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Strukturelle Untersuchungen der Lck-Domänen unique und SH3 und ihre Wechselwirkungen mit zellulären und viralen Proteinen
(2002)
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Lars Briese
- In der vorliegenden Arbeit ist es gelungen, die beiden amino-terminalen Domänen der Lymphocyten Spezifischen Kinase (unique- und SH3-Domäne, LckU3) mittels NMR-Spektroskopie in Lösung strukturell zu charakterisieren. Auf Basis dieser NMR-Untersuchungen war es möglich, die Wechselwirkungen von LckU3 mit verschiedenen Bindungspartnern auf atomarer Ebene zu verfolgen. Darüber hinaus wurden neue Erkenntnisse über die Wechselwirkungen zwischen dem HIV-1 Protein Nef und dem HIV Hauptrezeptor CD4 gewonnen. Die unique- und die SH3-Domäne der Lck wurden in E. coli exprimiert und anschließend gereinigt. Die Untersuchung von LckU3 mittels NMR-Spektroskopie zeigte, dass die unique-Domäne in wässriger Lösung unstrukturiert vorliegt. Für die SH3-Domäne wurde die dreidimensionale Struktur in Lösung mit hoher Präzision bestimmt. Mit Hilfe von 1H,15N-HSQC-Titrationsexperimenten konnten die Bindung eines durch Phagendisplay selektierten SH3-Liganden sowie die Interaktion von HIV-1 Nef mit der Lck SH3-Domäne nachgewiesen und diese charakterisiert werden. Ebenso wurde die zinkvermittelte Interaktion der Lck unique-Domäne mit der cytoplasmatischen CD4-Domäne gezeigt. Sowohl CD4 als auch die unique-Domäne binden spezifisch Zink mit einer Affinität, die eine optimale Regulation der Lck-CD4 Assoziation in der Zelle erlaubt. Mit Hilfe von Fluoreszenztitrationsmessungen wurde der KD der Lck-CD4 Interaktion auf 0,35 µM bestimmt. Darüber hinaus wurden experimentelle Bedingungen gefunden, die eine eingehende Charakterisierung des Lck-CD4 Komplexes ermöglichen werden. Die Untersuchung der Bindung von HIV-1 Nef an CD4 sowohl mit NMR- als auch fluoreszenzspektroskopischen Methoden zeigte, dass bislang unbeachtete Reste im N-terminalen Bereich des Nef-Proteins einen erheblichen Anteil an der CD4-Interaktion haben und die Affinität von Nef zu CD4 um etwa das 300fache erhöhen . Im Rahmen dieser Arbeit ist es gelungen, alle binären Interaktionen zwischen der Lymphocyten Spezifischen Kinase, dem Oberflächenrezeptor CD4 und dem HIV-1 Protein Nef eingehend zu untersuchen und zu charakterisieren. Da keine dieser Interaktionen kompetitiv sind, wurde die Existenz eines ternären Komplexes diskutiert.
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Development and Application of a Classification System for Undisturbed and Disturbed Tropical Montane Forests Based on Vegetation Structure
(2002)
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Axel Paulsch
- Classification of the vegetation was a central part of a DFG-financed analysis of undisturbed and disturbed montane rain forest ecosystems in Southern Ecuador. The aim of the study presented here was the development and application of a classification system based on structural characters for both, undisturbed and disturbed forests. In an altitude between 1570 m a.s.l. and 3100 m a.s.l. 139 plots of 20 m x 20 m were established and the abundance of 151 structural parameters was quantified per tree stratum. Cluster analysis allowed grouping of the 139 plots into 14 groups, called structural forest types. These types were: Secondary growth after road construction, Secondary growth after landslide, Plantation of Pinus patula, Forest on edges of natural gaps, Secondary ravine forest, Ravine forest under human influence, Primary ravine forest at lower altitude, Primary ravine forest at higher altitude, Microphyll ridge forest, Mesophyll ridge forest, Macrophyll ridge forest, and megaphyll ridge forest. Two forest types were investigated outside the closer investigation area and were classified as Secondary forest in Mindo and Primary forest in Cajanuma. Primary forest types were only found south of the Rio San Francisco, whereas on the northern side in a matrix of pastures and farmland only plan-tations and secondary vegetation along ravines could be detected. In the area of primary forest, a primary ravine forest type of lower altitudes turned into a type of higher altitudes around 2100 m a.s.l. in ravines. Both types were characterised by comparably great tree heights and wide stem diameters. On ridges, three types of ridge forest coexisted in the lower part until microphyll ridge forest dominated in altitudes above 2200 m a.s.l.. Timberline was reached at 2650 m a.s.l. on the eastern side of the cordillera, at approximately 3000 m a.s.l. on the western side in Cajanuma. Decreasing canopy height on ridges could be explained by water stress in wind exposed sites and unfavourable N-mineralisation conditions (due to decreasing pH, profile depth, raising C/N-values, and water stagnation with increasing altitude). Secondary forest types were characterised by human influence (felling of emergent trees), pioneer vegetation and high abundance of connecting elements like lianas and bamboo. The structural forest types could be integrated into accepted schemes of altitudinal zonation of the Andean vegetation without contradiction, but allowing a further distinction of the zone under investigation. Frequency analysis and calculation of correlation between variables allowed the reduction of the catalogue from 151 to 104 structural parameters by excluding variables that did not contribute to the clustering. This exclusion did not alter the result of the cluster analysis. On the basis of the reduced catalogue a key to the 14 structural forest types was developed. This key was applied to 100 plots of 10 m x 10 m in a parallel study of other project participants investigating the distribution of hummingbird-visited plants. Distribution patterns of this functional group could be related to the structural forest types. Recent investigations of bird and moth communities will also be tested for functional relationships.
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Der Keimblattapoplast von Ricinus communis L. - Kinetische Wechselwirkungen zwischen der Substratkonzentration und dem Langstreckentransport
(2002)
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Heike Bauer-Ruckdeschel
- Die stoffliche Zusammensetzung der Apoplastenlösung ist keine unabhängige Größe, sondern Ausgangspunkt und Ergebnis mehrerer in gegensätzliche Richtungen verlaufende Flüsse. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Nährstoffflüsse zwischen Blattapoplast, Blattgewebe, Phloem und Xylem nach Equilibrierung mit einer definierten apoplastischen Substratkonzentration zu messen und zu bilanzieren. Von Interesse waren die Elemente und Ionen Kohlenstoff (Saccharose), Stickstoff (Glutamin), Kalium, Phosphat und Sulfat. Als Versuchsobjekt diente der sechs Tage alte Keimling von Ricinus communis L.. Es kommt zu keiner Zirkulation von Saccharose über Phloem und Xylem. Die in den sink importierte Saccharose wird annähernd quantitativ verbraucht oder gespeichert. Auch der Xylemtransport der Hexosen Glukose und Fruktose erfolgt relativ unabhängig vom apoplastischen Angebot und spielt zu keiner Zeit eine entscheidende Rolle für die Ernährung der Pflanze. Externes Glutamin wird aktiv sowohl in den Keimblättern als auch im Phloem aufgenommen, jedoch mit unterschiedlichen Raten. Der Akkumulationsfaktor zwischen Exsudat und Medium zeigt, daß v.a. bei niedriger apoplastischer Konzentration der Fluß bevorzugt in den Ferntransport läuft. Es scheint, daß der/die Glutamincarrier am Phloem wesentlich aktiver sind als der/die Carrier am Mesophyll. Nur unter moderaten Mangelbedingungen fließt Glutamin in den Stoffwechsel der sink-Organe ein, ansonsten kommt es zu einer 1:1-Zirkulation über Phloem und Xylem. Nitrat wird bereits in der Wurzel größtenteils reduziert und nach Import in die Keimblätter erneut, vermutlich nach Aufnahme in spezielle Transfer-Zellen, über das Phloem exportiert. Kalium-Ionen haben einen entscheidenden Einfluß auf die Saccharosebeladung ins Phloem und den Volumenfluß dort. Sie scheinen sowohl aus dem Apoplasten als auch aus den Zellen der Keimblätter ins Phloem beladen zu werden, wobei die maximale Rate nicht sehr hoch ist (maximal 0,55 µMol x h-1 x Keimling-1). Bei Überangebot aus dem Xylem akkumuliert Kalium folglich in den Keimblättern. Die über das Phloem exportierten Kalium-Ionen werden kaum im sink festgelegt sondern zirkulieren (bis zu 80 %). Das Verhältnis Phosphat zu Phosphor insgesamt beträgt in den Keimblättern mit Endosperm 0,6, gleiches findet man im Siebröhrenexsudat wieder. Nach Transfer in phosphathaltiges Medium ist anteilig mehr Phosphat in den Keimblättern vorhanden, zusätzlich wird nun mengenmäßig mehr Phosphor über das Phloem exportiert. Nur ein Überangebot an externem, apoplastischem Phosphat verhindert einen Netto-Verlust von organisch-gebundenem Phosphor aus den Keimblättern. Eine Zirkulation von Phosphat zwischen Phloem und Xylem konnte zwar gefunden werden, jedoch ist sie in ihrem Ausmaß gering. Nach Angebot von Phosphat über die Wurzel kommt es zu einer konzentrationsabhängigen Erhöhung der Phosphatflüsse im Xylem, aber zu keiner Phosphorakkumulation in den Keimblättern. Erfolgt die Phosphorzufuhr gleichzeitig über den Keimblattapoplasten und über die Wurzel sind die Massenflüsse in den Leitbahnen im Vergleich zu den Einzelinkubationen reduziert. Der Phosphattransport im Keimling wird somit hauptsächlich durch das Phosphatangebot an der Wurzel und den Phosphateintrag in die Wurzel (über das Phloem) bestimmt. Die Sulfataufnahme in die Keimblätter ist schon bei relativ geringen apoplastischen Konzentrationen maximal, anders verhält es sich mit der Phloembeladung. Dies läßt den Schluß zu, daß sich der/die Carrier an den Parenchymzellen (Mesophyll) in ihren Raten unterscheiden. 70 % der über das Phloem exportierten Sulfat-Ionen zirkulieren zwischen Phloem und Xylem. Die Sulfat-Assimilation scheint gleichzeitig in den Keimblättern und der Wurzel zu erfolgen. Dafür spricht auch die Feststellung, daß nach Angebot über die Wurzel der Xylemfluß und der Phloemfluß deutlich reduziert sind. Glutamin, Phosphat, Sulfat und Kalium-Ionen treten in weit höheren Konzentrationen in den Keimblättern auf als sie im Siebröhrenexsudat nachweisbar sind. Neben der apoplastischen scheint auch eine symplastische Phloembeladung dieser Substrate möglich. Um Hinweise über den Beladungsweg des Phloems zu gewinnen, wurde die Versorgung des Keimlings mit Substraten aus dem apoplastischen Raum zwischen dem Endosperm und der Unterseite der Keimblättern unterbrochen. Bleibt die Nachlieferung aus dem apoplastischen Raum und über die Wurzel aus, kommt es bei Kalium, Phosphat und Sulfat spätestens nach drei Tagen, trotz beträchtlicher intrazellulärer Gehalte, zum Erliegen der Netto-Translokation aus den Keimblättern. Dies läßt auf eine rein apoplastische Beladung des Phloems schließen. Stickstoffverbindungen werden weiterhin aus den Zellen des Phloems bzw. den Geweben entlang des Transportweges ins Phloem entlassen (symplastisch).
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Kohlenstoffexport bei erhöhter CO2-Konzentration: Einfluss von Ammoniumnitratkonzentration und Wurzelraum auf Wachstum und Stoffwechsel bei Ricinus communis L.
(2002)
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Frank Keller
- Im Hinblick auf die ständig zunehmende CO2-Konzentration in der Atmosphäre seit der Industrialisierung und vor dem Hintergrund der essentiellen Bedeutung, welche Kohlendioxid durch die Photosynthese für Pflanzen hat, ist es von besonderem Interesse, wie Pflanzen auf die erhöhte CO2-Konzentration, die in 30 Jahren etwa das Doppelte der heutigen betragen soll, bei verschiedenen Wachstumsbedingungen reagieren. Deswegen sollte in diesem Projekt, das innerhalb des DFG-Schwerpunktprogramms "Stoffwechsel und Wachstum der Pflanzen unter erhöhter CO2-Konzentration" durchgeführt wurde, der Klärung des Zusammenhangs des verstärkten und beschleunigten Wachstums von Pflanzen bei erhöhter [CO2] mit dem Kohlenstoffexport in Form von Assimilaten aus source-Blättern bei unterschiedlichen Anzuchtsbedingungen nachgegangen werden. Als Modellpflanze für die Experimente wurde Ricinus communis L. ausgewählt, weil bei dieser Pflanze der Inhalt der Siebröhren, in denen die Translokation der Assimilate innerhalb der Pflanze stattfindet, leicht gewonnen werden kann und so auch Aussagen über den Transport der exportierten Assimilate möglich sind. Die Verfügbarkeit des Hauptnährelements Stickstoff ist für das Wachstum und die Biomasseentwicklung der Pflanze maßgeblich. Auf Grund der engen Verknüpfung des Kohlenstoff- mit dem Stockstoffstoffwechsel wurden die Experimente mit vier verschiedenen Ammomiumnitratkonzentrationen (1, 3, 6 und 12 mM) bei 350 und 700 ppm [CO2] in Klimakammern, in die die Pflanzen im Alter von 12 Tagen überführt wurden, durchgeführt. Aus den Experimenten ergaben sich folgende Resultate: 1. Rizinuspflanzen können bei höherer Stickstoffkonzentration (6-12 mM NH4NO3) in der Nährlösung die erhöhte CO2-Konzentration bei den gegebenen Bedingungen besser für Wachstum, Entwicklung und Biomasseproduktion nützen als Pflanzen, die bei niedrigerer Stickstoffversorgung (1-3 mM NH4NO3) kultiviert wurden. Dabei sind Pflanzen in kleineren Töpfen zunächst im Vorteil, werden aber darin von den Pflanzen in größeren Töpfen in der zweiten Hälfte der Klimakammerperiode (ca. ab Tag 28-30) übertroffen. 2. Bei Rizinuspflanzen sind mit zunehmender Stickstoffkonzentration in der Nährlösung bei erhöhter CO2-Konzentration deutlich höhere Kohlenstoffexportraten pro source-Blattfläche zu finden. Diese sind v.a. auf die Exportraten im Licht zurückzuführen, welche maßgeblich durch die Nettophotosyntheseleistung bestimmt werden. Der Kohlenstoffexport in der Dunkelphase wird wesentlich durch den Abbau der transitorischen Stärke beeinflusst. Mit abnehmender Stickstoffversorgung wird zunehmend Stärke im Blattgewebe angehäuft. 3. Rizinuspflanzen weisen unabhängig von der Stickstoffkonzentration in der Nährlösung bei erhöhter CO2-Konzentration eine nicht oder nur sehr leicht erhöhte Saccharose-konzentration im Siebröhrenexsudat auf. Es findet keine Rezirkulation von Saccharose durch das Xylem statt. Aufgrund der größeren Blätter bei 700 ppm [CO2] im Vergleich zu 350 ppm [CO2] ist auch der Querschnitt der Petiolen vergrößert. Der prozentuale Anteil der Phloemfläche an der Fläche des Querschnitts bleibt nahezu konstant (ca. 6,5 %) und somit ergibt sich eine größere totale Fläche des Phloemgewebes bei 700 ppm [CO2]. Für Pflanzen, die bei 700 ppm [CO2] kultiviert wurden, konnte bei allen Bedingungen eine erhöhte Flussrate des exportierten Kohlenstoffs in der Lichtphase berechnet werden. Da die Saccharosekonzentration im Siebröhrenexsudat jedoch nicht deutlich erhöht ist, muss von einer höheren Flussgeschwindigkeit ausgegangen werden. 4. Rizinuspflanzen können mit zunehmender Stickstoffversorgung das erhöhte CO2-Angebot in der Atmosphäre besser nützen. Es resultieren eine bessere Stickstoffnutzungseffizienz der Photosynthese sowie gesteigerte Raten der Nitratassimilation, wodurch deren Produkte, Aminosäuren und Proteine, in erhöhtem Maß im Blattgewebe zu finden sind. Die niedrigeren Serin- und Glycingehalte lassen auf verminderte Photorespiration bei erhöhter CO2-Konzentration schließen. Die niedrigere Konzentration an Aminosäuren im Siebröhrenexsudat (bei vergleichbaren Exsudationsraten) unterstützt die Hypothese der erhöhten Flussgeschwindigkeit in den Siebröhren bei 700 ppm [CO2]. 5. Rizinuspflanzen verfügen bei erhöhter CO2-Konzentration über höhere Gehalte an Hauptnährelementen pro source-Blatt. Dabei sind die Gehalte von Kalzium, Kalium, Magnesium, Phosphor und Schwefel stark von der Stickstoffversorgung der Pflanzen abhängig. Bei den Elementen Kalzium, Kalium und Schwefel ist ferner noch festzustellen, dass bei hoher Stickstoffversorgung die Werte von Pflanzen mit geringerem Wurzelraum deutlich die Werte von Pflanzen mit ausreichendem Wurzelraum überschritten.
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Komplexverbindungen des Liganden Tri(1-cyclohepta-2,4,6-trienyl)phosphan, P(C7H7)3, mit Übergangsmetallen der Gruppe 10 (Ni, Pd, Pt)
(2002)
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Thomas Schmalz
- Halogeno- und Pseudohalogeno-Komplexe des Platins und Palladiums mit Tri(1-cyclohepta-2,4,6-trienyl)phosphan, P(C7H7)3 Die Darstellung von cis-Dichloro-metall(II)-Komplexen, [P(C7H7)2(h2-C7H7)]MCl2 (M = Pt (1a), Pd (1b)), welche als Edukte für die weitergehenden Untersuchungen dienen sollten, gelingt aus cis-Dichloro-Verbindungen, wie (L-L)MCl2 (L-L = Cyclooctadien, Norbornadien, L = R-CN). Bei der Reaktion mit P(C7H7)3 bilden sich quadratisch-planare 16e--Chelat-Komplexe, in denen das Phosphan über das Phosphoratom und die mittlere Doppelbindung eines der drei C7H7-Substituenten an das Zentralmetall koordiniert ist. Ausgehend von 1a,b lassen sich durch Substitutions-Reaktionen anstelle der Chloro- weitere Halogeno- oder Pseudohalogeno-Liganden in die Komplexe einzuführen. Bei der Charakterisierung der Verbindungen zeigte sich, daß die Koordination der Doppelbindung an das Metall im Festkörper eindeutig belegt werden kann. In Lösung verhalten sich die Komplexe bezüglich der Anbindung der mittleren C=C-Einheiten dagegen dynamisch. Offensichtlich findet ein rascher Austausch aller drei C7H7-Ringe am Metallzentrum statt. Organyl-substituierte Verbindungen des Platins und Palladiums mit P(C7H7)3 Ausgehend von 1a,b gelingt es durch die Umsetzung mit entsprechenden Grignard-Reagenzien oder lithierten Verbindungen zahlreiche organyl-substituierte Komplexe, [P(C7H7)2(h2-C7H7)]MR2 (M = Pt, Pd; R = Alkyl oder Aryl), darzustellen. Die Reaktion von 1a mit Dimethyldialkinyl-stannanen, Me2Sn(CºCR)2, führt zu den Mono-(alkinyl)-Komplexen mit dem Chelat-Liganden P(C7H7)3, welche die CºC-R-Einheit ausschließlich in der trans-Position zur koordinierten Doppelbindung tragen. Selbst bei einem Überschuß des Zinnorganyls und höheren Temperaturen ließen sich die entsprechenden Bis(alkinyl)-Verbindungen durch die Reaktion von 1a mit Me2Sn(CºCR)2 nicht erhalten. Deren Synthese gelingt allerdings durch Umsetzung der entsprechenden, z.T. ebenfalls neuen (h4-Cycloocta-1,5-dien)-Komplexe, (cod)Pt(CºC-R)2, mit P(C7H7)3. Dichalkogenolato-Verbindungen des Platins und Palladiums mit P(C7H7)3 Die Komplexe 1a,b sind auch Ausgangspunkt für die Darstellung zahlreicher Di-chalkogenolato-Verbindungen mit P(C7H7)3, wobei die zusätzlichen schwefel- und selenhaltigen Chelat-Liganden sowohl von "organischer", als auch von "anorganischer" Natur sein können. Zur Darstellung können die entsprechenden Dichalkogenole, deren Lithium- bzw. Kalium-Salze, sowie die als Liganden-Transfer-Reagenzien fungierenden Di(cyclopentadienyl)-Komplexe des Titans(IV), Cp2Ti[E2C2(CO2Me)2] (E = S, Se), verwendet werden. Kationische Komplexe von Nickel, Palladium und Platin mit dem Liganden P(C7H7)3 Neben zahlreichen Neutralverbindungen können auch kationische 16e--Komplexe dargestellt werden, welche das P(C7H7)3 als Chelat-Liganden enthalten. Als zusätzliche 3e--Donatoren können darin Acetylacetonat- oder Allyl-Liganden mit verschiedenen Substitutionsmustern verwendet werden. Der Übergang zu Cyclopentadienyl-Systemen führte zur Synthese von 18e--Halbsandwich-Komplexen, {CpM[P(C7H7)2(h2-C7H7)]}BF4 (M = Pt, Pd, Ni). Im Fall der Pd- und Ni-Verbindungen wird das Produkt aus den cod-Komplexen und P(C7H7)3 gebildet; die entsprechende Pt-Verbindung entsteht dagegen durch aufeinander folgende Umsetzung von 1a mit TlCp und AgBF4. Bei der Eliminierung eines Chlorid-Ions aus 1a,b mit Hilfe von Silbersalzen entstehen Verbindungen, {[P(h2-C7H7)3]MCl}PF6 (M = Pt, Pd), in denen das P(C7H7)3 als vierzähniger Dreifuß-Ligand fungiert. Spezielle NMR-spektroskopische Untersuchungen an Metall-Komplexen der Gruppe 10 mit P(C7H7)3 Alle in dieser Arbeit beschriebenen neuen Komplexe konnten durch Multikern-NMR-Spektroskopie (1H, 13C, 29Si, 31P, 77Se, 195Pt) charakterisiert werden. Den 31P-NMR-Messungen kam in der vorliegenden Arbeit eine besondere Rolle zu. Neben der schnellen Reaktionskontrolle bietet sie die Möglichkeit - aufgrund der Abhängigkeit der d31P-Werte von der Zähnigkeit des P(C7H7)3-Liganden in Übergangsmetall-Komplexen - Aussagen über die vorliegenden Strukturen machen zu können. Bei den Synthesen wurde auf Komplexe des Platins ein besonderes Augenmerk gerichtet, da hier mit dem NMR-aktiven Isotop 195Pt eine weitere spektroskopische Sonde zur Verfügung steht. So läßt sich aufgrund der gemessenen 1J(195Pt,31P)-Kopplungskonstanten der unterschiedliche trans-Einfluß verschiedener Liganden innerhalb der Pt-Komplexe mit P(C7H7)3 erkennen. Die chemischen Verschiebungen d195Pt verdeutlichen, daß P(C7H7)3 die Eigenschaften eines tertiären Phosphans und einer h2-koordinierten C=C-Bindung vereint. Weiterhin gelingt es durch Tieftemperatur-1H- und 13C-NMR-Messungen an geeigneten Modellverbindungen, die rückkoordinierte Struktur des P(C7H7)3 innerhalb der neuen Komplexe auch NMR-spektroskopisch eindeutig zu belegen. Bei tiefen Temperaturen ist der Austausch der koordinierten Siebenringe am Zentralmetall eingefroren, so daß zwischen dem gebundenen und den freien C7H7-Substituenten unterschieden werden kann.
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Flächenhafte Schätzung mit Classification and Regression Trees und robuste Gütebestimmung ökologischer Parameter in einem kleinen Einzugsgebiet
(2002)
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Marco Patrick Schillinger
- Simulationsmodelle ökologischer Prozesse erlangen zunehmende Bedeutung als wissenschaftliche Entscheidungsgrundlage der öffentlichen Verwaltung und der Politik. Für die Anwendung flächenhafter Prozess- und Simulationsmodelle sind hierfür zuverlässige Eingangsinformationen bereit zu stellen. Komplexe Eingangsvariablen lassen sich teilweise nicht oder nur mit unverhältnismäßig hohem Aufwand durch flächenhafte Aufnahmen und Messungen, z. B. mit Fernerkundungsverfahren ermitteln. Ihre räumliche Bereitstellung ist nur mit Hilfe von Schätzverfahren möglich. Manche Variablen lassen sich nicht mit modernen Interpolationsverfahren, wie z. B. Kriging-Verfahren schätzen, da die Werte keinen räumlichen Zusammenhang aufweisen. In diesem Falle können jedoch andere flächenhaft ermittelbare Variable, die mit der gesuchten Variable in einem kausalen Zusammenhang stehen, als Hilfsvariable für eine räumliche Schätzung auf Grundlage von Punktmessungen dienen. Messungen in den experimentellen Geowissenschaften sind trotz größter Sorgfalt mit Fehlern behaftet. Hierbei handelt es sich sowohl um Rundungs- und gerätebedingte Messungenauigkeiten als auch um extreme Werte. Robuste statistische parametrische Verfahren sind in der Lage, mit beiden Fehlertypen zurecht zu kommen. Bislang gehen fast alle vorhandenen Gütemaße von fehlerfreien Messwerten aus. Die im Rahmen dieser Arbeit entwickelten Gütemaße integrieren robuste Verfahren und führen so zu Gütemaßen, die gegenüber beiden Fehlertypen robust sind. Classification and regression trees (CART) stellen ein Verfahren dar, mit dem sowohl nominalskalierte als auch stetige Zielgrößen auf der Basis von erklärenden Variablen geschätzt werden können. Dabei können die erklärenden Variablen unterschiedlichen Skalentypen angehören. Die classification and regression trees lassen sich leicht interpretieren und für die Klassifizierung neuer Objekte verwenden. Am Beispiel des 6,3 km2 großen Einzugsgebiets "Weiherbach" im Kraichgau wird die flächenhafte Schätzung mit Hilfe von regression trees exemplarisch für die Variablen Nitratgehalt im Boden und Korngrößenfraktionsanteile des Bodens dargestellt. Die Ergebnisse werden mit Hilfe der weiter entwickelten Gütemaße charakterisiert und mit den Ergebnissen einfacher Referenzschätzverfahren verglichen. Es zeigt sich, dass bei beiden Zielvariablen die Schätzung mit einem regression tree den Referenzschätzverfahren hinsichtlich den meisten Gütemaßen mindestens ebenbürtig, wenn nicht überlegen ist. Die Schätzungen mit Hilfe der regression trees zeichnen sich bei beiden Zielvariablen insbesondere durch einen deutlich geringeren Bias und eine geringere maximale Schätzabweichung aus. Bei der Schätzung der Korngrößenfraktionsanteile lässt sich beim CART-Verfahren gegenüber einem von Weiblen (1997) beschriebenen Verfahren ein stärkerer linearer Zusammenhang zwischen den gemessenen und den geschätzten Werten feststellen. Robuste Gütemaße ergänzen den Kanon bisher vorhandener Gütemaße und ermöglichen eine differenziertere Beschreibung der Qualität der Schätzungen. Insbesondere die robusten Versionen der core-Gütemaße sind zur Formulierung von Mindestanforderungen geeignet. Es zeigt sich, dass weniger die Schätzverfahren, als vielmehr die qualitative und quantitative Datengrundlage die Grenzen der Leistungsfähigkeit moderner Regionalisierungsverfahren darstellen.
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Behavior and Ecology of Wild Slow Lorises (Nycticebus coucang): Social Organization, Infant Care System, and Diet
(2002)
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Frank Wiens
- In this thesis I describe the social organization, infant care system, and diet of the slow loris Nycticebus coucang, a nocturnal arboreal prosimian primate, in the Malaysian rainforest. Data collected are locational data obtained during 1,000 h of radio-tracking slow lorises, behavioral data from visually observing radio-collared individuals, morphometric data, and records on food remains from fecal analysis. Though close-range encounters were very rare, I observed slow lorises to form stable social units ('social groups') characterized by home range overlap and friendly interactions among members and nonoverlap between groups. Four groups were observed, each consisting of a single adult female, a single adult male and a varying number of younger individuals. Group composition, together with relatively small testis volume and natal dispersal occuring in both sexes, hints towards a monogamous mating system. In one case an extended family group formed by delayed dispersal of a primary pair's offspring. Friendly interactions among group members included allogrooming, following, alternate click-calls, and sleeping in contact. Yet, members did not engage in any co-operative behaviour of the types usually thought to be responsible for group formation in gregarious mammals. One important factor contributing to the sharing of space between slow lorises is probably that chances of successful dispersal are low. However, subtle benefits arising from the presence of conspecifics (allogrooming, transfer of information on food resources) may also be crucial for the formation or maintenance of slow loris spatial groups. The infant care system was also notable for the very low frequency of direct encounters between animals. Active maternal care seemed to be limited to carrying the young to the sleeping place and regular suckling, and grooming of the infant. Non-maternal infant care appeared to be restricted to occasional infant grooming and infant carrying. It has been suggested that young lorises depend on their mothers for information on diet and that they obtain this information by watching their mothers feeding or interacting directly with their mothers over food. I tested this hypothesis on a group including one infant and four older individuals. The infant of the focus group only took food items to the mouth which were also part of its social group's diet and showed concordance in the frequency of use of feeding sites with other members of its group. These results speak against diet learning by trial and error. They indicate that diet learning by infants probably does depend on information obtained from older conspecifics. However, the infant of the focus group was not involved in direct interactions with conspecifics over food and fed mostly alone. It was not within a distance where it could see older conspecifics feeding more often than expected from the configuration and utilization of the individuals` home ranges. When feeding in vicinity of other slow lorises the infant never looked at them. This suggests that, contrary to expectations, visual observation or direct interaction over food are not the mechanisms by which information on food resources is passed from older individuals to young, but that other ways of obtaining such information are used by immature wild slow lorises. The slow loris is a slow-moving animal known to have a very low basal metabolic rate relative to other eutherian species of its body mass. A slow pace of life has been causally linked to a low intake rate of usable energy due to a diet that (1) is generally low in energy, (2) is unpredictably periodically scarce, and (3) contains high amounts of toxins or digestion inhibitors. In order to assess whether the slow loris faces any of these three kinds of limitation in energy supply I studied its dietary habits by direct observations of feeding behavior and by fecal analysis. The diet was composed of five distinct types of food: floral nectar and nectar-producing parts, phloem sap, fruits, gums (another group of plant exudates), and arthropods. The largest proportion of feeding time was spent on phloem sap (34.9%), floral nectar and nectar-producing parts (31.7%), and fruits (22.5%). These food types should provide the slow lorises with high amounts of easily digestible sugars indicating that slow lorises did not face an energy-poor diet. Furthermore, I found no evidence for seasonal food shortages: dietary habits were indistinguishable between rainy- and dry seasons, even though most dry season data were collected during periods of extreme drought induced by the 1997-1998 El Nino Southern-Oscillation event. However, many genera of food plants are known to contain secondary compounds that are toxic or reduce digestibility. I suggest that low metabolism in slow lorises is at least partly related to the need to detoxify secondary compounds in high-energy plant diet.
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Untersuchungen zur stimulierten GTPase von EF-Tu aus Thermus thermophilus
(2002)
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Peter Milovnik
- In dieser Arbeit konnten die Unterschiede im Mechanismus der GTP-Hydrolyse und der Hydrolyse von GTP-Analoga identifiziert werden: i) Ein gamma-Phosphoamid Derivat des GTP (MAAP-GTP) wird dabei gar nicht, ein anderes Derivat (DABP-GTP), das zusätzlich eine vicinal zum gamma-Phosphat stehende Aminogruppe trägt, 780-fach schneller als GTP durch EF-Tu hydrolysiert. ii) Die geschwindigkeitsbestimmenden Schritte der DABP-GTPase und der GTPase unterscheiden sich. Bei der GTPase ist der nuklophile Angriff, bei der DABP-GTPase ein Protontransfer, vermutlich die Protonierung des gamma-Phosphates, der langsamste Schritt der Reaktion. iii) Bei der DABP-GTPase spielt, im Gegensatz zur GTPase, keine der getesteten Aminosäuren aus dem aktiven Zentrum des EF-Tu eine wichtige Rolle bei der Hydrolyse. iv) DABP-GTPase verläuft durch eine intramolekulare Aminolyse und nicht durch einen nukleophilen Angriff eines Wassermoleküls. Diese aktive Beteiligung des DABP-GTP an seiner Spaltung stellt eine neue Art der Substrat-assistierten Katalyse dar. v) Die Analoga induzieren die GTP-gebundene Form des EF-Tu und ermöglichen die Bindung der aa-tRNA. Das bedeutet, dass eine hydrophobe Modifikation am gamma-Phosphat des GTP zu keiner bedeutenden strukturellen Änderung der Regionen des EF-Tu, die wichtig für die Interaktion mit seinen Effektoren sind, führt. Weiter wurden Cystein-Mutanten von EF-Tu, C82A/L404C und C82A/P357C, hergestellt und mit einem Coumarin-Derivat modifiziert. Eine tRNAPhe aus E. coli wurde an der acp3U47-Base mit einem Fluoreszein-Derivat modifiziert und gereinigt. Bei den, auf FRET-basierenden, Fluoreszenztitrationsexperimenten konnten die Affinitäten der fluoreszierenden EF-Tu Varianten zur Phe-tRNAPhe-X47F wegen einem starken Fluoreszenzhintergrund und dementsprechend schwachen Signal nur ungenau bestimmt werden. Das FRET-Assay konnte wegen dem kleinen Signal und seiner nicht eindeutigen Interpretation bei der Interaktion des fluoreszenzmarkierten ternären Komplexes mit dem Ribosom nicht zur kinetischen Untersuchungen der stimulierten GTPase von EF-Tu eingesetzt werden. Obwohl das FRET-Signal klein war, konnte die durch den Nukleotidaustausch bedingte Dissoziation des ternären Komplex kinetisch verfolgt werden. Es wurden zusätzlich Experimente zur Argininfinger Hypothese durchgeführt. Um die Funktion des konservierten Arginins 80 im ribosomalen Protein L12 aus T. thermophilus zu untersuchen wurde eine L12-R80A Mutante gereinigt. Das Wildtyp L12 wurde in den Ribosomen durch die R80A Mutante ersetzt. Die Fähigkeit dieser Ribosomen die intrinsische GTPase von EF-Tu zu stimulieren wurde mittels Hydrolyse von [gamma-32P]GTP geprüft. Für die Untersuchungen der Aktivierung der stimulierten GTPase wurde ein auf mant-dGTP Fluoreszenz basiertes Assay im T. thermophilus System etabliert. Die gegenüber den Wildtyp Ribosomen kleinen Unterschiede in der Rate der GTP-Hydrolyse und GTPase-Aktivierung deuten eher auf eine Rolle des L12-Arg80 bei der Bindung des ternären Komplexes an das Ribosom als bei der Katalyse der GTPase hin. Ähnlich wurde auch die Funktion der Arginine 57 und 59 aus der Effektorregion des EF-Tu untersucht. Hier wurden ebenfalls für einen Argininfinger relativ zum Wildtyp EF-Tu zu kleine Differenzen in der GTP-Hydrolyse und GTPase-Aktivierung beobachtet.
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(alpha)-Glucan-Phosphorylasen aus Weizen (Triticum aestivum L.) Isolierung, Charakterisierung und Analyse der Expression
(2002)
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Nicole Schupp
- Pflanzliche a-Glucan-Phosphorylasen (EC 2.4.1.1) können Stärke sowohl synthetisieren als auch abbauen. In Blättern und Körnern des Weizen var. Star können drei Phosphorylaseformen (P1, P2 und P3) mittels nicht-denaturierender Elektrophorese im Glycogen-haltigen Polyacrylamidgel unterschieden werden. Zwei der Formen (P1 und P2) sind cytosolische Enzyme, jedoch hat nur P1 die den cytosolischen Phosphorylasen eigene hohe Bindungsaffinität zu verzweigten Polyglucanen. Die dritte Form (P3) ist plastidisch und zeigt die für diesen Typ typische höhere katalytische Affinität zu Maltooligosacchariden verglichen mit verzweigten Polyglucanen. In der vorliegenden Arbeit wurde die cytosolische Phosphorylase aus Weizen-blättern mittels einer Affinitätschromatographie an dem an Sepharose gekoppelten Aktivitätsinhibitor Cycloheptaamylose bis zur Homogenität gereinigt. Die Phosphory-lase besteht aus einem Polypeptid, das nach denaturierender Polyacryl-amidgelelektrophorese ein Molekulargewicht von ca. 92 kD aufweist. Sie hat eine spezifische phosphorolytische Aktivität von 57 U/mg Protein, was einer ca. 7000-fa-chen Anreicherung bei einer Ausbeute von 32 % entspricht. Da das Protein die bei-den Phosphorylaseformen P1 und P2 bildet, liegt es vermutlich in zwei verschiede-nen Formen vor, von denen eine eine Maskierung des Polyglucan-Bindungsbereichs aufweist. Die höchste Aktivität hat die cytosolische Weizen-Phosphorylase, wie andere cytosolische Phosphorylasen, sowohl in der abbauenden als auch in der synthetisierenden Reaktion mit großen, verzweigten Polyglucanen im Vergleich zu linearen Maltooligosacchariden als Substrat. Ihre katalytische Affinität zu Amylopektin ist in der abbauenden Reaktion ca. 30mal höher als zu Maltoheptaose, in der Synthesereaktion sogar ca. 150mal höher. Die Umsatzgeschwindigkeiten mit verschiedenen Glucanen als Substrat sind in der Synthesereaktion vier- bis sieben-mal höher als in der abbauenden Reaktion. Maltopentaose ist das kleinste Substrat, das abgebaut werden kann, während Maltotetraose als Primer für die Glu-cansynthese dienen kann. Das pH-Optimum der abbauenden Reaktion liegt mit pH 7,0 etwas höher als das der Synthesereaktion (pH 6,0). Reduzierende Agenzien haben keinen Einfluss auf die Aktivitäten der cytosolischen Phosphorylase. Gegen das Protein der cytosolischen Phosphorylase wurden polyklonale Antikör-per hergestellt. Sie reagierten mit der gereinigten cytosolischen Phosphorylase und entsprechend großen Polypeptiden in Weizenextrakten, nicht aber mit Proteinen von Extrakten, die nur plastidische Phosphorylase enthielten. In hoher Konzentration re-agierte das Serum im Westernblot-Verfahren auch mit anderen Proteinen von Wei-zenextrakten, schien aber in geeigneter Verdünnung spezifisch für die cytosolische Phosphorylase zu sein. Aus einer cDNA-Bank aus jungen Weizenblättern wurde die cDNA einer cytosoli-schen Phosphorylase kloniert. Das erste Methionin (Met 20) der abgeleiteten Amino-säuresequenz des von Anfang an offenen Leserasters der cDNA stellt mit höchstwahrscheinlich den Translationsstart dar. Auch nach Verlängerung des 5´-Endes um 87 Basen in 5´-Richtung konnte kein Stoppcodon, aber auch kein weiteres Methionincodon entdeckt werden. Eine cDNA einer plastidischen Phosphorylase konnte nicht aus der Blatt-cDNA-Bank isoliert werden, aber aus einer cDNA-Bank aus Endosperm einer anderen Weizensorte. Die Sequenzen der beiden cDNAs dienten zur Herstellung spezifischer Primer, mit denen Fragmente von Phosphorylase-cDNAs aus Blättern und Körnern des Weizen var. Star amplifiziert werden konnten. Durch RACE konnten mit anhand dieser Fragmente hergestellten Primern cDNAs einer cytosolischen Phosphorylase aus Körnern und je zweier plastidischer Phosphorylasen aus Blättern und Körnern amplifiziert werden, die nur an den 5´-Enden noch vervollständigt werden müssen. In Blättern ist die Aktivität der cytosolischen Phosphorylase weitgehend auf junge, stark wachsende Primärblätter beschränkt. In Körnern wird sie während der späten Kornentwicklung höchstwahrscheinlich im Embryo gebildet und bleibt dort aktiv während der Keimung. Somit könnte die cytosolische Phosphorylase wichtig für die Aufrechterhaltung eines cytosolischen Glucose-1-Phosphatpools in Geweben sein, die massiv antransportierte Reservestärke-Abbauprodukte für das Wachstum des Keimlings verarbeiten müssen. Die Aktivität der plastidischen Phosphorylase bleibt langfristig in ausgewachsenen Blättern erhalten. Sie ist vermutlich am Metabolismus der transitorischen Stärke dieser Blätter beteiligt, zeigt aber keine diurnale Aktivitätsschwankung. Eine transient hohe Aktivität zeigte die plastidische Phosphorylase ebenfalls beim Einsetzen massiver Stärkesynthese im sich ent-wickelnden Korn. Da auch das Expressionsmuster ihres Transkripts dem der Stärke-synthetisierenden Enzyme ADP-Glucose-Pyrophosphorylase und Stärkesynthase ähnelt, spielt die plastidische Phosphorylase möglicherweise eine Rolle bei der Initi-ierung der Synthese von Reservestärke
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Konzeption von Regionalmanagement als Instrument der Landesentwicklung: Formulierung eines Politikprogramms dargestellt am Beispiel Bayern
(2002)
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Frank Obermaier
- Die Aufgaben räumlicher Politikbereiche gewinnen einen mehr und mehr handlungs-orientierten Charakter. Maßnahmen zur räumlichen Entwicklung erschöpfen sich nicht mehr allein in der Aufstellung von Programmen, Plänen und Entwicklungskon-zepten, sondern erweitern ihren Spielraum um die Umsetzung dieser Vorgaben in konkrete Projekte auf der unmittelbaren räumlichen Ebene der Regionen. Mit dieser verstärkten Handlungsorientierung ändern sich auch die Aufgabenbereiche der räumlichen Planung um die Aspekte des Regionalmanagements. Im Rahmen dieser Arbeit wird untersucht, wie Regionalmanagement als Programm der Landesentwick-lung im Freistaat Bayern gestaltet werden kann. Unter Rückgriff auf die Aussagen der policy-Forschung liegt die Intention der Arbeit darin, noch vor der Implementation Aussagen über die Programmgestaltung zu erarbeiten; eine notwendige Vorstufe vor der Implementation, die in bisherigen Arbeiten zu diesem Thema mehr oder weniger konsequent berücksichtigt wird. Diskutiert werden Programmformulierung und Implementation als Phasen des Poli-tikprozesses, die im Hinblick auf die Wirkungsweise politischer Programme geeignet zu verknüpfen sind. In diesem Zusammenhang ist auf die Bedeutung von Implemen-tationsträgern und -akteuren im Rahmen der Verknüpfung der Phasen hinzuweisen. Die zentrale These lautet daher, dass die für die Implementation des politischen Pro-gramms "Regionalmanagement" notwendigen Akteure, in diesem Falle die staatliche Ebene als Implementationsträger und Kommunen, Landkreise, regionale Planungs-verbände u.a. als mögliche Implementationsakteure bereits intensiv in die Phase der Programmformulierung einzubinden sind, um Regionalmanagement als politisches Programm implementationsfähig zu formulieren. Diesen Überlegungen folgend wer-den die Implementationsträger und -akteure während der Erarbeitung des Politikpro-gramms Regionalmanagement an geeigneten Stellen beteiligt. Die Frage, wie Regionalmanagement in verschiedenen europäischen Ländern ein-schließlich deutscher Bundesländer behandelt wird, zeigt, dass es keinen allgemein-gültigen Weg der Gestaltung von Regionalmanagement gibt. Zusammenfassend er-weisen sich kleinräumige Beispiele zwar als effiziente, querschnittsorientiert agieren-de und räumlich fest verankerte Modelle, allerdings mit hohen Abhängigkeiten von externen Finanzierungsquellen. Eine regionale Eigenfinanzierung ist demnach als mittel- bis langfristiges Ziel nach einer staatlichen Anschubleistung anzustreben. Die Rolle staatlicher Instanzen in regionalen Entwicklungsprozessen ist nach dem Stich-wort der "kommunal-staatlichen Partnerschaft" als partnerschaftlich, unterstützend und motivierend einzustufen. Die Analyse der bayerischen Regionalmanagement-Ansätze zeigt einmal mehr, dass Regionalmanagement auf der regionalen Ebene verankert sein muss. Gleichfalls ist aber auch die Verbindung zu Staatsministerien ein wichtiger Erfolgsfaktor, was für eine kommunal-staatliche Partnerschaft spricht. Weiterhin wird deutlich, dass Regionalmanagement nur funktionieren kann, wenn die dazu notwendigen Kompetenzen und finanziellen Ressourcen gesichert sind. Erst langfristig tragfähige Einrichtungen, die entsprechende Erfolge vorweisen und sich dadurch als Dienstleister für die Region ausweisen können, verhelfen dem Regio-nalmanagement zur notwendigen Akzeptanz und Leistungsfähigkeit. Eine strukturell-institutionelle Sichtweise für ein Regionalmanagement-Modell erwies sich in einer Gruppendiskussion mit den Implementationsträgern und -akteuren als nicht praktikabel. Vielmehr wurde für eine "funktionale" Betrachtungsweise plädiert. Mit einer funktionalen Betrachtungsweise wird Regionalmanagement institutionell freigestellt und die Vielfalt der Ansätze betont, bei gleichzeitiger erhöhter Umset-zungs- und Projektorientierung der Planungsebenen. Die Bilanzkonferenz 2000 zeigte mit ihrer "Aschaffenburger Erklärung" der bayerischen Räume mit Manage-mentstrukturen, dass der Vorschlag einer bayernweiten Dienstleistungseinheit - der Kern der Programmgestaltung - auch von Implementationsakteuren und -trägern unterstützt wird. Die empirische Vorgehensweise mit der Darstellung von good practices erlaubt den Einbezug von Erfahrungswissen in eine erste Formulierung des Politikprogramms Regionalmanagement. Die aktive Mitarbeit von Implementationsträgern und -akteuren erweist sich als vorteilhaft im Hinblick auf eine implementationsfähige For-mulierung des Politikprogramms Regionalmanagement. Schließlich führte diese Mit-arbeit auch zu einer hohen Akzeptanz, was sich in erster Linie in der Forderung nach der empfohlenen Dienstleistungseinheit in der Aschaffenburger Erklärung zeigte.
