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Investigations of the geomorphologic and pedologic system of sedimentary vega deposits from Lanzarote (Canary Islands) supported by luminescence dating – important steps towards their palaeoclimatic interpretation (2007)

Hans von Suchodoletz

On Lanzarote (Canary Islands/Spain), sequences similar to loess-palaeosol-sequences from other regions developed in dammed volcanic valleys during the Middle and Late Pleistocene. Based on former investigations, we assumed that these sequences could serve as palaeoclimate archives for the NW-African region, an area characterised by a lack of investigations from continuous terrestrial palaeoclimate archives. The material deposited in the valleys consists of Saharan dust as well as of local volcanic material. Due to their location in valley positions and adjacent strongly eroded slopes it is obvious that these sequences do not represent classic loess-palaeosol-archives. Instead, they must consist of a mixture of in situ aeolian fallout as well as of sediments derived from colluvial input from the slopes. Consequently, prior to a correct palaeoclimatic interpretation the geomorphologic character of the archives and the properties of their sediments must be analysed. Thus, in this study we intensively investigate the geomorphologic and pedologic system, combining geomorphologic mapping and quantitative GIS-calculations with sedimentological-pedological methods (grain size, XRD, rock magnetic und pedologic analyses as well as investigation of micromorphologic properties). Furthermore, we built up a chronostratigraphy using different luminescence-methods (quartz coarse- and fine grain-OSL, polymineral fine grain-IRSL). Fundamental investigations on the bleaching-behaviour of recent Saharan dust and colluvial sediments on Lanzarote demonstrate, that in spite of partial insufficient bleaching of the luminescence signal a dating of the valley-bottom sediments is possible. These datings were supported by a correlation of local kaolinite-contents with iron and kaolinite contents from nearby marine cores as well as a stratigraphic correlation between different profiles. Thus, we could establish a chronostratigraphy for the last 180 ka. We demonstrate that outcropped sediments were deposited almost continuously from the Middle Pleistocen until the Holocene, wheras the uppermost sections of the profiles consist of anthropogenic colluvia which can not be interpreted in a palaeoclimatic way. The alternation of reddish-clayey and yellowish-silty layers tracks changes of soil humidity on Lanzarote rather than variations of the composition of Saharan dust. Due to the colluvial dynamics of the valleys, reddish-silty layers in the valley bottoms are no palaeosoils sensu strictu but mainly consist of colluvial soil sediments originating from pedogenesis on the slopes. These soils as well as unweathered material were eroded and deposited with high frequency and low amplitude. Thus, their sedimentation age in the valley bottoms is close to the primary time of aeolian deposition on the slopes and the formation of pedogenetic properties. These findings allow a palaeoclimatic interpretation of the sediment sequences. We could demonstrate that glacials and stadials were characterised by higher soil moisture than interglacials and interstadials. When comparing our results with other palaeoclimatic studies from a broader region, we can show that the causes for periods of enhanced humidity were westerly cyclones using a more southern way than at recent, as well as lowered sea and air temperatures in the area of the Canary Islands. During some periods, soil humidity was possibly occasionally amplified by a northward advance of the African summer monsoon up to the latitude of Lanzarote. Although we are not able to directly derive palaeoprecipitation values from soil moisture, we can show that maximal precipitation values must have been in the the range of ca. 560 mm/a. Our results demonstrate that during most of the investigated period of the Late Quaternary the climate of Lanzarote was influenced by northern high latitude processes. Furthermore, during most of the investigated period the recent aridity of the island was somewhat mitigated.

Measure and Integration on Lipschitz-Manifolds (2007)

Joachim Naumann Christian G. Simader

The first part of this paper is concerned with various definitions of a k-dimensional Lipschitz-manifold and a discussion of the equivalence of these definitions. The second part is then devoted to the geometrically intrinsic construction of a sigma-algebra L of subsets of the manifold and a measure on L.

Incentive Compatibility and Efficiency in the Contractual Insurer-Provider Relationship - Economic Theory and Practical Implications: The Case of North Carolina (2007)

Andreas Schmid

The paper is concerned with the efficient organization of contractual relationships between health insurers and providers. An introduction to relevant aspects of contract theory is followed by their adaptation to the characteristics of the health care system. The focus lies on an ex ante alignment of incentive structures as well as on an efficient handling of conflicts of interest once a contract has been sealed (ex post). The theory based conclusions are contrasted with the situation in North Carolina, USA. Due to the implemented regulation, this state is well suited to serve as a reference. An excursus to the American health care system provides the reader with the necessary background. A discussion of results completes the paper.

Mikrobiologie der Stickstoffentfernung in den Biofiltern einer marinen Aquakultur mit geschlossenem Wasserkreislauf (2007)

Bärbel Fösel

Die drohende Erschöpfung mariner Fischbestände bedingte die Entwicklung mariner Aquakulturtechniken und machte die marine Aquakultur zu einem der am schnellsten wachsenden Industriezweige der Welt. Derzeit werden marine Fischarten meist in schwimmenden Netzeinfriedungen oder Käfigen in Küstennähe gezüchtet, was mit einer erheblichen Beeinträchtigung der marinen Umgebung einher geht. Eine umweltfreundliche Alternative zu diesen offenen Systemen sind geschlossene Systeme mit vollständiger Wasserwiederaufbereitung. Die Pilot-Anlage in Rehovot, Israel ist ein derartiges System, das über drei verschiedene Biofilter Nitrifikation, Denitrifikation/Abbau von abgesetztem Schlamm und Sulfidoxidation miteinander verbindet. Die Nitrifikation in einem derartigen System muss einerseits effizient genug ablaufen, um die Ammoniakkonzentrationen unterhalb der für Fische toxischen Werte zu halten. Andererseits muss sie dynamisch genug sein, um auch Fluktuationen in der Ammoniumproduktion puffern zu können. Der erste Teil dieser Arbeit zielte deshalb darauf ab, die Nitrifikantenpopulation in dem marinen Tropfkörperbiofilm zu identifizieren und zu charakterisieren sowie Diversität, Verteilung, Abundanz und Aktivität der Ammonium- und Nitritoxidierer in situ zu bestimmen. Wiederholte Runden des sogenannten „full cycle rRNA-approach“ waren erforderlich, um DNA-Extraktionsprotokoll und Sondenset für die Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung (FISH) zu optimieren. Die abundanteste Gruppe der ammoniumoxidierenden Bakterien (AOB) waren Mitglieder der Nitrosomonas sp. Nm143-„Lineage“ (6,7% des Gesamtbiovolumens), gefolgt von einer Nitrosomonas marina-verwandten AOB-Gruppe (2,2% des Gesamtbiovolumens). Beide zusammen wurden zahlenmäßig übertroffen von den nitritoxidierenden Bakterien (NOB) der Nitrospira marina-„Lineage“ (15,7% des Gesamtbiovolumens). Die mittels Mikrosensormessungen bestimmten Nitrifikationsraten stiegen bis zu einer Ammoniumkonzentration von 200 µM nahezu linear an und erhöhten sich weiter bis zu einer Konzentration von 2 mM. Der geschätzte KM(NH3+NH4+)-Wert lag bei 294 ( 70) µM, die maximale Geschwindigkeit (vmax) der Ammoniumoxidation bei 65 ( 6) µM cm-3 h-1. Mikroautoradiographie (MAR) mit 14C-markiertem Bicarbonat wurde mit FISH kombiniert, um herauszufinden, welche AOB-Populationen in Gegenwart verschiedener Substratkonzentrationen aktiv sind. Weder Mikrosensordaten noch MAR-FISH-Experimente sprachen jedoch für die postulierte Nischendifferenzierung in eine bezüglich der Ammoniumkonzentration hoch affine und eine weniger affine AOB-Population. Es bleibt weiter unklar, welche Faktoren für die beobachtete Koexistenz verschiedener AOB-Populationen verantwortlich sind. Zusammengenommen scheint die Nitrifikantengemeinschaft jedoch sowohl an die normalerweise geringen Ammoniumkonzentrationen als auch an die wiederkehrenden Peaks nach dem Füttern gut angepasst zu sein. Da Stickstoff, vor allem in Form von Nitrat, in geschlossenen Aquakultursystemen häufig akkumuliert, wird versucht, zumindest einen Teil des Nitrat-N - klassischerweise über Denitrifikation - wieder aus dem System zu entfernen. Ein Problem, das bei der anaeroben Abwasserbehandlung speziell in marinen Systemen auftritt, ist die Sulfatreduktion. Neben seiner toxischen Wirkung auf Fische und andere aquatische Organismen hat Sulfid auch einen spezifischen Effekt auf Nitratreduktion und Denitrifikation. Das Ziel des zweiten Teils dieser Arbeit war es deshalb, die Prozesse der Denitrifikation und der DNRA in den anaeroben Teilen der Anlage zu quantifizieren, Nitratreduzierer und Denitrifikanten zu identifizieren und zu isolieren sowie ihre Reaktion auf Sulfid als einem systemrelevanten Faktor genauer zu untersuchen. Sowohl Denitrifikation als auch DNRA waren - wie durch 15N-Experimente bestätigt - systemrelevante Prozesse. Anzeichen für eine N-Entfernung über den Anammox-Prozess wurden hingegen nicht gefunden. Von insgesamt ca. 780 Isolaten verbrauchten knapp 500 Nitrat. Es wurden 41 verschiedene, teilweise neuen Artengruppen identifiziert, die den Alpha-, Beta- und Gammaproteobacteria, den Bacteroidetes, Firmicutes und Actinobacteria angehörten. 15 enthielten Denitrifikanten, bei Mitgliedern der restlichen Gruppen wurde nur Nitratreduktion zu Nitrit festgestellt. Die kultivierungsunabhängige Analyse anhand der funktionellen Markergene narG und nosZ erbrachte eine beträchtliche Anzahl unterschiedlicher Klongruppen. Im Unterschied zum Kultivierungsansatz ergab die vergleichende Analyse der narG-Genbibliotheken sehr klare Unterschiede zwischen den drei untersuchten Teilsystemen. Wachstumsexperimente mit zuvor aus der Aquakultur isolierten Reinkulturen erbrachten große Unterschiede in der Sulfidtoleranz der getesteten Isolate, die von < 50 µM bis zu 5 mM reichte. Generell gingen steigende Sulfidkonzentrationen mit einer zunehmenden Hemmung des Wachstums und - bei denitrifizierenden Isolaten - mit einer steigenden N2O-Produktion einher.

Tagungsband zum Doctoral Consortium der WI2007 (2007)

Torsten Eymann

Bereits seit Anfang der 1990er Jahre wird jungen Wissenschaftlern im Vorfeld der Tagung "Wirtschaftsinformatik" ein Doctoral Consortium als unterstützendes Forum angeboten. Diese Einrichtung wurde auch zur größten internationalen Konferenz der Wirtschaftsinformatik, der WI 2007 in Karlsruhe fortgeführt. Dieser Band fasst die zum Vortrag ausgewählten Beiträge zusammen.

Untersuchungen zum Wasserhaushalt eines Fichtenwaldstandorts unter Berücksichtigung der Humusauflage (2007)

Tobias Zuber

Die Humusauflage ist ein wichtiger Bestandteil von Waldböden, der stark durchwurzelt wird und, in Abhängigkeit von der Mächtigkeit, einen bedeutenden Beitrag zur pflanzenverfügbaren Speicherung von Wasser leisten kann. Dennoch wird die Humusauflage in Bodenwasserhaushaltsmodellen nur selten berücksichtigt. In dieser Arbeit soll der Wasserhaushalt der Humusauflage eines Fichtenbestands (Picea abies L.) im Fichtelgebirge (NO-Bayern) für eine Kontroll- und eine Manipulationsfläche, die über sechs Wochen experimentell ausgetrocknet und anschließend wiederbefeuchtet wurde, quantifiziert und modelliert werden. Für die korrekte Abbildung des Bodenwasserhaushalts im Modell wurden die bodenphysikalischen Parameter am Untersuchungsstandort umfassend charakterisiert. Die pF-Kurve wurde für die Mineralbodenhorizonte bis pF 4,2, für die Humusauflage bis pF 5,5 ermittelt. Die Spanne der volumetrischen Wassergehalte zwischen Sättigung und maximaler Austrocknung ist dabei in der Humusauflage sehr viel größer als im Mineralboden. Dies wirkt sich auf die Höhe der nutzbaren Feldkapazität aus, die für die 13 cm mächtige Humusauflage mit 41 mm, für den Mineralboden bis 40 cm Bodentiefe, unter Berücksichtigung des Skelettanteils, mit 71 mm bestimmt wurde. Die experimentelle Austrocknung des Fichtenbestands führte, im Vergleich zur Kontrollfläche, lediglich in der Humusauflage zu signifikant geringeren Wassergehalten, während im Mineralboden keine Manipulationseffekte auftraten. Zwischen Juli und August 2006 wurden für die Humusauflage der Manipulations- und der Kontrollfläche maximale Saugspannungen von pF 6 bzw. pF 5 über die pF-Kurve errechnet. Ein weiteres Ziel war die Weiterentwicklung eines Lindenholzsensors zur horizontgenauen Bestimmung von Matrixpotentialen in Humusauflagen mittels elektrischer Leitfähigkeitsmessung. Im Bereich der Messtechnik und bei der Beachtung des Temperatureinflusses konnten Fortschritte erzielt werden, eine kontinuierliche in situ-Bestimmung von Matrixpotentialen wurde aber nicht erreicht. Die volumetrischen Wassergehalte konnten im trockenen Bereich bis 20 Vol.-% erfasst werden, im feuchteren Bereich sind die Lindenholzsensoren ungeeignet. Neben der Entwicklung von Lindenholzsensoren sollten weitere Sensoren auf ihre Anwendbarkeit in Humusauflagen hin getestet und verglichen werden. ECH2O-Sonden bildeten über eine gute Freilandkalibrierung die volumetrischen Wassergehalte in der Humusauflage von 3 bis 60 Vol.-% kontinuierlich und korrekt ab, bei weitestgehender Wartungsfreiheit der Messtechnik. Auch mit einer mobilen FDR-Sonde konnte im Freiland eine gute Kalibrierung zur Bestimmung von volumetrischen Wassergehalten in der Humusauflage erzielt werden. Die Verwendung von Einstichtensiometern hingegen kann nur unter feuchten Bedingungen zur Ermittlung von Saugspannungen in Humusauflagen empfohlen werden. Mit einem Wasserhaushaltsmodell konnte der Wasserhaushalt der Mineralbodenhorizonte und der Humusauflage für die Austrocknungsperiode abgebildet werden. Nach stärkeren Niederschlagsereignissen wurden die Wassergehalte, insbesondere in der Humusauflage, jedoch teils deutlich überschätzt. Dies wird auf die Ausbildung von Hydrophobizität und dadurch bedingtem präferentiellen Fluss als Folge vorausgegangener Austrocknung zurückgeführt. Die Arbeit hat gezeigt, dass die Humusauflage in der Vegetationsperiode für den Wasserhaushalt des Fichtenbestands von großer Bedeutung ist. Durch den Vergleich unterschiedlicher Sensoren und die Simulation des Wasserhaushalts im Modell hat sich gezeigt, dass die hohe Dynamik der Wassergehalte und Saugspannungen in der Humusauflage relativ zuverlässig beschrieben werden kann.

A Policy Framework including Trust and Reputation in Grid Environments (2007)

Torsten Eymann Raimund Matros Stefan König

This paper examines the role of policies in different grid environments. A Grid technology becomes standardized and stable, various business models are envented and increasingly applied, and economic implications can be observed.Asymmetrically distributed information may allow for opportunistic behaviour of service providers or users who exploit the information gap between providers and consumers on the quality of services.

Über den Einfluss molekularer Parameter auf die Transporteigenschaften organischer Lösungsmittel (2007)

Gerhard Wittko

In dieser Arbeit wird der Einfluss molekularer Parameter wie Masse und Trägheitsmoment auf Diffusion und Thermodiffusion binärer niedermolekularer Flüssigkeiten experimentell untersucht. Die verwendete Messtechnik beruht auf transienten holographischen Gittern. Die Soret-, Thermodiffusions- und Massendiffusionskoeffizienten von Mischungen bestehend aus Aceton, Benzol, Benzol-d1, 1,3,5-Benzol-d3, Benzol-d5, Benzol-d6, Benzol-13C6, Cyclohexan, Cyclohexan-d12, n-Hexan, Isobutylbenzol, Toluol, 1,2,3,4-Tetrahydronaphthalin, Dodekan und 1,6-Dibromhexan wurden bei einer Temperatur von 25°C gemessen. Zur Untersuchung der Temperaturabhängigkeit des Soretkoeffizienten und seines Isotopeneffekts wurden für die Mischungen der verschiedenen Benzolen und des 1,6-Dibromhexan in Cyclohexan und Cyclohexan-d12 zusätzlich Messungen im Temperaturintervall von 15°C bis 35°C durchgeführt. Der Isotopeneffekt des Soretkoeffizient bei Perdeuterierung des Cyclohexans ist für alle untersuchten Mischungen unabhängig von der Konzentration und mit Ausnahme des polaren Acetons in etwa gleich groß. Die Temperaturabhängigkeit des Soretkoeffizienten ist für die untersuchten Mischungen im betrachteten Temperaturintervall linear und variiert mit der Konzentration. Der Isotopeneffekt des Soretkoeffizienten bei Perdeuterierung des Cyclohexans ist temperaturunabhängig. In der Mischung Benzol in Cyclohexan wird eine Konzentration gefunden, bei welcher der Soretkoeffizient endlich und temperaturunabhängig ist. Der Soretkoeffizient kann in zwei additive Beiträge aufgespalten werden. Der erste Beitrag ist der konzentrations- und temperaturabhängige chemische Beitrag. Er lässt sich in eine von der Konzentration abhängige Funktion, die mit einem temperaturabhängigen Amplitudenfaktor versehen wird, faktorisieren. Das Verschwinden der konzentrationsabhängigen Funktion, und somit des chemischen Beitrags, führt zu dem in dieser Arbeit erstmals beschriebenen temperaturunabhängigen Fixpunkt. Der zweite Beitrag ist der Isotopenbeitrag, der unabhängig von der Konzentration und der Temperatur ist. Er besteht aus zwei Summanden, von denen der eine von der Masse, der andere von den Trägheitsmomenten der Komponenten der Mischung abhängt. Auch Literaturdaten können über den gesamten Konzentrations- und Temperaturbereich sehr gut mit vorgeschlagenen Separationsansatz beschrieben werden. Für alle betrachteten Mischungen ist der konzentrationsunabhängige Amplitudenfaktor etwa gleich groß und meist wird ein temperaturunabhängiger Fixpunkt gefunden. Die Ergebnisse zeigen, dass nicht die sich mit der Temperatur ändernde Konzentration, bei der der Soretkoeffizient verschwindet, sondern die Konzentration des temperaturunabhängigen Fixpunktes besonders ausgezeichnet ist. Weiterhin wird eine einfache additive Mischungsregel für den Soretkoeffizienten untersucht, die nur auf Eigenschaften der Reinsubstanzen der Mischung basiert. Für äquimolare Mischungen, die näherungsweise ideal sind, können die einzelnen Substanzen nach diesem Konzept in einer Reihe ansteigender Thermophobie angeordnet werden. Es wird eine gute Übereinstimmung zwischen vorhergesagten und gemessenen Soretkoeffizienten gefunden. Andererseits wird gezeigt, dass dieses Konzept nicht zur Vorhersage der Konzentrationsabhängigkeit des Soretkoeffizienten geeignet ist. Der Diffusionskoeffizient ändert sich bei Isotopensubstitution an einer Komponente nur marginal. Die Diffusionskoeffizienten der beiden Mischungen unterscheiden sich über den gesamten Konzentrationsbereich um einen konstanten Faktor. Die geringe Änderung von wenigen Prozent kann mit der kinetischen Theorie erklärt werden, die jedoch keine Auskunft über die Größe des Diffusionskoeffizienten gibt. Darüber liefert für die Grenzfälle unendlicher Verdünnung trotz der vergleichbaren molaren Volumina der Komponenten der Mischungen die Stokes-Einstein Gleichung eine recht gute Abschätzung, solange das gelöste Molekül kleiner ist als ein Lösungsmittelmolekül. Sie ist jedoch ungeeignet, den beobachteten Isotopeneffekt zu erklären. Der Isotopeneffekt des Thermodiffusionskoeffizienten variiert mit der Konzentration und ist proportional zum Diffusionskoeffizienten, so dass sich der konstante Isotopeneffekt des Soretkoeffizienten ergibt. Es zeigt sich, dass sich die thermophoretische Kraft auf ein einzelnes Cyclohexan-Molekül, das in einer beliebigen anderen Flüssigkeit gelöst ist, bei Perdeuterierung dieses Cyclohexan-Moleküls immer um den gleichen Betrag ändert, egal, wie groß die thermophoretische Kraft vorher war. Auch für den Fall eines beliebigen in Cyclohexan gelösten Moleküls, ergibt sich bei Perdeuterierung des Lösungsmittels Cyclohexan immer die gleiche Änderung der thermophoretischen Kraft, wieder unabhängig von der Größe der Kraft zuvor. In beiden Fällen ist die Änderung der thermophoretischen Kraft betragsmäßig gleich groß, aber von unterschiedlichem Vorzeichen.

Investigation of the Photophysical Properties of pi-Conjugated Polymers. A Study by Non-Linear, Time-Resolved, and Single-Molecule Spectroscopy (2007)

Richard Hildner

In the past few years conjugated polymers have attracted considerable interest owing to their high potential for applications in optoelectronic devices. Despite the progress in the field of device fabrication, a full understanding of the dynamics of electronic excitations and the intrinsic electronic and optical properties of these functional materials is still not complete. To gain further insight into these issues a model conjugated polymer (methyl-substituted ladder-type poly(para-phenylene), MeLPPP) was investigated in this thesis by two-photon (2P) fluorescence excitation spectroscopy and time-resolved spectroscopy on thin MeLPPP-films as well as by fluorescence spectroscopy on individual MeLPPP-chains. Employing continuous-wave 2P fluorescence-excitation spectroscopy on MeLPPP the symmetry properties of the vibronic wave functions of the lowest electronically excited singlet states were studied. It was found that the symmetry selection rules for optical transitions are rather strictly fulfilled, demonstrating the high intra-chain order in MeLPPP. Additionally, these data gave evidence that the energies of the predominant vibrational modes, the inter-ring stretching vibration and the aromatic ring CC stretching mode, are significantly lower in the second excited singlet state with respect to the corresponding energies in the first excited singlet state and in the electronic ground state. This finding reflects a significant change of the equilibrium geometry of the MeLPPP-backbone in the second excited singlet level with respect to the energetically lower lying singlet states. The time-resolved experiments on MeLPPP-films utilising a Streak-camera technique with high spectral resolution revealed the full relaxation dynamics of electronic excitations within the density of electronically excited states prior to the emission process as well as their decay kinetics from the lowest electronically excited state into the electronic ground state. An inverse Laplace transform of the fluorescence decay curves provided strong evidence that the relaxation dynamics can be described by a distribution of excited state lifetimes. At 1.5 K both the decay dynamics and the rising component of the fluorescence transients from the low-energy tail of the distribution of excited states showed a strong dependence on the emission wavelength. In contrast, at room temperature such a dependency was not observed. Finally, the data allowed to determine the radiative lifetime of the lowest electronically excited state to about 800 ps at both 1.5 K and 296 K. Low-temperature fluorescence spectroscopy on individual MeLPPP-chains in combination with statistical pattern recognition techniques for data analysis permitted to retrieve the profile of the electronic spectra of single chromophores in great detail. From these data the Debye-Waller factor, i.e. the electron-phonon coupling strength, was calculated and for MeLPPP a weak electron-phonon coupling was found at 1.5 K. Moreover, there is strong evidence that the low-frequency vibrational modes, which are coupled to the electronic transitions, stem from vibrations of the surrounding host matrix indicating a weak intra-chain electron-phonon coupling. The analysis of the zero phonon line shapes of the purely electronic emission lines revealed that these lines are inhomogeneously broadened by fast unresolved spectral diffusion processes. Finally, from a detailed study of the vibronic emission lines of single MeLPPP-chains the vibrational relaxation time of the inter-ring stretching and aromatic ring CC stretching mode in the electronic ground state is determined to about 230 fs at low temperatures.

Molekularbiologische Gewinnung von RNase 40-124 Fragmenten zur Synthese von einheitlichen Glycoproteinen durch native chemische Ligation (2007)

Christian Piontek

Die Bereitstellung von einheitlichen Glycoproteinen ist wegen der Mikroheterogenität und der Probleme bei der Isolierung aus natürlichen Quellen eine ungelöste Aufgabe. Nur mit homogenem Material sind detaillierte Untersuchungen der Struktur-Wirkungsbeziehung möglich, was zur Optimierung von therapeutischen Glycoproteinen verwendet werden kann. Deshalb sollten Methoden zur Totalsynthese von uniformen Glycoproteinen etabliert werden. Dazu sollte die chemoselektive Reaktion von Thioestern und molekularbiologisch gewonnenen Fragmenten mit N-terminalem Cys über die native chemische Ligation (NCL) ausgenutzt werden. Diese Methode sollte mit dem Modellprotein Ribonuclease 1-124 entwickelt werden. Zur Synthese der RNase durch NCL wurde das Cys 40 als Ligationsstelle gewählt. Das Fragment 40-124 B mit N-terminalem Cys sollte mit dem Thioester Met-RNase 1-39 A bzw. glycosylierten Varianten über sequentielle Ligationsschritte zur RNase ligiert werden. Zur Gewinnung des N-terminalen Cys-fragmentes 40-124 B der RNase wurde das pTWIN-Expressionssystem verwendet, das die autokatalytische Spaltung von Inteinen ausnutzt. Durch Expression des Plasmids pTWINcp1 in E. coli konnte das Fusionsprotein als unlösliche IBs erhalten werden. Diese wurden gereinigt, solubilisiert und unter optimierten Bedingungen rückgefaltet. Trotz einer fast vollständigen Inteinspaltung konnte das oxidationsempfindliche und möglicherweise unlösliche Zielpeptid RNase 40-124 B nicht isoliert werden. Deshalb wurden die sieben Cys von B vor der Rückfaltung und Inteinspaltung durch gemischte Disulfide geschützt. Die Reaktion mit GSSG oder DTDP ergab eine Mischung von Peptiden 1, 3, 5 und 7 modifizierten Cys. Die vollständige Reaktion aller Cys gelang mit 2-Carboxyethyl-methanthiosulfonat, jedoch bei geringerer Spaltungseffizienz des Inteins. Nach Reinigung mittels RP-HPLC konnte das 7-fach geschützte und nicht mehr oxidationsempfindliche Fragment 3 in einer Ausbeute von 3.5 mg pro Liter Medium erhalten werden. Die Ligationsfähigkeit der modifizierten Fragmente 1 und 2 wurde mit den Thioester Met-RNase 1-39 4 und dem Glyco-Thioester RNase 30-39 8 untersucht und die Reaktion zu 5 und 9 durch LC-MS bestätigt. Mit Hilfe des vollständig modifizierten Fragmentes RNase 40-124 3 konnte unter optimierten Ligationsbedingungen die vollständige Met-RNase 1-124 5 erhalten werden und nach einem Rückfaltungsschritt die enzymatische Aktivität durch Hydrolyse von 2’,3’-CMP nachgewiesen werden. Die Synthese von glycosylierter RNase 1-124 sollte durch eine sequentielle Ligationsstrategie versucht werden. Dazu wurde das Fragment 1-39 in den Thioester 1-25 F und den glycosylierten Thioester 26-39 D geteilt, dessen N-terminales Cys durch verschiedene Schutzgruppen maskiert wurde. Die Ligation zwischen dem vollständig SCE-geschützten Fragment RNase 40-124 3 und den Thioestern Thz-26-39 15 bzw. Mapoc-26-39 20 konnte durchgeführt werden. Die Ligation zu 16 bzw. 21 und die Abspaltung der Schutzgruppen unter Freisetzung des N-terminalen Cys konnte mittels LC-MS nachgewiesen werden. Zwar konnte nach der Öffnung des Thiazolidinringes mit Methoxyamin eine Ligation mit dem Thioester RNase 1-25 18 zur vollständigen RNase 1-124 19 nachgewiesen werden, allerdings reagierte der größte Teil des Thioesters mit Methoxyamin zum Methoxyamid. Deshalb wurde anstelle der sequentiellen Eintopf-Ligationsstrategie ein Syntheseweg mit Isolierung des Ligationsproduktes 26-124 nach der Methoxyaminentschützung angewandt. Diese Methode konnte mit den Ligationsprodukten RNase Thz-26-124 24 und 28 etabliert werden. Die entschützten Produkte wurden mit einer Ausbeute von 44 % bzw. 74 % isoliert und mit dem Thioester 18 zu den RNasen 26 und 30 ligiert. Nach einer Rückfaltung der synthetischen Proteine konnte mit einem Assay deren Aktivität nachgewiesen werden. Diese Erkenntnisse konnten zur Synthese der kompletten RNase 1-124 34 mit einem Nonasaccharid an Asn34 angewandt werden. Die Isolierung des entschützten Ligationsproduktes 33 aus der Reaktion von RNase 40-124 3 mit dem Glycopeptidthioester RNase Thz-26-39 31 gelang mit einer Ausbeute von 48 %. Das Produkt wurde mit 18 zur Reaktion gebracht und zurückgefaltet. Nach Reinigung mittels Gelfiltration konnte das native Enzym 34a in einer Ausbeute von 71 % gewonnen werden. Die RNase-Aktivität des synthetischen Glycoproteins 34a wurde durch Vergleich mit der Aktivität von RNase A mit einem kcat/Km-Wert von 9.6 x 102 M-1 s-1 bestimmt (RNase A = 5.6 x 103, RNase B = 1.5 x 103 M-1 s-1). In dieser Arbeit konnte eine reproduzierbare Methode zur molekularbiologischen Gewinnung von Fragmenten mit N-terminalem Cys etabliert werden. Mit Hilfe eines rekombinanten RNase-Fragmentes und den entprechenden Thioestern bzw. Glycopeptidthioestern konnte erstmals ein biologisch aktives, homogenes RNase-Glycoprotein mit komplexem N-Glycan erhalten werden. Diese Strategie sollte auf die Synthese von biochemisch und therapeutisch interessanten Proteinen übertragbar sein.

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