDFRS und PCS unter verschiedenen physikalischen Bedingungen konzentrations- und temperaturabhängig untersucht. Der Konzentrationsbereich erstreckt sich von verdünnten Lösungen bis hin zu den Polymerschmelzen. In den binären Glasbildnern (z.B. Polystyrol/Toluol) sinken Diffusions- und Thermodiffusionskoeffizient mit steigender Konzentration, und damit bei Annäherung an den Glasübergang, stark ab. Der Soret-Koeffizient bleibt hingegen von einer Zunahme der lokalen Reibung unbeeinflusst und folgt Skalengesetzen. In den Polystyrol-Oligomeren treten Abweichungen von der etablierten Molmassenunabhängigkeit des Thermodiffusionskoeffizienten unter zwei Bedingungen auf. Zum einen ist es in den verdünnten Lösungen ein Endgruppeneffekt und zum anderen sind in den konzentrierten Lösungen die unterschiedlichen Glastemperaturen der Oligomerlösungen dafür verantwortlich. Im Gegensatz zum Glasübergang dominiert bei einem Phasenübergang 2. Ordnung (Polystyrol/Cyclohexan) die Thermodynamik. Der Diffusions- und Soret-Koeffizient zeigen kritisches Verhalten und der Thermodiffusionskoeffizient wird hiervon nicht beeinträchtigt. Durch die Untersuchung eines Softpolymers (PDMS) in einem guten Lösungsmittel (Toluol) können die Effekte von Glas- und Phasenübergang vermieden werden. Vergleiche der Konzentrationsabhängigkeit des Thermodiffusionskoeffizienten mit der des Selbstdiffusionskoeffizienten des Lösungsmittels bestätigten das Bild eines von der lokalen Reibung beeinflussten Thermodiffusionskoeffizienten. Aus den gemessenen Diffusionskoeffizienten können hydrodynamische Korrelationslängen berechnet werden, die der gleichen Konzentrationsabhängigkeit folgen wie die aus Streuexperimenten (Literaturdaten) bestimmte statische Korrelationslänge. Eine direkte Korrelation des Soret-Koeffizienten mit der statischen Korrelationslänge ist möglich. Mit Hilfe des Selbstdiffusionskoeffizienten und des osmotischen Drucks gelingt die Berechnung des Diffusionskoeffizienten für den gesamten Konzentrationsbereich.
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Untersuchung und Charakterisierung des Lichtsammelkomplexes (LHPP) in etiolierten Pflanzen
(2006)
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Frank Buhr
- In früheren Experimenten konnte ein hochmolekularer Lichtsammelkomplex (LHPP =Light-harvesting Protochlorophyllide-Oxidoreduktase:Protochlorophyllide complex´) aus POR (NADPH:Protochlorophyllid-Oxidoreduktase)A-Zn Protopheophorbid b-NADPH- und PORB-Zn Protopheophorbid a-NADPH-Ternärkomplexen mit einer Stöchiometrie von 5:1 in vitro gebildet werden. Unter Verwendung von chemisch hergestelltem Protochlorophyllid a und b konnte nun ebenfalls ein hochmolekularer Komplex isoliert werden, welcher durch Nachweis mit POR-spezifischem Antikörper und aufgrund seiner spektroskopischen Eigenschaften als LHPP identifiziert wurde. Gleichzeitig konnte ein analoger Komplex von annähernd gleicher Molekulargewichtsgröße aus dem Prolamellarkörper von Gerstenetioplasten isoliert und durch einen POR-spezifischen Antikörper als vermutlicher LHPP-Komplex charakterisiert werden. Komplementiert mit aus dem Prolamellarkörper extrahierten Lipidmolekülen wie Galakto- und Sulfolipiden konnte für diesen Komplex gezeigt werden, dass wie auch im mutmaßlichen nativen LHPP-Komplex, photoaktives Protochlorophyllid 650/657 neben photoinaktiven Protochlorophyllid 628/632 vorliegt. Nach Belichtung mit einem 1 msec langen Weißlichtblitz stellte sich durch Fluoreszenzspektroskopie bei 77 K heraus, dass das photoaktive Protochlorophyllid 650/675 in Chlorophyllid 684/690 umgewandelt wurde, während das photoinaktive Protochlorophyllid nicht umgesetzt wurde. Ähnliche Pigmentverteilungen vor und nach der Belichtung konnten auch in dem isolierten nativen LHPP-Komplex nachgewiesen werden. Dabei wurde nur an PORB gebundenes Protochlorophyllid a zu Chlorophyllid a umgesetzt, während an PORA gebundenes Protochlorophyllid b unverändert blieb. Dieser Befund untermauert die Hypothese einer Antennenfunktion von PORA-gebundenem Protochlorophyllid b, um Lichtenergie zu sammeln, auf PORB-gebundenes Protochlorophyllid a zu übertragen und dessen Reduktion zu Chlorophyllid a zu vermitteln. Eine bedeutende Funktion in der katalytischen Reaktion von POR wird den evolutionär hochkonservierten Cysteinresten des Enzyms zugeschrieben. Für eine vertiefende Untersuchung wurden bei PORA und PORB aus Gerste durch „site-directed“ Mutagenese die jeweiligen vier Cysteinreste gegen Alanin ersetzt und deren Fähigkeit zur Pigmentbindung als auch zur Komplexierung zu LHPP geprüft. In PORB konnten von den vier existierenden Cysteinen zwei (Cys276 und Cys303) identifiziert werden, welche verschiedenartige Pigmentbindungsstellen im Enzym repräsentieren. Cys276 nimmt eine Pigmentbindungsstelle im aktiven Zentrum des Enzyms ein und wirkt bei der katalytischen Umsetzung seines Substrats, Protochlorophyllid a mit. Die zweite Pigmentbindungsstelle von PORB stellt das an der Enzymperipherie liegende Cys303 mit nur einer schwachen Wechselwirkung des mit ihm assoziierten Protochlorophyllidmoleküls dar. Dieses Cystein erwies sich als essentiell für die Interaktion der ternären POR-Protochlorophyllid-NADPH-Komplexen, ist also an der Bildung von LHPP maßgeblich beteiligt. Auch in PORA wurde von den vier im Enzym vorliegenden Cysteinresten von zweien deren Pigmentbindungsfähigkeit nachgewiesen. Es handelt sich um die Cysteinreste Cys202 und Cys229. Wiederum steht ein Rest, Cys202, für die Bindung – diesmal eines Protochlorophyllid-b-moleküls – im aktiven Zentrum des Enzyms zur Verfügung. Dennoch ist dieses Protochlorophyllid b in LHPP photoinaktiv und wird erst nach dem Zerfall von LHPP durch Belichtung zu Chlorophyllid b umgesetzt. Der andere an der Pigmentbindung beteiligte Cysteinrest Cys229 an der Peripherie des Enzyms zeigt nur eine schwache Bindungsaffinität zu Protochlorophyllid b. Die Bindung dieses Pigments an den Enzymkomplex ermöglicht jedoch erst die Bildung höhermolekularen LHPPs. Damit ist Cys229 also sowohl an dessen Genese beteiligt als auch für die funktionelle Energieübertragung durch „Fluorescence resonance energy transfer“ auf das das photoaktive Pigment enthaltende PORB-Protein verantwortlich. Die wichtige Rolle eines funktionalen LHPP-Komplexes zeigte die Untersuchung einer OEP16 Knockout Mutante von Arabidopsis thaliana auf. OEP16 wurde in Arabidopsis thaliana als Translokationskanal eines speziellen Importapparates für PORA identifiziert. Das Fehlen dieses Translokationsproteins in der Plastidenhülle beeinträchtigte nicht die Aufnahme anderer plastidärer Proteine, bedingte jedoch die Abwesenheit von PORA in Etioplasten. Dies hatte zur Folge, dass Etioplasten dieser Mutante im Vergleich zu denen von Wildtyp-Arabidopsis kein LHPP und keine Prolamellarkörper bilden, aber höhere Mengen an Protochlorophyllid akkumulieren. Damit einhergehend trugen etiolierte Mutantenkeimlinge bei anschließender Dauerbelichtung photooxidative Schäden davon und starben schließlich ab. Dies lässt die Schlussfolgerung zu, dass LHPP große Bedeutung bei der Deetiolierung, d.h. dem Wechsel von Skotomorphogenese zu Photomorphogenese einnimmt.
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Simulation, Optimale Steuerung und Sensitivitätsanalyse einer Schmelzkarbonat-Brennstoffzelle mithilfe eines partiellen differential-algebraischen dynamischen Gleichungssystems
(2006)
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Kati Sternberg
- Brennstoffzellen besitzen wegen ihrer Effizienz und den niedrigen Schadstoffemissionen ein hohes Zukunftspotential. Ein breiter Einsatz von Brennstoffzellen ist derzeit jedoch noch nicht möglich, sodass ein erheblicher Forschungs- und Entwicklungsbedarf besteht, der die Bereiche der Werkstoffentwicklung, der Brennstoffspeicherung, der Prozessanalyse sowie der Prozesssteuerung umfasst. Bei der Analyse und der Steuerung der chemisch-physikalischen Abläufe innerhalb der Zelle müssen insbesondere bei Hochtemperaturzellen wie der Schmelzkarbonat-Brennstoffzelle (englisch: molten carbonate fuel cell, MCFC) die Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Komponenten der Brennstoffzelle bei hohen Temperaturen verstanden und vorhergesagt werden. Dazu ist eine formale Beschreibung für die zeitliche Entwicklung der Gasströme, der Temperatur und der elektrischen Spannung in Abhängigkeit der intern stattfindenden elektro-chemischen Reaktionen auf dem örtlich verteilten Gebiet der Brennstoffzelle notwendig. Die Schmelzkarbonat-Brennstoffzelle kann durch ein komplexes, semilineares System partieller differential-algebraischer Gleichungen modelliertwerden, das sich aus partiellen Reaktions-Diffusionsgleichungen parabolischen Typs, Reaktions-Transportgleichungen hyperbolischen Typs, gewöhnlichen Differentialgleichungen und algebraischen Gleichungen zusammensetzt, wobei die Randbedingungen durch ein zusätzliches, nichtlineares gewöhnliches Integro-Differentialgleichungssystem gegeben sind. Inwieweit eine analytische oder numerische Lösung dieses Gleichungssystems generiert und damit das statische und dynamische Verhalten der Brennstoffzelle am Modell untersucht werden kann, hängt von der Art der Differentialgleichungen und ihren besonderen Eigenschaften ab. Neben dieser Prozessanalyse sollen jedoch auch die in der Brennstoffzelle ablaufenden Prozesse gesteuert, speziell optimal gesteuert, werden. Dazu wird ausgehend vom Differentialgleichungssystem ein Optimalsteuerungsproblem aufgestellt, dessen analytische und numerische Lösbarkeit eng mit der Lösbarkeit des Differentialgleichungssystems verknüpft ist. Zusätzlich wird die Lösung dieses Optimalsteuerungsproblems durch Ungenauigkeiten in der zugrundeliegenden Datenbasis erschwert, die keine exakten und allgemeingültigen Werte für die Modellparameter liefert. Es muss daher neben der Suche nach einer optimalen Lösung auch betrachtet werden, inwieweit schon geringe Störungen der Modellparameter die Lösung ändern. Ziel dieser Arbeit ist das maßgebliche dynamische Verhalten von Schmelzkarbonat-Brennstoffzellen hinsichtlich Fragen zur Prozessführung zu analysieren und auf Basis dieser Ergebnisse Konzepte zur optimierten Prozessführung zu entwickeln. Zu diesem Zweck beschäftigt sich diese Arbeit mit der Simulation, der optimalen Steuerung und der Sensitivitätsanalyse des mathematischen Modells einer Schmelzkarbonat-Brennstoffzelle. Basierend auf einer Untersuchung zur Existenz von Lösungen für Teilmodelle bzw. einzelne Gleichungen wird die numerische Lösung des Differentialgleichungsmodells präsentiert. Als Steuerungsszenario wird ein Lastwechsel, d.h. ein plötzlich auftretender Wechsel der Stromstärke, betrachtet. Das Ziel ist, nach dem Lastwechsel mithilfe einer optimalen Randsteuerung möglichst schnell in den neuen stationären Zustand zu gelangen und damit die Effizienz der Zelle zu steigern. Ein zweites Anliegen ist, eine möglichst gleichmäßige Temperaturverteilung zu erreichen, um Materialspannungen zu vermeiden und damit die Lebensdauer der Zelle zu erhöhen. Dabei muss jedoch auch die Abhängigkeit der Ergebnisse der Optimalen Steuerung von Störungen in den Modellparametern mittels einer Sensitivitätsanalyse untersucht werden.
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Probleme mit deutschen Modalverben – Eine kontrastive Analyse zum Sprachgebrauch russisch sprechender Au-pair-Mädchen
(2006)
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Irina Augustin
- Im Zentrum der Arbeit standen sprachliche Probleme russisch sprechender Au-pair-Maedchen bei der Verwendung der deutschen Modalverben koennen, muessen, duerfen, wollen, sollen und moegen. Dazu wurden im ersten Teil der Arbeit zunaechst die theoretischen Grundlagen fuer eine differenzierte Analyse des deutsch-russischen Modalverbbereichs geschaffen. Im Einzelnen waren folgende Schritte noetig: – eine Vergleichsanalyse innerhalb der deutschen Modalverben, – die Wiedergabe der deutschen Modalverben im Russischen sowie – die Relation der Modalverben zu ihren paraphrasierten Konkurrenzformen. Der Theorieteil stuetzte sich auf vorhandene relevante Fachliteratur, wobei die Auswahl nicht nur auf russische und deutsche Autoren beschraenkt war. In diesem Rahmen konnten verschiedene Ansaetze zur Erforschung und Strukturierung des Modalitaetsfeldes vorgestellt werden. Darueber hinaus entstand auch ein erster Eindruck zur Vermittlung der deutschen Modalverben im Fremdsprachenunterricht. Die zentralen Erkenntnisse des theoretischen Teils wurden dazu verwendet, Arbeitshypothesen fuer die Ursachen der Probleme russisch sprechender Au-pairs beim Umgang mit Modalverben zu formulieren. Diese Arbeitshypothesen sollten anhand der Ergebnisse empirischer Untersuchungen verifiziert werden. Der zweite Teil der Arbeit analysierte muendliche und schriftliche Daten, die in empirischen Untersuchungen zur Verwendung der deutschen Modalverben mit russisch sprechenden Au-pair-Maedchen erhoben worden waren. Diese Gruppe von Probandinnen ist bedingt durch ihre Au-pair-Beschaeftigung taeglich mit den Modalverben konfrontiert. Dadurch war es moeglich, das Dissertationsvorhaben mit zahlreichen konkreten Fallbeispielen zu konsolidieren und ein reales Bild der Praxis im Modalverbbereich zu zeichnen. Anhand kontrastiver Analysen konnten die Gruende geklaert werden, warum die russisch sprechenden Probandinnen bei der Verwendung der deutschen Modalverben auf Schwierigkeiten gestossen sind. Einige epistemische und nicht-epistemische Lesarten der deutschen Modalverben koennen durch russische Modalverben moc / umet und chotet nicht sinntreu wiedergegeben werden, ebenso wenig wie die feineren Bedeutungsschattierungen in nicht-epistemischer Verwendungsweise. Ferner wurde festgestellt, dass die Muttersprache einen gravierenden Einfluss auf die Fremdsprache ausuebt und damit Schwierigkeiten etwa im Satzbau oder Konjunktivgebrauch verursacht. Diese Erkenntnisse bestaetigten die ersten beiden Arbeitshypothesen. Zur Ueberpruefung der dritten Arbeitshypothese wurden die Sprachkenntnisse der Probandinnen waehrend und kurz nach der Au-pair-Zeit beobachtet. Einerseits hat die Datenauswertung der empirischen Untersuchungen gezeigt, dass sowohl Au-pairs als auch ehemalige Au-pairs Schwierigkeiten bei der Verwendung der deutschen Modalverben haben. Andererseits haben die Probandinnen ihre allgemeinen Sprachkompetenzen waehrend des Aufenthalts in Deutschland verbessert. Die vorliegende Arbeit wollte sich nicht auf eine Systematisierung und Ursachenforschung der typischen Sprachprobleme im Modalverbbereich beschraenken, sondern auch Wege aufzeigen, diesen Schwierigkeiten aus didaktischer Sicht zu begegnen. Auf der Basis von Theorie und Praxis bietet der dritte Teil dieser Arbeit einige Loesungsvorschlaege zur Vermeidung der beobachteten Lernschwierigkeiten im semantischen, syntaktischen und morphologischen Bereich an. So wurde auf die Notwendigkeit klar umrissener Formulierungs- und Interpretationsmoeglichkeiten durch paraphrasierte Mittel im Deutschen und durch gleichwertige Formen der Uebertragung im Russischen aufmerksam gemacht. Ausserdem wurde grosser Wert auf die Vermittlung der Modalverben in Kontexten gelegt, in denen ihre semantischen Inhalte deutlicher eingeschaetzt und verstanden werden koennen. Der geradezu unerschoepfliche Reichtum an geeigneten Lehrmaterialien zur kontextbezogenen Vermittlung der Modalverben wurde auszugsweise dargestellt. Weiterhin konnte die Empfehlung erarbeitet werden, die Konjunktiv- und Passivformen, die fuer russische Deutschlernende besonders schwierig sind, in der Anfangsphase moeglichst tiefgehend zu erlernen, damit diesbezueglich keine zusaetzlichen Probleme beim Gebrauch der Modalverben auftauchen. Im Zuge der Betrachtung der Modalverben wurden auch andere modale Ausdrucksmittel untersucht. Die Relation dieser Mittel demonstriert die Mannigfaltigkeit des Modalitaetsfeldes und praesentiert gleichzeitig unterschiedliche Aspekte der Modalitaet. Die angebotene didaktische Konzeption hofft, eine positive Wirkung fuer die Vermittlung der deutschen Modalverben im Fremdsprachenunterricht zu erzielen. Durch theoretisch fundierte und praktisch anwendbare Ueberlegungen kann diese kontrastive Analyse besonders interessant fuer das russischsprachige Publikum, fuer Sprachlehrer im Unterricht „Deutsch als Fremdsprache“ sowie fuer Wissenschaftler im Bereich der kontrastiven Linguistik sein.
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Chemische Modifikation von siRNAs zur Verbesserung der zellulären Aufnahme
(2006)
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Andrea Forst
- Um therapeutisch wirksam zu sein, muss eine siRNA die Zellmembran überwinden und ins Zytoplasma gelangen. Auf Grund der negativen Ladung unmodifizierter Nukleinsäuren und des hohen Molekulargewichts ist eine passive Permeation ins Zytoplasma unwahrscheinlich. Das Ziel dieser Arbeit bestand darin, durch die Anknüpfung kleiner Moleküle an den 5´-Terminus des Sense Strangs einer siRNA deren Aufnahme ins Zytoplasma zu erreichen. Hierzu wurden verschiedene siRNA-Konjugate synthetisiert, welche in einem in vitro Modellsystem ohne Verwendung eines Transfektionsreagenzes die posttranskriptionelle Hemmung der apoB Genexpression in Leberparenchymzellen ermöglichen. Ein erster Ansatz zielte auf die Erhöhung der Hydrophobizität der siRNAs und eine damit verbundene Erleichterung der zellulären Annäherung. Als Grundbausteine dienten Lithocholsäure, Cholesterin, Betulin und 3-Beta-Cholestanol. Durch kurze organisch chemische Synthesesequenzen wurden diese Verbindungen in das entsprechende Phosphoramidit überführt, um eine Kopplung während der RNA-Festphasensynthese zu ermöglichen. Unter Verwendung verschiedener Linker konnte das Spektrum der Modifikationen erweitert werden. Des Weiteren wurde versucht, durch Amidbindungsknüpfung zwischen einer NHS-Ester aktivierten siRNA und verschiedenen Aminen, kationischen Aminosäuren und Dipeptiden, die Lipophilie der siRNA zu erhöhen. So sollte eine Aufnahme über Zellpenetration, bestimmte Aminosäurekanäle oder Nährstofftransporter erreicht werden. In einem weiteren Ansatz wurde eine definierte Rezeptor-vermittelte Aufnahme nach Glykokonjugation der siRNA mit linearen und verzweigten Galaktose-Strukturen zur Überwindung der Zellmembran angestrebt. Hierzu wurde beta-D-Galaktosepentaacetat in ein Phosphoramidit umgewandelt und während der RNA-Festphasensynthese verschiedene siRNA-Konjugate synthetisiert. Zunächst wurden die Eigenschaften der modifizierten siRNAs untersucht. Anhand von Transfektionsexperimenten wurde deren Aktivität im Hinblick auf die posttranskriptionelle Hemmung der apoB Genexpression gezeigt. Mit Hilfe eines Membranintegritätstests konnten keine zytotoxischen Eigenschaften für die verwendeten Zelllinien detektiert werden. Der Fokus der folgenden Dosis-Wirkungs-Experimente richtete sich auf die Galaktose-konjugierten Nukleinsäuren. Eine Dosis-Wirkungs-Beziehung konnte sowohl in An- als auch in Abwesenheit eines Transfektionsreagenzes für das SBGAL- und SBTEGGAL-Konjugat nachgewiesen werden. Mit Hilfe der Glykokonjugation von verzweigten Galaktose-Strukturen an siRNAs konnte in dieser Arbeit erstmals eine definierte Rezeptor-vermittelte Aufnahme über den Asialoglykoprotein-Rezeptor (ASGPR) gezeigt werden. Infolge dessen war eine posttranskriptionelle Hemmung der apoB Genexpression in humanen Leberkarzinomzellen möglich. Durch Stimulation dieses Rezeptors mit Kalziumchlorid konnten die beobachteten RNA-Interferenz-Effekte erheblich gesteigert werden. Die SBGAL-modifizierte siRNA bewirkte in einer Konzentration von 10 µM eine 70%ige Reduktion der apoB m-RNA, während mit dem SBTEGGAL-Konjugat eine Abnahme des m-RNA Gehalts um 90% gezeigt werden konnte. Anhand fluoreszenzmikroskopischer Aufnahmen Cy3-markierter SBGAL- und SBTEGGAL-Konjugate wurde eine Internalisierung dieser siRNAs ins Zytoplasma deutlich gemacht, wobei durch Aktivierung des Rezeptors eine vermehrte Aufnahme der siRNAs ins Zytoplasma zu beobachten war. In den durchgeführten Kompetitionsstudien wurde durch Zusatz des stärker an den Rezeptor bindenden Liganden N-Acetylgalaktosamin eine Internalisierung der siRNAs verhindert und es konnten keine RNA-Interferenz-Effekte mehr detektiert werden. Alle Experimente zur Dosis-Wirkung, Rezeptorstimulation sowie die Kompetitionsstudien wurden mit vergleichbaren Ergebnissen in einer Rattenleberkarzinomzelllinie bestätigt. Diese Ergebnisse liefern wichtige Erkenntnisse für die Entwicklung von RNAi-basierenden Therapeutika und eröffnen neue Möglichkeiten für die gezielte Ablieferung von siRNAs in Leberparenchymzellen bei kommenden in vivo Experimenten.
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Naturstoffe aus Heilpflanzen und marinen Organismen
(2006)
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Daniela Grote
- Die Korallen Dendronephthya rubeola, Sinularia asterolobata und Sarcophyton tenuispiculatum sowie der Schwamm Desmacidon tubular sind zuvor noch nicht auf ihre Inhaltsstoffe untersucht worden. Von den Korallen Palythoa sp., Nephthea sp., Litophyton arboreum, Sarcophyton trocheliophorum, Sarcophyton glaucum, Sinularia polydactyla und Sarcophyton sp. und der Alge Enteromorpha flexuosa ist bekannt, dass sie pharmakologisch aktive Sesquiterpene und Diterpene enthalten. An Land lebende Pflanzen produzieren viele Naturstoffe mit häufig wichtigen biologischen Eigenschaften, Funktionen und Wirkungen. Zizyphus spina-christi und Solenostemma argel werden bis heute als Heilpflanzen in der traditionellen Medizin wie z. B. bei der Behandlung von Entzündungen, Leber- und Nierenerkrankungen und Hautproblemen eingesetzt, wobei die pharmakologischen Aktivitäten vor allem auf Triterpensaponine und Flavonglycoside zurückzuführen sind. Daher bestand das Ziel dieser Arbeit in der Isolierung und Strukturbestimmung bioaktiver Naturstoffe aus marinen Organismen und Heilpflanzen. Die Testung auf pharmakologische Wirksamkeit erfolgte am Hans-Knöll-Institut in Jena. Das unterschiedliche Verhalten jeder Stoffklasse und die Komplexität der Substanzgemische erforderten individuelle Lösungen der Trennprobleme, indem jeweils spezielle Aufarbeitungsoperationen entwickelt wurden. Zur Isolierung der Naturstoffe fanden Säulenchromatografie an Kieselgel und Sephadex LH-20, MPLC und präparative Dünnschichtchromatografie an RP- und Kieselgel-Phasen Anwendung. Die Strukturbestimmung der isolierten Verbindungen erfolgte überwiegend mittels Kernspinresonanzspektroskopie. Die Zuordnung der Signale wurde mithilfe der zweidimensionalen homonuklearen NMR-Technik 1H,1H-COSY und den heteronuklearen Experimenten HMQC und HMBC ermittelt. Die relative Konfiguration wurde durch die Auswertung von ROESY-Spektren festgelegt. Die Analyse der Steroidgemische erfolgte nach Trimethylsilylierung mittels GC-MS-Messungen. Aus den Heilpflanzen Zizyphus spina-christi und Solenostemma argel konnten Triterpensaponin 1 und Pregnan-Derivat 4 isoliert werden. Die Koralle Sarcophyton trocheliophorum lieferte das Cembran-Diterpen (-)-7b-Hydroxy-8a-methoxydeepoxysarcophin (16), das aus der Natur zum ersten Mal isoliert werden konnte. Die Koralle Sinularia polydactyla beinhaltete die zwei neuen Cembranoide (+)-Polydactylid (19) und (+)-7a,8b-Dihydroxydeepoxysarcophin (20), wobei letzteres durch präparative Fermentation von (+)-Sarcophin mit Absidia glauca bekannt ist. Aus der bereits intensiv untersuchten Koralle Sarcophyton sp. gelang die Isolierung von zwei neuen Cembran-Diterpenen (+)-17-Hydroxysarcophytoxid (23) und (+)-7b-Acetoxy-8a-hydroxydeepoxysarcophin (24), das durch Umsetzung von Sarcophin mit 1%iger p-Toluolsulfonsäure in Essigsäure partialsynthetisch bereits hergestellt wurde. Die Koralle Sinularia asterolobata lieferte das neue Furanocembranoid (-)-Danielid (29). Es gelang in dieser Arbeit aus Dendronephthya rubeola vier neue Capnellene 34-37 und ein neues Präcapnellen 38 zu isolieren. Eine Auswahl der isolierten Naturstoffe wurde auf pharmakologische Wirkungen untersucht. (-)-3a-Ethoxyfuranocembranoid 28, (+)-13a-Acetoxypukalid (31) und Furano-cembranoid 32 zeigen gute antiproliferative Aktivität gegenüber den Tumorzelllinien L-929 (Mäusefibroblasten) und K-562 (Humanleukämie). Die beiden Capnellene (+)-D9(12)-Capnellen-8b,10a-diol (39) und (-)-8b-Acetoxy-D9(12)-capnellen-10a-ol (40) weisen eine gute antiproliferative Wirkung gegenüber Tumorzelllinie L-929 und eine gute cytotoxische Aktivität gegenüber der HeLa-Zelllinie (humanes Cervix Karzinom) auf. Des Weiteren wurden 39 und 40 in Hefe Transkripitions-Assays getestet. Die Sesquiterpene 39 und 40 sind gute Inhibitoren der Protein-Protein-Interaktion des onkogenen c-Myc-Transkriptionsfaktors mit seinem Partnerprotein Max, wobei 39 das beste Ergebnis mit einer 77% Hemmung aufweist. Verbindungen mit inhibitorischer Wirkung gegen den Myc/Max-Komplex sind in der Onkologie von therapeutischem Interesse, da dieser Komplex als potenter Aktivator eine Reihe von Genen reguliert, deren Genprodukte Einfluss auf die Zelltransformation zur Folge haben.
