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Nach Eickholz (2005) ist die bakterielle Plaque die notwendige, wenn auch nicht die alleinige Ursache für die Entwicklung der entzündlichen Zerstörung des Zahnhalteapparats bei Parodontitis. Die Plaque-Bakterien geben Stoffwechselprodukte ab, die zur Reizung des Zahnfleisches bis hin zur Zahnfleischentzündung mit einhergehenden Blutungen und der Bildung von Zahnfleischtaschen führen. Jeder Parodontitis geht immer eine Gingivitis voraus, während nicht jede Gingivitis zu einer Parodontitis führen muss (Löe et al. 1986). Der Entzündungsprozess kann sich auf den gesamten Zahnhalteapparat ausbreiten und letztendlich zum Zahnverlust führen (GABA 2005). Die Parodontalbehandlung stützt sich auf die Beseitigung oder zumindest auf die Verringerung der pathogenen Mikroorganismen. Dies erfolgt durch Kürettage und Wurzelglättung der Wurzeloberfläche. Die Effektivität der Parodontalbehandlung ist jedoch nur dann gesichert, wenn während der Nachsorgephase eine Patienten-Compliance gesichert ist. In der vorliegenden Studie werden relevante Daten aus den Patientendaten der Poliklinik für Parodontologie in Frankfurt am Main entnommen und zusammen mit den Daten einer aktuellen Untersuchung analysiert. Es sollte der Therapieerfolg in Abhängigkeit zur Compliance des Patienten bewertet werden. Die Ergebnisse der vorliegenden Studie lassen sich wie folgt zusammenfassen: Zur Nachuntersuchung hatten sich 76 Patienten (46 Frauen und 30 Männer) mit einem durchschnittlichen Alter von 63,5 Jahren zur aktuellen Untersuchung erneut vorgestellt. Diese Patienten waren vor 10 – 21 Jahren am Carolinum einer systematischer Parodontalbehandlung unterzogen worden. 32 Patienten (Testgruppe) hatten danach regelmäßig (1 - 2 x jährlich) am Recall teilgenommen, während 44 Patienten (Kontrollgruppe) nicht regelmäßig zum Recall erschienen waren. 12 der 76 Patienten waren Raucher. Als klinische Parameter dienten Zahnverlust, Approximalraum-Plaque-Index (API), Taschensondierungstiefe, Blutung nach Sondierung (BOP), sondierbare Furkationen und gingivale Rezessionen. Die Resultate ergeben, dass bei der Testgruppe 2,13 Zähne und bei der Kontrollgruppe 1,3 Zähne seit Therapiebeginn verloren wurden. Der durchschnittliche Zahnverlust aller Patienten betrug 1,65 Zähne. Betrachten wir nur die Raucher, so haben diese 3,08 Zähne pro Patient im Durchschnitt verloren. Der durchschnittliche API- Wert lag vor der Behandlung bei der Testgruppe bei 25%, nach 1 Jahr bei 31,9% und beim aktuellen Befund bei 41%. Die Kontrollgruppe hatte vor der Behandlung einen API von 24,6%, nach 1 Jahr 50,4% und beim aktuellen Befund 50,3%. Die durchschnittliche Sondierungstiefe wurde bei der Testgruppe ein Jahr nach Behandlung um 0,37 mm und bei der aktuellen Untersuchung um 0,87 mm reduziert. Bei der Kontrollgruppe wurde die durchschnittliche Sondierungstiefe nach dem ersten Jahr um 0,26 mm und zum aktuellen Befund um 0,34 mm gesenkt. Von Bedeutung ist die Beurteilung der Blutung nach Sondierung, welcher den Entzündungsgrad des Zahnhalteapparats widerspiegelt. Patienten der Testgruppe hatten im ersten Jahr nach Behandlung ihren durchschnittlichen BOP um 12,3% und zur aktuellen Untersuchung um weitere 10% auf 21,7% reduziert. Bei der Kontrollgruppe wurde der durchschnittliche BOP im ersten Jahr um 10,1% und zur aktuellen Untersuchung um weitere 5,5% auf 25,5% reduziert. Die sondierbaren Furkationen haben in beiden Gruppen zugenommen. Beim aktuellen Befund waren im Durchschnitt bei der Testgruppe 2,8 und bei der Kontrollgruppe 2,6 Parodontien sondierbar. Hinsichtlich der Rezessionen gab es bei der Test- und Kontrollgruppenpatienten keine Unterschiede. In beiden Gruppen hatte die Rezession im Durchschnitt auf einen Wert von 1 mm behandlungsbedingt zugenommen. Mit dieser Untersuchung konnte belegt werden, dass bei der Testgruppe ein besserer parodontaler Zustand (API, Taschentiefen, BOP) nach einer systematischen Parodontalbehandlung erzielt und erhalten werden konnte, als es bei der Kontrollgruppe, die nicht regelmäßig zum Recall erschien, der Fall war. Demnach kann dem am Carolinum praktizierten Recallsystem ein gewisser günstiger Einfluss auf die Zahn- und Parodontalgesundheit zugeschrieben werden. Man hätte sich Daten gewünscht, die diesen Effekt noch stärker untermauern. Es ist jedoch zu bedenken, dass alle Recall-Termine nur Momentaufnahmen des Patienten ergeben, die nichts darüber aussagen können, wie mundgesundheitsbewusst sich dieser Patient in der monatelangen Zeit zwischen seinen Zahnarztterminen verhält. Solange keine besseren Möglichkeiten der Einflussnahme seitens des Zahnarztes bestehen, muss deshalb das Recall-System mit seinen nachweisbaren (wenn auch bescheidenen) Erfolgen, als praktikable Methode hin zur besseren oralen Gesundheit angesehen werden.
Die Aufrechterhaltung des physiologischen Gleichgewichtes in einem mehrzelligen Organismus erfordert Mechanismen, welche die Balance zwischen der Toleranz gegenüber Selbst-Antigenen und der Auslösung einer Immunantwort ermöglichen. Diese Mechanismen werden unter dem Begriff periphere Toleranz zusammengefasst. Regulatorische T-Zellen (Treg) sind eine T-Zell-Subpopulation, die für periphere Toleranz und Homöostase des Immunsystems von großer Bedeutung sind (Powrie et al., 2003). Durch ihre suppressiven Eigenschaften sind Treg in der Lage, die Proliferation von konventionellen T-Zellen (Tcon) sowohl in vivo als auch in vitro zu hemmen und so eine Immunantwort von autoreaktiven TZellen einzudämmen. Für die Hemmung von Tcon in vitro wird der direkte Zellkontakt zwischen Treg und Tcon benötigt (Thornton und Shevach, 1998). Der molekulare Mechanismus humaner Treg ist bislang jedoch nur unzureichend geklärt. In der hier vorgestellten Forschungsarbeit wurden TZR-abhängige Signaltransduktionskaskaden analysiert, um den molekularen Mechanismus humaner Treg sowohl auf Ebene der Treg als auch auf Ebene der gehemmten Tcon zu entschlüsseln. Hierzu wurden im Rahmen der hier beschriebenen Experimente in unserer Abteilung die ex vivo Isolation und die in vitro Expansion humaner Treg etabliert. Mit Hilfe sensitiver Analysemethoden der TZR-abhängigen Signaltransduktionskaskaden konnte für humane Treg gezeigt werden, dass sie nach Stimulation über ihren TZR einen geringeren Ca2+-Einstrom im Vergleich zu dem in Tcon aufweisen. Ein weiteres Ergebnis der hier vorliegenden Arbeit ist, dass Treg im Zuge ihrer Aktivierung eine geringere Phosphorylierung einiger, für die TZR-induzierte-Signalkaskade relevante Signalmoleküle wie ERK1/2 und p38MAPK aufweisen. Für gehemmte Tcon aus der Kokultur mit humanen Treg wurde in dieser Forschungsarbeit ein zu Kontroll-Tcon vergleichbarer Ca2+-Einstrom detektiert. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen außerdem, dass Tcon aus der Kokultur mit Treg eine verringerte Phosphorylierung der Signalmoleküle ERK1/2 und p38MAPK aufweisen. Die hier veröffentlichten Ergebnisse ermöglichen einen ersten Einblick in die molekulare Signaltransduktion von humanen Treg und zum ersten Mal auch in die von gehemmten Tcon. Dieses Verständnis stellt eine Grundlage für weitere Experimente dar und ermöglicht einen Schritt in Richtung der vollständigen Entschlüsselung des molekularen Mechanismus humaner Treg, die eine Voraussetzung für den therapeutischen Einsatz dieser Zellen ist. Eine weitere Zielsetzung dieser Arbeit war es, den Einfluss apoptotischer Zellen auf die Immunantwort zu untersuchen. Für die Gewebehomöostase mehrzelliger Organismen ist die effiziente und immunologisch unauffällige Eliminierung apoptotischer Zellen unabdingbar (Fadok et al., 1998; Lauber et al., 2004; Skoberne et al., 2005; Steinman und Nussenzweig, 2002). Im Rahmen der hier erläuterten Experimente wurden in vitro Studien durchgeführt, die einen inhibierenden Effekt apoptotischer Zellen auf die Reifung humaner dendritischer Zellen zeigen. Es konnte bestätigt werden, dass dendritische Zellen nach Phagozytose apoptotischer Zellen weniger proinflammatorische Moleküle sekretieren und eine geringere Oberflächenexpression kostimulatorischer Moleküle aufweisen. Nach Etablierung zweier in vitro Modellsysteme wurde in weiteren Experimenten gezeigt, dass T-Zellen durch dendritische Zellen, die zuvor apoptotische Zellen aufgenommen haben, eine geringere Stimulation erfahren. Diese Ergebnisse deuten auf einen anti-stimulatorischen Effekt dendritischer Zellen, die zuvor apoptotische Zellen aufgenommen haben hin, und sie bilden die Basis für eine anschließende in vitro Analyse der molekularen Auswirkungen auf dendritische Zellen und T-Zellen.
Zielsetzung: Diese Arbeit zielte darauf, am selben Patienten das diagnostische Potential von kontrastmittelangereicherter MDCT und MRT mit Kontrastmittel bei Kopf-Hals-Tumoren zu evaluieren und zu vergleichen. Materialien und Methoden: 54 Patienten wurden am MDCT (Somatom Plus, Volume Zoom oder Sensation, Siemens, Erlangen) in axialer Ebene mit einer Schichtkollimation von 4×1 mm untersucht. Multiplanare Rekonstruktionen mit einer Schichtdicke von 3 mm wurden in koronarer und sagittaler Ebene erstellt. Alle Patienten willigten in eine zusätzliche MRT-Untersuchung ein. Im MRT wurden in axialer und koronarer Ebene native T2- und T1-gewichtete Sequenzen, eine T1-gewichtete kontrastmittelangereichte Sequenz in koronarer Orientierung, sowie eine T1-gewichtete fettunterdrückte Sequenz in axialer Schichtung erstellt. Sagittale T1-gewichtete Sequenzen waren optional. Die CT und MRT aller 54 Patienten wurden von zwei erfahrenen Radiologen anhand von definierten Kriterien ausgewertet. Ergebnisse: Die MRT war der CT in der Ermittlung der Tumorinfiltration (p<0,001), der Einschätzung des Pathologieausmaßes (p<0,001) und in der Gewebedifferenzierung (p<0,001) signifikant überlegen. In der MRT wurden alle Tumoren im TNM–System korrekt eingestuft. In der CT wurden drei Tumoren zu niedrig eingestuft und außerdem eine Lymphknotenmetastase übersehen. Zahnartefakte erschienen in der CT in 74% (40/54) aller Untersuchungen und schränkten die Beurteilbarkeit in 30% (12/40) ein; ein Tumor konnte nicht diagnostiziert werden, da er komplett von Zahnartefakten überlagert wurde. In der MRT dagegen erschienen Zahnartefakte in 28% (15/54) der Untersuchungen, wovon nur 7% (1/15) in ihrem diagnostischen Wert beeinträchtigt waren. In der MRT tauchten Bewegungs- oder Schluckartefakte in relevanten Sequenzen in 26% (14/54) der Untersuchungen auf. Daneben gab es 13 andere unkooperative Patienten, bei denen die Bewegungsartefakte jedoch in unrelevanten Sequenzen erschienen. Nur eine CT-Untersuchung enthielt Bewegungsartefakte. Pulssationsartefakte in der MRT und Aufhärtungsartefakte in der CT hatten lediglich einen gering störenden Effekt. In der CT traten zwar in 48% (26/54) der Untersuchungen Aufhärtungsartefakte auf, wovon aber nur 23% (6/26) an diagnostischem Wert verloren. In der MRT traten Pulssationsartefakte in 69% (37/54) auf, wovon 19% (7/37) in ihrer Beurteilbarkeit beeinträchtigt waren. Unter Berücksichtigung aller Faktoren war die MRT der CT in 57% (31/54) überlegen, wobei die CT die MRT nur in 15% (8/54) übertraf. In den restlichen 15 Fällen (28%) waren CT und MRT gleichwertig. Schlussfolgerung: Native und kontrastmittelangereicherte MRT sind der kontrastmittelangereicherten MDCT mit sekundären Rekonstruktionen in der Evaluierung der T-Klassifikation und Kontrastierung überlegen. Die MRT war der CT statistisch signifikant überlegen in der Einschätzung der Tumorinfiltration, der Gewebedifferenzierung und des Pathologieausmaßes. Die Kontrastmittelangereichte MDCT dagegen ist die optimale Alternative für unkooperative Patienten.
Hintergrund: Bei der Psoriasis handelt es sich um eine chronisch entzündliche Hauterkrankung, die bei 2 % der Bevölkerung auftritt. Da chronisch entzündliche Prozesse arteriosklerotische Veränderungen mitverantworten, interessierte uns in dieser Studie, wie ausgeprägt der koronare arterielle Gefäßkalk (CAC) bei Patienten mit Psoriasis im Vergleich zu einer Kontrollgruppe ist. Methode: Zwischen den Jahren 2000 und 2004 wurden 32 Patienten mit einer langjährigen und schweren Form der Psoriasis identifiziert und einer gesunden Kontrollgruppe nach dem „matched Pair“ Prinzip unter Berücksichtigung des Patientenalters, Geschlecht und bekannter kardiovaskulärer Risikofaktoren gegenübergestellt. Zuvor hatten sich alle Psoriasis Patienten und Kontrollpatienten einer multidetector-row computed tomography (MDCT) unterzogen, um die Quantität des CAC festlegen zu können. Die Patienten dieser Studie hatten keine zurückliegende oder gegenwärtig bestehende kardiovaskuläre Erkrankung. Ergebnisse: Patienten mit Psoriasis und die Kontrollpatienten konnten erfolgreich hinsichtlich der Parameter Alter, Geschlecht, Nikotinabusus, Diabetes, Body Mass Index, Cholesterin und Triglyzeride gegenübergestellt werden, die familiäre Disposition hinsichtlich bekannter kardiovaskulärer Erkrankungen wurde nicht in diese Studie eingebracht, da ein Ungleichgewicht mit Mehrheit seitens der Kontrollpatienten auftrat. Prävalenz und Quantität des CAC waren bei den Psoriasis Patienten deutlich höher. (Prävalenz: 59,4% vs. 28.1%). Die Gegenüberstellung aller untersuchten kardiovaskulären Risikofaktoren zeigte, dass Psoriasis die stärkste Fraktion bildet. Der mittlere CAC bei den Psoriasis Patienten betrug 3.7 gegenüber 0 bei den Kontrollpatienten (p=0.019 Mann-Whitney Rank Sum test). Interpretation: Psoriasis erhöht das Risiko zur Entstehung einer KHK. Mögliche Ursache ist der systemische Charakter der chronisch entzündlichen Psoriasis. Zukünftige Studien müssen zeigen, ob eine konsequente antiinflammatorische Therapie der Psoriasis zu einer Senkung des kardiovaskulären Erkrankungsrisikos führt.
Fragestellung: In zahlreichen Studien wurden die Regulationsmechanismen der endothelialen NO-Synthase aufgedeckt und untersucht. Neben vielen Faktoren, die bei der Aktivierung eine Rolle spielen, kommt der Phosphorylierung einzelner Aminosäuren des Proteins eine besondere Bedeutung zu. In dieser Arbeit werden die Aminosäure Threonin 495 und Serin 1177 untersucht mit der speziellen Fragestellung nach einer synergistischen Wirkung. Zielsetzung: Unter der Annahme, dass sowohl die Dephosphorylierung an Thr 495 als auch die Phosphorylierung an Ser 1177 zur Aktivierung der eNOS beitragen, wurde eine eNOS-Mutante untersucht, die an Thr 495 antiphosphomimetisch und an Ser 1177 phosphomimetisch substituiert wurde. Diese wurde in Bezug auf die Relaxationsfähigkeit mit dem Wildtyp der eNOS und einer eNOS verglichen, die ausschliesslich an Ser 1177 phosphomimetisch substituiert wurde. Material und Methoden: Für die Experimente wurden Knock-out-Mäuse verwendet deren Endothelzellen keine NO-Synthase exprimiert. Mit Hilfe eines Adenovirus als Vektor wurden die Endothelzellen der Arteria Carotis mit den entsprechenden eNOS Mutanten transfiziert. Im Organbad konnte das intakte Gefäß unter physiologischen Bedingungen auf die Reaktion nach Gabe von vasoaktiven Substanzen untersucht werden. Ergebnisse : Mit Hilfe der entwickelten Methode ist es möglich, die Relaxationsfähigkeit von Gefäßen aus eNOS-Knock-out-Mäusen wieder vollständig herzustellen. Im Relaxationsverhalten nach Stimulation mit Acetylcholin zeigten Gefäße, die jeweils mit einer der drei eNOS-Mutanten transfiziert waren, keinen großen Unterschied. Zur Vorspannung der Gefäße wurde jedoch deutlich mehr Phenylephrin benötigt bei den Gefäße, die mit der T495A/S1177D eNOS transfiziert waren. Nach Hemmung mit L-NAME kontrahierten diese Gefäße am stärksten und sie zeigten auch die höchste intazelluläre Konzentration basalen cGMPs im RIA. Schlussfolgerung : Die alleinige Phosphorylierung von Serin 1177 führt nicht zu einer vollständigen Aktivierung der eNOS, während eine Phosphorylierung an Serin 1177 in Kombination mit einer Dephosphorylierung von Threonin 495 die NO Produktion steigert und diese Endothelzellen basal hohe Konzentrationen an NO enthalten.
Ziel: Das Ziel der vorliegenden Studie war es, die Durchführbarkeit und die Sicherheit des perkutanen Verschlusses des linken Vorhofohres mit dem PLAATO™ System (ev3 Inc., Plymouth, Minnesota, USA) zu beurteilen. Einleitung: Patienten mit Vorhofflimmern haben ein fünffach erhöhtes Risiko, einen Schlaganfall zu erleiden. Verschiedene Studien haben gezeigt, dass bei Patienten mit nicht-rheumatischem Vorhofflimmern mehr als 90% der linksatrialen Thromben ihren Ursprung im linken Vorhofohr haben. Der transvenöse Verschluss des linken Vorhofohres ist ein neuer Ansatz, um embolische Ereignisse in diesen Patienten zu verhindern. Methodik: Innerhalb einer prospektiven, multi-zentrischen Studie wurde bei 111 Patienten (Alter 71 ± 9 Jahre) versucht, das linken Vorhofohr zu verschließen. Alle Patienten hatten eine Kontraindikation für eine lebenslange Antikoagulation und mindestens einen weiteren Schlaganfallrisikofaktor. Der primäre Endpunkt war das Auftreten eines Schlaganfalls, Tod kardialer oder neurologischer Ursache, das Auftreten eines Herzinfarkts oder das Erfordernis einer kardiovaskulären Operation, das mit dem Eingriff unmittelbar in Zusammenhang stand, innerhalb des ersten Monats nach Implantationsversuch. Ergebnisse: Die Implantation war bei 108 der 111 Patienten (97,3%, 95% Konfidenzinterval [KI]: 92,3%-99,4%), die insgesamt 113 Eingriffe unterliefen, erfolgreich. Bei einem Patienten (0,9%, 95% KI: 0,02%-4,9%) war eine kardiovaskuläre Operation erforderlich. Derselbe Patient verstarb während seines Krankenhausaufenthalts an einer neurologischen Ursache. Bei drei weiteren Patienten wurde eine Perikardpunktion aufgrund eines Hämoperikards durchgeführt. Die durchschnittliche Nachuntersuchungszeit betrug 9,8 Monate. Zwei Patienten erlitten einen Schlaganfall. Weder eine Dislokation des Verschlusssystems, noch ein mobiler Thrombus wurden ein und sechs Monate nach Systemimplantation im transösophagealen Ultraschall beobachtet. Schlussfolgerung: Der Verschluss des linken Vorhofohres durch das PLAATO™ System ist eine neuartige Methode, die unter Inkaufnahme eines vertretbaren Risikos durchgeführt werden kann. Möglicherweise wird dieses Verfahren in Zukunft eine alternative Behandlungsmethode bei Patienten mit Vorhofflimmern und einer Kontraindikation für eine lebenslange Antikoagulation darstellen.
Concentration of multivariate random recursive sequences arising in the analysis of algorithms
(2006)
Stochastic analysis of algorithms can be motivated by the analysis of randomized algorithms or by postulating on the sets of inputs of the same length some probability distributions. In both cases implied random quantities are analyzed. Here, the running time is of great concern. Characteristics like expectation, variance, limit law, rates of convergence and tail bounds are studied. For the running time, beside the expectation, upper bounds on the right tail are particularly important, since one wants to know large values of the running time not taking place with possibly high probability. In the first chapter game trees are analyzed. The worst case runnig time of Snir's randomized algorithm is specified and its expectation, asymptotic behavior of the variance, a limit law with uniquely characterized limit and tail bounds are identified. Furthermore, a limit law for the value of the game tree under Pearl's probabilistic modell is proved. In the second chapter upper and lower bounds for the Wiener Index of random binary search trees are identified. In the third chapter tail bounds for the generation size of multitype Galton-Watson processes (with immigration) are derived, depending on their offspring distribution. Therefore, the method used to prove the tail bounds in the first chapter is generalized.
Integral membrane proteins (IMPs) account for 20-40% of all open reading frames in fully sequenced genomes and they are target of approximately 60% of all modern drugs. So far, cellular expression systems are often very insufficient for the high-level production of IMPs. Toxic effects, instability or formation of inclusion bodies are frequently observed effects that prevent the synthesis of sufficient amounts of functional protein. I have successfully established an individual cell-free (CF) expression system to overcome these IMP synthesis difficulties. The CF system was established in two different expression modes. If no hydrophobic compartment is provided, the IMPs precipitate in the reaction mixture. Interestingly, these insoluble proteins are found to differ from inclusion bodies as they readily solubilize in mild detergents and the bacterial small multi drug transporter EmrE, expressed in the insoluble mode was shown to reconstitute into liposomes in an active form. Alternatively, IMPs can be synthesized in a soluble way by supplementing the CF system with detergents. A comprehensive overview of 24 commonly used detergents was provided by analyzing their impact on the CF system as well as their ability to keep three structurally very different proteins in solution. The class of long chain polyoxyethylene-alkyl-ethers turned out to be most suitable for soluble expression of a-helical EmrE, the bacterial b-barrel type nucleoside transporter Tsx and the porcine vasopressin receptor type 2, resulting in several mg of protein per mL of reaction mixture. So far IMPs have almost completely been excluded from solution nuclear magnetic resonance (NMR) analyses. I could demonstrate that CF expression enables efficient isotopic labeling of IMPs for NMR analysis and further facilitates selective labeling strategies with combinations of 13C and 15N enriched amino acids that have not been feasible before. Four different G-protein coupled receptors (GPCRs) were successfully CF expressed in preparative scale and for the human endothelin B receptor (ETB), ligand binding ability was observed. A series of truncated ETB derivatives containing nested terminal deletions have been CF produced and functionally characterized. The core area essential for Endothelin-1 binding as well as a central region responsible for ETB oligomer formation was confined to a 39 amino acid fragment including the proposed transmembrane segment 1. The binding constant (KD) of ETB was determined to 6 nM for circular ET-1 by SPR and 29 nM for linear ET-1 by TIRFS. This data indicate a large potential of the established individual CF expression system for functional IMP synthesis.
The dissertation collects four self-contained essays which contribute to the literature on wage structures, heterogeneous labor demand, and the impact of trade unions. The first paper provides a detailed description of the evolution of wage inequality in East and West Germany in the late years of the twentieth century. In contrast to previous decades, wage inequality has been rising in several dimensions during that period. The second paper identifies cohort effects in the evolution of both wages and employment. Observed structures are consistent with a labor demand framework that incorporates steady skill-biased technical change. Substitutability between skill and age groups in the German labor market is found to be relatively high. Simulations based on estimated elasticities of substitution illustrate that higher wage dispersion between skill groups would have contributed to a reduction in unemployment. The third paper estimates determinants of individual union membership decisions and studies the erosion of union density in East and West Germany. Using corresponding predictions of net union density, the fourth paper analyzes the link between union strength and the structure of wages. A higher union density is associated with lower residual wage dispersion, reduced skill wage differentials, and a lower wage level. This finding is in line with an insurance motive for union action. The thesis comprises the following articles: (1) “Rising Wage Dispersion, After All! The German Wage Structure at the Turn of the Century,” IZA Discussion Paper 2098, April 2006. (2) “Skill Wage Premia, Employment, and Cohort Effects: Are Workers in Germany All of the Same Type?”, IZA Discussion Paper 2185, June 2006, joint with Bernd Fitzenberger. (3) “The Erosion of Union Membership in Germany: Determinants, Densities, Decompositions,” IZA Discussion Paper 2193, July 2006, joint with Bernd Fitzenberger and Qingwei Wang. (4) “Equal Pay for Equal Work? On Union Power and the Structure of Wages in West Germany, 1985–1997,” translation of “Gleicher Lohn für gleiche Arbeit? Zum Zusammenhang zwischen Gewerkschaftsmitgliedschaft und Lohnstruktur in Westdeutschland 1985–1997,” Zeitschrift für Arbeitsmarkt-Forschung, 38 (2/3), 125-146, joint with Bernd Fitzenberger, 2005.
Adenosintriphosphat (ATP) als universelles Energieäquivalent der Zelle wird durch die oxidative Phosphorylierung synthetisiert, bei der Elektronen entlang des elektrochemischen Gefälles der Atmungskette über verschiedene Redoxkomplexe transferiert und durch die chemiosmotische Kopplung Protonen über die Membran gepumpt werden. Der Protonengradient wird dann von der ATP-Synthase genutzt, um ADP zu ATP zu phosphorylieren. Zentraler Redoxkomplex der Atmungskette vieler Pro- und Eukaryonten ist der bc1-Komplex, der Elektronen von Ubichinol auf Cytochrom c überträgt, von wo sie nachfolgend auf die Cytochrom c-Oxidase transferiert werden. Das mesophile Bodenbakterium Paracoccus denitrificans wird als Modellsystem für den mitochondrialen Elektronentransfer (ET) verwendet, da es eine aerobe Atmungskette exprimiert, die der mitochondrialen homolog ist, allerdings einen wesentlich einfacheren Aufbau der einzelnen Redoxkomplexe aufweist. Auch Thermus thermophilus als extrem thermophiles Bakterium bildet eine vergleichbare aerobe Atmungskette aus, wobei deren Proteine allerdings eine hohe Thermostabilität aufweisen, wodurch sie in das Interesse der Forschung gerückt sind. Ziel dieser Arbeit war die funktionelle Charakterisierung des ET zwischen Komplex III und IV der Atmungsketten von P. denitrificans und T. thermophilus, die aufgrund ihrer mesophilen und thermophilen Eigenschaften unterschiedliche Mechanismen in der Wechselwirkung ihrer Redoxproteine aufweisen. Es wurden lösliche Redoxfragmente verwendet, um anhand von Mutagenesestudien, Stopped-Flow (SF)- und Laserflash-Kinetiken (LF) unter pre-steady state-Bedingungen sowie FRET-Experimenten den ET zu untersuchen. Für die LF-Experimente wurde eine photoaktive Rutheniumverbindung kovalent an Cyt c552 gekoppelt, durch die bei Laseranregung das Häm photooxidiert und dadurch der ET von einem reduzierten Redoxpartner induziert werden kann. Die Strukturdaten des bc1/Cyt c-Cokomplexes aus Hefe zeigen, dass direkte Kontakte zwischen Cyt c1 und Cyt c durch unpolare Wechselwirkungen und eine zentrale Kation-p-Interaktion vermittelt werden. Daher wurden anhand von Sequenz- und Struktur-alignments äquivalente Aminosäurepositionen im Paracoccus Cyt c1 identifiziert, die an der Wechselwirkung zu Cyt c552 beteiligt sein könnten. Diese wurden durch gerichtete Mutagenese in ihrem Raumvolumen, ihrer Polarität oder Ladung variiert und in kinetischen Studien untersucht. Für die LF-Kinetiken sowie für die FRET-Experimente wurden Oberflächen-Cysteinmutanten des Cyt c1 bzw. c552 generiert, über deren SH-Gruppen kovalent der Rutheniumkomplex bzw. Fluorophore gekoppelt werden konnten. Die ET-Reaktion zeigt zwei Phasen in Abhängigkeit von der Ionenstärke. Bei niedrigen Ionenstärken ergeben sich Geschwindigkeitskonstanten von 109 M -1s-1 und eine geringe Ionenstärkeabhängigkeit (etwa eine effektive Ladung), wohingegen bei Ionenstärken ab 35 mM 2-3 effektive Ladungen pro Redoxpartner beteiligt sind und bimolekulare Geschwindigkeitskonstanten von 107 bis 109 M-1s-1 erhalten werden. Diese Ergebnisse deuten auf die Bildung eines Encounter-Komplexes bei niedrigen Ionenstärken hin, der ein Ensemble verschiedener Distanzen und relativer Orientierungen der Redoxpartner zueinander darstellt. Diese Annahme wurde ebenfalls durch FRET-Experimente bestätigt, durch die selbst bei niedrigen Ionenstärken keine definierten Abstände erhalten werden konnten. Die Geschwindigkeitskonstanten der bimolekularen Reaktion weisen auf einen diffusionskontrollierten Prozess hin, an dem 2 bis 3 effektive Ladungen an der elektrostatischen Annäherung der beiden Redoxpartner beteiligt sind. Diese Ergebnisse werden durch vorherige kinetische Untersuchungen und EPR-Studien des ET von Cyt c552 zum CuA-Fragment der aa3-Oxidase bekräftigt, für den die gleiche Anzahl effektiver Ladungen und die Bildung eines Encounter-Komplex gefunden wurden. Lediglich c1-Mutanten, deren variierte Aminosäuren sich direkt oberhalb der Hämspalte und in der Sequenz um bzw. innerhalb des Hämbindemotivs befinden, bewirken eine Verlangsamung der Gesamtreaktion und ein leicht verändertes Ionenstärkeverhalten, das auf eine leicht verschobene Interaktionsfläche hindeutet. Es wurde durch Sequenz- und Strukturalignments kein aromatischer Rest in direkter Nähe der entsprechenden Position im Paracoccus Cyt c1 gefunden, der wie im Hefekomplex eine stabilisierende Kation-p-Interaktion zwischen den Redoxpartnern vermittelt. Zur Untersuchung des ET zwischen Komplex III und Komplex IV aus T. thermophilus wurde die hydrophile Cytochrom c-Domäne der caa3-Oxidase in Analogie zum Paracoccus-System als lösliches Redoxfragment kloniert, heterolog exprimiert und charakterisiert. Dieses Fragment wurde in SF-Studien eingesetzt, um den ET zu seinen potentiellen Redoxpartnern Cyt cbc des bc-Komplexes und Cyt c552 zu charakterisieren. Es konnte gezeigt werden, dass das ccaa3-Fragment Elektronen von beiden Redoxpartnern empfängt, wobei die ET-Reaktion mit Cyt c552 so schnell verläuft, dass sie durch SF-Techniken nur schlecht aufgelöst und lediglich eine Größenordnung der Geschwindigkeitskonstanten abgeschätzt werden kann (kon ~ 1010 M-1s-1). Die Reaktion mit Cyt cbc verläuft auch noch schnell (kon = 108-109 M-1s-1) und ist nahezu unabhängig von der Ionenstärke, was eine hydrophobe Wechselwirkung zwischen beiden Redoxpartnern bestätigt. Die Ergebnisse deuten erstmals darauf hin, dass ein ET direkt zwischen zwei Redoxproteinkomplexen (bc-Komplex und caa3-Oxidase) stattfindet, ohne dass ein Elektronenüberträger (wie z. B. Cyt c552) zwischengeschaltet ist. Um die Übertragbarkeit der Erkenntnisse, die hier über den ET an löslichen Redoxfragmenten gewonnen wurden, in einem Proteinkomplex zu verifizieren, wurde ein bc1-Komplex verwendet, in dem die für P. denitrificans einzigartige saure Cyt c1-Domäne deletiert ist. Der Komplex wurde für eine erleichterte Aufreinigung mit einem His-tag versehen, homolog exprimiert und erste Aufreinigungs- und Charakterisierungsschritte unternommen. Er soll zukünftig eingesetzt werden, um die Mutationen des löslichen c1-Fragmentes in den Komplex zu überführen und die Mutanten kinetisch mittels pre-steady state- und steady state-Techniken im Vergleich zum bc1WT-Komplex zu untersuchen, ohne dass die Effekte der Punktmutationen durch die hohe negative Ladungsdichte der sauren Domäne überlagert werden.