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A graph theoretical approach to the analysis, comparison, and enumeration of crystal structures
(2008)
As an alternative approach to lattices and space groups, this work explores graph theory as a means to model crystal structures. The approach uses quotient graphs and nets - the graph theoretical equivalent of cells and lattices - to represent crystal structures. After a short review of related work, new classes of cycles in nets are introduced and their ability to distinguish between non-isomorphic nets and their computational complexity are evaluated. Then, two methods to estimate a structure’s density from the corresponding net are proposed. The first uses coordination sequences to estimate the number of nodes in a sphere, whereas the second method determines the maximal volume of a unit cell. Based on the quotient graph only, methods are proposed to determine whether nets consist of islands, chains, planes, or penetrating, disconnected sub-nets. An algorithm for the enumeration of crystal structures is revised and extended to a search for structures possessing certain properties. Particular attention is given to the exclusion of redundant nets and those, which, by the nature of their connectivity, cannot correspond to a crystal structure. Nets with four four-coordinated nodes, corresponding to sp3 hybridised carbon polymorphs with four atoms per unit cell, are completely enumerated in order to demonstrate the approach. In order to render quotient graphs and nets independent from crystal structures, they are reintroduced in a purely graph-theoretical way. Based on this, the issue of iso- and automorphism of nets is reexamined. It is shown that the topology of a net (that is the bonds in a crystal) constrains severely the symmetry of the embedding (that is the crystal), and in the case of connected nets the space group except for the setting. Several examples are studied and conclusions on phases are drawn (pseudo-cubic FeS2 versus pyrite; α- versus β- quartz; marcasite- versus rutile-like phases). As the automorphisms of certain quotient graphs stipulate a translational symmetry higher than an arbitrary embedding of the corresponding net would show, they are examined in more detail and a method to reduce the size of such quotient graphs is proposed. Besides two instructional examples with 2-dimensional graphs, the halite, calcite, magnesite, barytocalcite, and a strontium feldspar structures are discussed. For some of the structures it is shown that the quotient graph which is equivalent to a centred cell is reduced to a quotient graph equivalent to the primitive cell. For the partially disordered strontium feldspar, it is shown that even if it could be annealed to an ordered structure, the unit cell would likely remain unchanged. For the calcite and barytocalcite structures it is shown that the equivalent nets are not isomorphic.
Eine große Anzahl pharmakologischer und klinischer Studien zeigt die Wirksamkeit des standardisierten Ginkgo biloba Extraktes EGb 761 bei vaskulären und kognitiven Stö-rungen, wie der Alzheimer-Krankheit, der vaskulären Demenz und der peripheren arte-riellen Verschlusskrankheit. Experimentelle Ergebnisse weisen darauf hin, dass Terpen-laktone und Flavonolglykoside für die meisten pharmakologischen Wirkungen von EGb 761 verantwortlich sind. Allerdings gibt es wenige Studien, die die orale Biover-fügbarkeit von Terpenlaktonen und besonders von Flavonolglykosiden aus Ginkgo bilo-ba im Blut oder Zentralnervensystem untersuchten. Deshalb wurde in dieser Arbeit die Fähigkeit der Flavonoidglykosiden bzw. deren Metaboliten die Blut-Hirn-Schranke zu überwinden im Tierversuch an männlichen Sprague-Dawley-Ratten erforscht. Unter-sucht wurden dabei orale Einfach- und Mehrfachgaben von EGb 761 über einen Zeit-raum von 8 Tagen in den Dosierungen 100 bzw. 600 mg Extrakt pro kg Körpergewicht. Zusätzlich wurde die Verteilung der Ginkgoflavonolmetabolite in den unterschiedlichen Bereichen des Gehirns untersucht (Hippocampus, frontaler Cortex, Striatum und Klein-hirn). Zu diesem Zweck wurde eine HPLC-Fluoreszenzmethode für die Ermittlung der Plasma- und Gehirnkonzentrationen der Flavonoidmetaboliten (Derivate von Quercetin, Kämpferol und Isorhamnetin) entwickelt und validiert. In beiden Studien (Einfach- und Mehrfachgabe) wurden Flavonoidmetaboliten im Plasma und im Gehirn nachgewiesen. Dabei wurden Metaboliten in allen untersuchten Gehirnbereichen gefunden. Bei der Dosierung von 100 mg/kg war Kämpferol vorzugsweise im frontalen Cortex lokalisiert, während die anderen Flavonole in allen Regionen vergleichbare Konzentrationen auf-wiesen. Bei der höheren Dosierung von 600 mg/kg waren die Konzentrationen der Fla-vonolmetaboliten in allen Gehirnbereichen vergleichbar. Obgleich die vier untersuchten Gehirnbereiche nur 38% des gesamten Gehirns darstellten, wurden die meisten Gink-goflavonole in diesen Regionen gefunden. Im übrigen Gehirngewebe wurden nur be-grenzte Mengen von Flavonolen nachgewiesen. Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass es erstmalig gelungen ist, im Tier-versuch die Bioverfügbarkeit einer der therapeutisch aktiven Substanzklassen von Ginkgo biloba - die Flavonoide - sowohl im Plasma als auch im ZNS nachzuweisen.
In this work data of the NA49 experiment at CERN SPS on the energy dependence of multiplicity fluctuations in central Pb+Pb collisions at 20A, 30A, 40A, 80A and 158A GeV, as well as the system size dependence at 158A GeV, is analysed for positively, negatively and all charged hadrons. Furthermore the rapidity and transverse momentum dependence of multiplicity fluctuations are studied. The experimental results are compared to predictions of statistical hadron-gas and string-hadronic models. It is expected that multiplicity fluctuations are sensitive to the phase transition to quark-gluon-plasma (QGP) and to the critical point of strongly interacting matter. It is predicted that both the onset of deconfinement, the lowest energy where QGP is created, and the critical point are located in the SPS energy range. Furthermore, the predictions for the multiplicity fluctuations of statistical and string-hadronic models are different, the experimental data might allow to distinguish between them. The used measure of multiplicity fluctuations is the scaled variance omega, defined as the ratio of the variance and the mean of the multiplicity distribution. In the NA49 experiment the tracks of charged particles are detected in four large volume time projection chambers (TPCs). In order to remove possible detector effects a detailed study of event and track selection criteria is performed. Naively one would expect Poisson fluctuations in central heavy ion collisions. A suppression of fluctuations compared to a Poisson distribution is observed for positively and negatively charged hadrons at forward rapidity in Pb+Pb collisions. At midrapidity and for all charged hadrons the fluctuations are larger than the Poisson ones. The fluctuations seem to increase with decreasing system size. It is suggested that this is due to increased relative fluctuations in the number of participants. Furthermore, it was discovered that omega increases for decreasing rapidity and transverse momentum. A hadron-gas model predicts different values of omega for different statistical ensembles. In the grand-canonical ensemble, where all conservation laws are fulfilled only on the average, not on an event-by-event basis, the predicted fluctuations are the largest ones. In the canonical ensemble the charges, namely the electrical charge, the baryon number and the strangeness, are conserved for each event. The scaled variance in this ensemble is smaller than for the grand-canonical ensemble. In the micro-canonical ensemble not only the charges, but also the energy and the momentum are conserved in each event, the predicted $omega$ is the smallest one. The grand-canonical and canonical formulations of the hadron-gas model over-predict fluctuations in the forward acceptance. In contrast to the experimental data no dependence of omega on rapidity and transverse momentum is expected. For the micro-canonical formulation, which predicts small fluctuations in the total phase space, no quantitative calculation is available yet for the limited experimental acceptance. The increase of fluctuations for low rapidities and transverse momenta can be qualitatively understood in a micro-canonical ensemble as an effect of energy and momentum conservation. The string-hadronic model UrQMD significantly over-predicts the mean multiplicities but approximately reproduces the scaled variance of the multiplicity distributions at all measured collision energies, systems and phase-space intervals. String-hadronic models predict for Pb+Pb collisions a monotonous increase of omega with collision energy, similar to the observations for p+p interactions. This is in contrast to the predictions of the hadron-gas model, where omega shows no energy dependence at higher energies. At SPS energies the predictions of the string-hadronic and hadron-gas models are in the same order of magnitude, but at RHIC and LHC energies the difference in omega in the full phase space is much larger. Experimental data should be able to distinguish between them rather easily. Narrower than Poissonian (omega < 1) multiplicity fluctuations measured in the forward kinematic region (1<y(pi)<y_{beam}) can be related to the reduced fluctuations predicted for relativistic gases with imposed conservation laws. This general feature of relativistic gases may be preserved also for some non-equilibrium systems as modeled by the string-hadronic approaches. A quantitative estimate shows that the predicted maximum in fluctuations due to a first order phase transition from hadron-gas to QGP is smaller than the experimental errors of the present experiment and can therefore neither be confirmed nor disproved. No sign of increased fluctuations as expected for a freeze-out near the critical point of strongly interacting matter is observed.
In the first part of this study, we have identified the two steroid hormones progesterone and norgestimate as novel TRPC channel blockers. Both substances blocked TRPC-mediated Ca2+ influx with micromolar activities in fluorometric measurements. TRPC channel inhibition did not seem to be a general steroid effect since another progestin, the norgestimate metabolite levonorgestrel, was not effective. Norgestimate was 4- to 5-fold more active on the TRPC3/6/7 subfamily compared to TRPC4/5, whereas progesterone was similarly potent. This selectivity of norgestimate was confirmed by patch clamp recordings. As norgestimate blocked channels directly gated by DAG with a fast kinetic, we assume the compound acts on the channel protein itself. This view was further substantiated by the lack of effects on IP3R-mediated Ca2+ release from the endoplasmic reticulum, which is activated in parallel with TRPCs by Gq/11-coupled receptor stimulation. Norgestimate did not only block ectopically expressed TRPC channels but also native, TRPC-mediated currents in rat aortic smooth muscle cells with similar activity. The usefulness of norgestimate as a tool compound for the investigation of physiological TRPC functions was tested in isolated vessel rings. Consistent with TRPC6 being an essential component of the alpha-1-adrenoceptor-activated cation channel, we demonstrated a direct vasorelaxant, endothelium-independent effect of norgestimate on rat aortic rings precontracted with phenylephrine. Thus, our results provide further experimental support for a role of TRPC6 in alpha-1-adrenergic vessel constriction. In the second part of this study, we screened a human aorta cDNA-library for novel TRPC4-interacting proteins with a modified yeast two-hybrid (Y2H) system in which the TRPC4-C-terminus was expressed as tetrameric bait protein, thereby mimicking the native channel conformation. Of the eleven interacting proteins found SESTD1 was chosen for further analyses since it contains a phospholipid-binding Sec14p-like domain and thus could be involved in regulation of TRPC channels by phospholipids. After the biochemical validation of the found interaction, the first spectrin domain of SESTD1 was then identified to interact with the CIRB domain of TRPC4 in directed Y2H tests. SESTD1 also co-immunoprecipitated with the closely related TRPC5 protein in which the SESTD1-binding domain is highly conserved. Independent of the CIRB site, co-immunoprecipitation with TRPC6 and the distantly related TRPM8 channel was observed indicating the existence of other sites in these channel proteins that mediate interaction with SESTD1. Analysis of SESTD1 gene expression in human tissues showed that its transcripts are ubiquitously expressed and tissues with significant coexpression with TRPC4 and -5 were identified. We have generated two polyclonal antisera directed against SESTD1 that consistently detected SESTD1 protein in brain, aorta, heart, and in smooth muscle and endothelial cells. The functional consequences of the found interaction were investigated by examination of the TRPC5-mediated Ca2+ influx in a clonal HM1 cell line stably expressing the channel. Since SESTD1 overexpression had no detectable effects on TRPC5-mediated Ca2+ influx, most likely due to expression of endogenous SESTD1, we knocked-down the native protein with specific siRNA. This procedure reduced TRPC5-mediated Ca2+ influx following receptor stimulation by 50%. Parallel biotinylation experiments did not reveal any differences in cell surface expressed TRPC5-protein, suggesting that reduction of TRPC5 activity resulted from a loss of a direct SESTD1 effect on the channel. In addition, in immunofluorescence experiments we observed that reduced SESTD1 protein levels resulted in a redistribution of the multifunctional protein ß-catenin from the plasma membrane to the cytosol. This result may point to an involvement of SESTD1 in formation and maintenance of adherens junctions. SESTD1 contains a phospholipid-binding Sec14p-like domain and we were the first to demonstrate its Ca2+-dependent binding to phosphatidic acid and all physiological phosphatidylinositol mono- and bisphosphates in vitro. The physiological function of this binding activity is not known at present, but it could play a role in regulation of associated TRPC channels. TRPC4 and -5 channels are activated by phospholipid hydrolysis and also bind phospholipids directly. The identification of SESTD1 as novel TRPC-interacting protein could thus be an important step forward in the investigation and better comprehension of the complex molecular mechanisms of TRP channel regulation by lipids.
Weiterentwicklung und Evaluation eines drei-dimensionalen Hautmodelles zur pharmakologischen Testung
(2008)
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit Gruppen von quasi-Automorphismen von Graphen, genauer gesagt, von gefärbten Graphen. Ein gefärbter Graph ist ein Graph, dessen Kantenmenge in eine disjunkte Vereinigung von Mengen von Kanten einer bestimmten Farbe zerlegt ist. Ein Automorphismus eines solchen Graphen muss insbesondere die Farben der Kanten respektieren. Ein quasi-Automorphismus eines solchen Graphen ist eine Bijektion der Eckenmenge auf sich selbst, die nur endlich oft die Autmomorphismeneigenschaft verletzt, d.h. nur endlich viele Kanten nicht respektiert und nur endlich viele Kanten neu entstehen läßt. Die Menge der quasi-Automorphismen eines Graphen bildet eine Untergruppe in der Gruppe der Permutationen der Eckenmenge. Eine Auswahl interessanter Beispiele solcher Gruppen und manche ihrer Eigenschaften sind neben einigen grundsätzlichen Überlegungen Thema dieser Arbeit. Die erste Klasse von Graphen, die wir untersuchen, sind Cayley-Graphen (endlich erzeugter) Gruppen. Dabei werden wir zeigen, dass die quasi-Automorphismengruppe eines Cayley-Graphen nicht von dem (endlichen) Erzeugendensystem abhängt. Wir werden zeigen, dass für eine einendige Gruppe $G$ die quasi-Automorphismengruppe des Cayley-Graphen stets als semidirektes Produkt der finitären Permutationen von $G$ und der Gruppe $G$ selbst zerfällt. In der Klasse der mehrendigen Gruppen gibt es genau $2$ Gruppen für die das ebenfalls gilt, nämlich die Gruppe der ganzen Zahlen ...Z und die unendliche Diedergruppe $D_infty$. In allen anderen Gruppen ist das oben erwähnte semidirekte Produkt stets eine echte Untergruppe. Trotzdem werden wir im Ausblick eine Konstruktion angeben, die für eine gegebene Gruppe $G$ einen Graphen $Gamma$ liefert, dessen quasi-Automorphismengruppe als semidirektes Produkt von $S_Gamma$ -- so bezeichnen wir die Gruppe der finitären Permutationen der Ecken von $Gamma$ -- und $G$ zerfällt. Des Weiteren werden wir die quasi-Automorphismengruppe des ebenen binären Wurzelbaumes betrachten. Wir werden zeigen, dass diese eine Erweiterung von (Richard) Thompsons Gruppe VV durch die Gruppe der finitären Permutationen ist, eine Präsentierung entwickeln und die Endlichkeitseigenschaften dieser Gruppe und einiger Untergruppen beleuchten. Insbesondere werden wir einen Zellkomplex konstruieren, auf dem die Gruppe der quasi-ordnungserhaltenden quasi-Automorphismen, welche das Urbild der Untergruppe FF von VV unter der kanonischen Projektion ist, mit endlichen Stabilisatoren operiert. Diese Operation erfüllt dabei die Bedingungen, die nötig sind, um mit Hilfe von Browns Kriterium nachzuweisen, dass die Gruppe vom Typ FPunendlich ist. Das co-Wort-Problem einer Gruppe $G$ bezüglich eines unter Inversion abgeschlossenen Erzeugendensystems $X$ ist die Sprache aller Worte aus dem freien Monoid $X^*$, die unter der kanonischen Projektion auf ein Element ungleich der Identität in $G$ abgebildet werden. Wir werden zeigen, dass das co-Wort-Problem der quasi-Automorphismengruppe des ebenen binären Wurzelbaumes eine kontext-freie Sprache bildet. Sei $mathop{coCF}$ die Klasse der Gruppen mit kontextfreiem co-Wort-Problem. Diese Klasse ist abgeschlossen bezüglich Untergruppenbildung und alle Gruppen, deren Zugehörigkeit zu $mathop{coCF}$ bisher nachgewiesen wurde, sind Unterguppen der quasi-Automorphismengruppe des ebenen binären Wurzelbaumes. Die $n$-strahligen Houghton-Gruppen erweisen sich als quasi-Automorphismengruppen von Sterngraphen, d.h. von Graphen, die disjunkte Vereinigungen von $n$ Strahlen verschiedener Farben sind. Wir werden uns mit geometrischen Phänomenen der Cayley-Graphen dieser Gruppen beschäftigen. Insbesondere werden wir nachweisen, dass die $2$-strahlige Houghton-Gruppe Houn[2] beliebig tiefe Sackgassen besitzt. Eine Sackgasse der Tiefe $k$ in einem Cayley-Graphen ist ein Element, dessen Abstand zur Identität mindestens so groß ist, wie der Abstand zur Identität aller Elemente im $k$-Ball um das Element. Sogar in einem stärkeren Sinne, der in dieser Arbeit definiert wird, ist die Tiefe der Sackgassen unbeschränkt. Um dies und verwandte Fragen besser behandlen zu können, entwickeln wir Modelle, die eine Beschreibung der Cayley-Graphen von Houn[n] ermöglichen. Im abschließenden Ausblick thematisieren wir einige Ansätze, in denen wir interessante Anwendungen von quasi-Automorphismengruppen sehen.
Writing against the odds : the south’s cultural and literary struggle against progress and modernity
(2008)
Die Literatur und Kultur der Südstaaten ist entscheidend geprägt von ihrer Orientierung an der eigenen Geschichte und Vergangenheit. Die düstere Vergangenheit, die die Gegenwart überschatten und die Zukunft determiniert ist ein Südstaatenthema par exellence und allgegenwärtig in ihrer Kultur und Literatur. Nach dem Bürgerkrieg und der Reconstruction Era ist der Süden kulturell und ökonomisch ausgeblutet, am Boden und isoliert. Nach dem Krieg weitet sich die Kluft zwischen Nord- und Südstaaten immer weiter aus, ein Prozess, der jedoch schon so alt ist wie die Vereinigten Staaten selbst und bereits im beginnenden 18. Jahrhundert seinen Anfang nimmt. Die Isolation ist gleichzeitig gewollt und ungewollt, bewusst und unbewusst. Die Scham des verlorenen Krieges und die Marginalisierung sind die Katalysatoren für die Kultivierung und das Bestreben nach Erhalt der Besonderheiten der Südstaaten, mit ihrer vermeintlich überlegenen Kultur und Moral. Es beginnt die kommerzialisierte, hoch ideologisierte Konstruktion der Geschichte und Identität der Südstaaten, die in alle Lebensbereiche strahlt. Der melancholische Blick in die Vergangenheit als wichtigste Referenz und kulturellen Fluchtpunkt ersetzt den Eintritt in die Moderne und Modernität mit ihrer Schnelllebigkeit, Austauschbarkeit und die Aufgabe der Tradition für eine rasante Gegenwart. Das Individuum der Südstaaten sieht sich statt mit einer Flut an Wahlmöglichkeiten und Optionen, mit einer einengenden Gesellschaft konfrontiert, die wenig Spielraum für Abweichungen übriglässt und ein harsches Kontrollsystem hat. Es ist eine einzigartige Mischung aus Stolz, Scham und einem Gefühl der gleichzeitigen Unter- und Überlegenheit, die einen besonders guten literarischen Nährboden hervorbringt. In dieser Arbeit wird den historischen, kulturellen, und literarischen Wurzeln der Südstaatenliteratur seit der Southern Renaissance nachgegegangen, um dann die ständig perpetuierten formalen und inhaltlichen Strukturen darzustellen, die wenig Veränderungen erfahren haben. Diese Perpetuierung resultiert aus der einzigartigen Situation der Südstaaten, aus der historischen Last, die unvermindert aktuell bleibt und längst nicht verarbeitet ist. Südstaatenautoren konnten und können nicht die traditionellen Formen und Themen ablegen, solange diese konstituierende Bestandteile der Kultur und Identität der Südstaaten bleiben. Die Südstaaten verweigern sich der Modernität und empfinden Fortschritt und die moderne Massengesellschaft nicht nur als Bedrohung, sondern als Einfluss aus den Nordstaaten, der die eigene Kultur bedroht und eine Einmischung von außen ist, die es abzuwenden gilt. Traditionsbewusste, reaktionäre Tendenzen und Elemente ziehen sich selbst durch vermeintlich progressive, moderne Entwicklungen und Phänomene. Ich kombiniere identitätskonstituierende, isolierende und melancholische Elemente und beleuchte sie historisch, kulturell und literarisch, um eine mehrschichtige Perspektive zu erlangen. Das Verständnis dieser historischen Last und deren unverminderte Bedeutung und Auswirkung auf die Literatur und Kultur der Südstaaten ist essentiell für eine tiefere Einsicht in deren Strukturen und Bedeutung.
Der Typ I Interferonrezeptor, der aus den Transmembranproteinen ifnar1 und ifnar2 besteht, nimmt eine wichtige Rolle bei der angeborenen und erworbenen Immunantwort ein. Durch Bindung von Typ I Interferonen werden antivirale, antiproliferative und immunmodulatorische Aktivitäten in der Zelle induziert. Die Wirkung der Interferone wird bereits bei der Behandlung einer Vielzahl von Krankheiten eingesetzt. Es ist bislang nicht bekannt, wie die verschiedenen Typ I Interferone nach Bindung an einen gemeinsamen Rezeptor, unterschiedliche Zellantworten induzieren. So unterscheiden die Typ I Interferone sich nicht hinsichtlich ihrer Bindungsstelle oder der Stöchiometrie der Bindung an ifnar1 bzw. ifnar2. Sie weisen jedoch unterschiedliche Affinitäten zu den Rezeptoruntereinheiten auf, wobei ihnen eine niedrigere Affinität zu ifnar1 gemeinsam ist. Bislang konnte keine Interaktion zwischen den Rezeptoruntereinheiten nachgewiesen werden. Es wird angenommen, dass bei der Rezeptorassemblierung das Interferon zunächst an ifnar2 bindet und anschließend ifnar1 rekrutiert. Es wird postuliert, dass die unterschiedlichen Zellantworten für verschiedene Typ I Interferone auf Unterschieden in der Stabilität der ternären Komplexe beruhen könnten. Im Rahmen dieser Arbeit wurden daher die Struktur und Dynamik des Interferonrezeptors in vitro für die Typ I Interferone IFNa2 und IFNb charakterisiert. Die Struktur des ternären Komplexes aus den extrazellulären Domänen von ifnar1 und ifnar2 mit IFNa2 wurde mittels Elektronenmikroskopie untersucht. Über Einzelpartikelanalyse aufgereinigter Komplexe von IFN mit den extrazellulären Domänen von ifnar1 (ifnar1-EC) und ifnar2 (ifnar2-EC) konnte ein Strukturmodell des ternären Komplexes erstellt werden. Dieses zeigte eine Verschiebung der membranproximalen Domänen von ifnar1-EC und ifnar2-EC wie sie bereits für den Rezeptor für Erythropoietin und den Wachstumsfaktor beobachtet wurden, welche zu den Typ I Zytokinrezeptoren gehören. Die Struktur des ternären Komplexes ermöglicht als erste Struktur eines Typ II Zytokinrezeptors einen Einblick in die Architektur des Komplexes und mögliche Aktivierungsmechanismen. Die Strukturen der Komplexe für die verschiedenen Typ I Interferone IFNa2 und IFNb wiesen keine fundamentalen Unterschiede auf, was auf einen gemeinsamen Aktivierungsmechanismus hinweist. Temperatur-abhängige Messungen von Bindungskinetik und –affinität ergaben sehr unterschiedliche Energiehyperflächen für die Ligandenbindung an ifnar1- und ifnar2-EC, und wiesen auf einen mehrstufigen Prozess und mögliche Konformationsänderungen bei der Bindung an ifnar1-EC hin. Zur Analyse der Dynamik von ifnar1-EC wurden daher verschiedene fluoreszenzbasierte Assays etabliert. Eine besondere Herausforderung bestand darin, das Protein ortsspezifisch und stöchiometrisch mit zwei verschiedenen Fluorophoren zu koppeln. Ifnar1-EC wurde an verschiedenen Stellen kovalent mit Fluoreszenzfarbstoffen markiert. Es wurde gezeigt, dass nach Bindung eines geeigneten tris-NTA-Fluorophor-Konjugats an den C-terminalen His-Tag die Fluoreszenz abstandsabhägig durch Förster-Resonanz-Energie-Transfer gelöscht wurde. Für ifnar1-EC wurde eine ligandeninduzierte Abstandsänderung detektiert. Die detaillierte Analyse ergab nach Bindung von IFNa2 eine Abstandszunahme von 13 A vom N- zum C-Terminus. Durch die Interferonbindung nimmt demnach ifnar1-EC eine gestrecktere Konformation ein. Ähnliche Ergebnisse wurden auch in Anwesenheit von ifnar2-EC und für IFNb erhalten. Die Einzelmolekülanalysen mittels Fluoreszenz Korrelationsspektroskopie (FCS) zeigten sowohl einen Verlust der Flexibilität von ifnar1-EC nach Ligandenbindung als auch ein ligandeninduziertes Rearangement der Ig-ähnlichen Domänen. Die Änderung der Flexibilität wurde durch Messungen der Fluoreszenzlebensdauer bestätigt. Untersuchungen der Kinetik der Ligand-induzierten Konformationsänderung mittels Stopped-Flow Messungen bestätigten eine mehrstufige Umorientierung der Ig-ähnlichen Domänen nach Ligandenbindung. Zusätzlich konnte gezeigt werden, dass sich nach Ligandenbindung die Zugänglichkeit des Tryptophans in der membranproximalen Domäne von ifnar1-EC ändert. Da die membranproximale Domäne nicht bei der Ligandenbindung beteiligt ist, deutet dieser Effekt auf eine Propagation der Ligand-induzierten Konformationsänderung in diese Domäne hin. Das Tryptophan könnte mit der Membran interagieren, was auf eine wichtige Rolle der membranproximalen Domäne für die korrekte Orientierung von ifnar1 in der Membran hindeut. Die Stopped-Flow Analyse zeigte, dass es sich hierbei um einen einstufigen Prozess handelt, der mit der Interferonbindung korreliert. Die Ergebnisse wiesen insgesamt auf eine Ligand-induzierte Flexibilitätsänderung und Umorientierung der Ig-ähnlichen Domänen bei ifnar1-EC hin. Vermutlich wird nach Ligandenbindung das Signal in die membranproximale Domäne von ifnar1-EC propagiert. Die Strukturen der ternären Komplexe mit den verschiedenen Typ I Interferonen wiesen keine fundamentalen Unterschiede auf. Auch die Ergebnisse der fluoreszenzbasierten Assays zeigten keine Unterschiede für IFNa2 und IFNb, was die Hypothese stützt, dass die differentielle Aktivität der Interferone nicht auf grundsätzlichen Unterschieden in der Architektur des ternären Komplexes beruht, sondern in der unterschiedlichen Dynamik der Komplexe codiert sein könnte.
The German Working Group on Vegetation Databanks has held annual meetings since 2002 with financial support by the German Federal Agency for Nature Conservation. Ca. 215 members are regularly informed through a mailing-list. The 2008 meeting was hosted by University of Oldenburg’s Landscape Ecology Group and was attended by 72 participants from 15 countries. Software demonstrations of vegetation databanks Turboveg and VegetWeb as well as plant trait databanks LEDA and BiolFlor opened the workshop. There were lecture sessions on trait databanks, recalibration of ecological indicator values and new developments in the field of vegetation databanks. Working groups were devoted to an initiative to build a meta-databank of existing vegetation databanks in Germany and to mathematical modelling of species habitats. In 2009 the 8th workshop will be held on "Vegetation Databanks and Biodindication" at the University of Greifswald.
Naturalness is one of the most important criteria in nature conservation. This paper examines the fundamental concepts underlying the definition and assessment of naturalness. Its role in nature conservation and forest management under conditions of global change is also discussed. The degree of naturalness may be defined in ordinal classes. The “static” concept of the potential natural vegetation (pnV), developed in the 1950ies, is mostly used as the reference state. In other cases, its reversed concept, the hemeroby (degree of articifiality) is assessed, based on the intensity and frequency of human impacts. Since the 1970ies, more attention has been given to natural dynamics than in earlier approaches, e.g. in forest succession models. At the end of the 1980ies, the previous importance was increasingly stressed of natural browsing by large herbivores and the role of predators. These large herbivors are extinct today in most cultural European landscapes. It is assumed, that they open up the canopy, and create park-like forest structures which contain a diversity of habitats for other types of organism (birds, insects). Changed and permanently changing environments and altering patterns of competition between species continue to modify natural processes today. Some of the more conspicuous effects are the extinction of native species and immigration of species to new regions. Long-lived ecosystems like forests are however not able to adapt quickly to such changes and may be unable to find a new balance with the environment. Today, such changes occur very rapidly, and are reducing the original naturalness of ecosystems. Because of this, the criterion “naturalness” must be downweighted. Conversely, more importance should be attached to other criteria: particularly originality (= original naturalness) and restorability. Forestry is contributing to this accelerated change of biocoenoses by increasing disturbances and introducing exotic tree species. Naturalisation of some exotic tree species modifies the natural processes and creates a “new allochthonous naturalness”. Because of this, forest planning should try to preserve or restore stands with attributes of the “original forest”. Exotic species should not be planted, or only in a very restricted way.
Anhand der Daten von 33 Standorten des Bayerischen Waldboden Dauerbeobachtungsprogramms (Bodendauerbeobachtungsflächen, BDF) wurden die durch kleinräumige Variabilität verursachten Unsicherheiten bei der Charakterisierung von Böden geschätzt. Diese Datenbasis erlaubte es zudem zu untersuchen, inwieweit geostatistische Eigenschaften in Zusammenhang mit den Standortsbedingungen stehen. Für diesen Zweck entwickelten wir einen einfachen Ansatz zur Typisierung von Böden nach ihren räumlichen Eigenschaften. Beim BDF-Programm wurden auf jedem Standort 18 Proben in einem Kreuz-Transekt 18 x 18 m entnommen bei einem Mindestabstand von 3 m. Der Datenbestand umfasst die Parameter Corg und Ntot-Konzentrationen sowie -Vorräte und C / N - Verhältnis, effektive Kationen-Austausch-Kapazität (Ake), Basensättigung (BS), pH-Wert des Bodens und Grobbodenfraktion (> 2 mm). In die Metaanalyse wurden pro Bodenparameter 3780 Datensätze zur Erzeugung aggregierter Kennwerte einbezogen wie Schiefe, Variationskoeffizient (VK), Moran‘s I und den Anteil der räumlich strukturierten Varianz (SV) der Daten. Die beobachtete räumliche Struktur von Bodenparametern konnte zwar nicht eindeutig in Zusammenhang mit den Standortbedingungen gebracht werden. Es zeigt sich aber, dass die Gesamtvarianz einiger Parameter mit steigendem Tongehalt tendenziell zurück geht und dass das Niveau der Streuung (VK) der untersuchten Boden-Parameter sich erheblich unterscheidet. Die Rangfolge der Parameter hinsichtlich der Streuung ist pH-Wert (1), C/N - Verhältnis (2), C und N-Konzentration (3a), BS und Ake (3b), C- und N- Vorräte (4). Die Unsicherheitsabschätzung anhand der BDF Daten findet Eingang in das Fehlerbudget der zweiten bundesweiten Bodenzustandserhebung im Wald (BZE II) und dient dazu die Chancen zu bestimmen mit denen etwaige Bodenveränderungen nachgewiesen werden können.
Zur Kennzeichnung und Gliederung von periglaziär bedingten Differenzierungen in der Pedosphäre
(2008)
Im periglaziären Milieu der letzten Kaltzeit wurde der oberflächennahe Tiefenbereich in Mitteleuropa entscheidend geprägt, was durch lithogene und pedogene Differenzierungen bis etwa 1...2 m unter Gelände zum Ausdruck kommt. Die Prozesse Kryoklastik und Kryotranslokation, Kryoperstruktion sowie Kryopedogenese – jeweils mit mehreren Teilprozessen – prägten die Profilgliederung und Substratausbildung in der Auftauzone des Dauerfrostbodens. In den Untersuchungen und Diskussionen der letzten Jahrzehnte zur Genese der Phänomene im Bereich der Pedosphäre erfuhren die beteiligten Prozesse bei den Autoren unterschiedliche Aufmerksamkeit und Sichtung. Die verschiedenen Konzepte zur Kennzeichnung und Gliederung der Profildifferenzierungen lassen sich letztlich dem Deckenkonzept, im Wesentlichen fußend – jedoch unter Beteiligung weiterer Prozesse – auf Kryotranslokation sowie dem Konzept der Perstruktions- bzw. Umlagerungszonen, vorrangig basierend auf den Prozessen Kryoperstruktion und Kryopedogenese, zuordnen. Der entscheidende Unterschied zwischen der Ansprache der periglaziär bestimmten Differenzierungen innerhalb der Pedosphäre mit Hilfe der Abfolge verschiedener Zonen einerseits und der Abfolge verschiedener Decken – wie auch Lagen – andererseits besteht darin, dass bei der Kennzeichnung und Gliederung des Zonenprofils sedimentär bedingte Substratunterschiede nicht vorrangig und nur als Hilfskriterien herangezogen und somit gleiche Zonen auch in lithostratigraphisch unterschiedlichem Material oder auch umgekehrt in gleichem Material verschiedene Zonen ausgewiesen werden. Nach dem Decken-/Lagenkonzept werden dagegen die sedimentären Prozesse als dominante Ursachen der heute vorliegenden vertikalen Substratdifferenzierung angesehen, wobei auch den syn- und postsedimentären periglaziären Umbildungen durch Teilprozesse der Kryoperstruktion immerhin entscheidender Anteil am Deckenbildungsprozess beigemessen wird, die zur zusätzlichen Vertikaldifferenzierung innerhalb der jeweiligen Decke führen können. Zur Definition der Lagen (nach der Kartieranleitung der Staatlichen geologischen Dienste und der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe) wurden die Prozesse der Kryotranslokation sowie Teilprozesse der Kryoperstruktion herangezogen, jedoch sind bisher die Kryohomogenisierung (Entschichtung, Vermischung) und (Skelett-)Umsortierung (Kryolithotropie) sowie außerdem die mit der Kryoperstruktion häufig verknüpften Prozesse der Kryopedogenese in die Definition nicht eingegangen. In vielen Fällen ist eine Zuweisung der Profile zu einem bestimmten Gliederungsprinzip bzw. Genesetyp nicht möglich. So ist es nicht haltbar, von regional abgegrenzten Gebieten sowie räumlichen Insellagen der Entstehung von periglaziären Decken einerseits und von Bereichen mit Ausbildung von Kryoperstruktionszonen andererseits zu sprechen. Im periglaziären Milieu wirkten die o. g. jeweils unterschiedlich dominanten Vorgänge im Komplex, und die Abkopplung von Teilprozessen der periglaziären Umbildung der Oberfläche ist nicht sinnvoll. Das für die Böden ausgewiesene Substratprofil baut sich aus erheblich variierenden Anteilen des durch Kryotranslokation akkumulierten Fremdmaterials sowie des ortsbürtigen Materials auf. Die jeweiligen Komponenten wurden im Wesentlichen durch das örtlich anstehende Gestein und Relief, die Exposition und Höhenlage sowie die Lage zum Eisrand und zu den äolischen Akkumulationsräumen gesteuert. Im Zuge einer Analyse der oberflächennahen Profildifferenzierungen ist durchaus die detaillierte Kennzeichnung des Substratprofils nach fremden und ortsbürtigen Komponenten einerseits sowie nach Merkmalen der Kryoperstruktion andererseits möglich. Darüber hinaus ist aber eine integrierende und aggregierende sowie landschaftsübergreifende Gliederung und Kennzeichnung der periglaziär bedingten Profildifferenzierungen notwendig. Dafür ist der Begriff „Lage“ nach bisheriger Definition nur bedingt geeignet, da dieser nicht die Beteiligung des gesamten Prozesskomplexes ausdrückt. Deshalb wird zur Unterscheidung vorerst der Neubegriff „Segment“ (bzw. periglaziäres Segment) vorgeschlagen, der hinsichtlich Kryoperstruktions-, Kryotranslokations- und Kryohorizontprofil neutral ist und somit keinen Anlass für nomenklatorische Missverständnisse bietet. Bei der Weiterverwendung der Bezeichnung „Lagen“ im Sinne einer hier vorgeschlagenen ergänzenden Definition ist also nicht nur dessen neue Begriffsbestimmung erforderlich, sondern darüber hinaus auch eine Klarstellung, dass die so ergänzt definierten Lagen nach allen genannten Prozesssystemen – also erweitert gegenüber der bisherigen Lagendefinition – gekennzeichnet sind. Sofern dies mit allen Konsequenzen allgemein verbindlich würde, könnte allerdings der Lagenbegriff mit dem Zusatz „Lage – ergänzt definiert“ auch weiterhin angewandt werden. Die periglaziären Segmente bzw. die Lagen – ergänzt definiert – lassen sich folgendermaßen kennzeichnen: Periglaziäre Segmente (kurz: Segmente) oder Lagen – ergänzt definiert – sind im periglaziären Milieu im Bereich der Pedosphäre durch • Substratbereitstellung infolge Frostverwitterung (Kryoklastik) und Kryotranslokation [äolische Akkumulation und/oder (Geli-)Solifluktion bzw. Anspülung] aus den jeweils anstehenden Gesteinen sowie aus unterschiedlichen Anteilen allochthonen Materials und • durch Kryoperstruktion (Entschichtung und Homogenisierung sowie Vermischung, Umsortierung des Skelettanteils und Kryoturbation) sowie • kryopedologische Prozesse (periglaziäre Vorprägung oder sogar Prägung der pedogenen Horizontabfolge) entstanden. Die genannten Teilprozesse können mit unterschiedlichem Anteil und zu verschiedenen Zeiten an der Bildung und Differenzierung der Bodendecke beteiligt sein. In Abhängigkeit vom Paläorelief (Hangneigung, Hangform, Hangexposition) und vom Verbreitungsmuster der anstehenden Gesteine sowie vom Anteil allochthonen Materials und von den lokalklimatischen Bedingungen ist die stoffliche Zusammensetzung, Lagerungsart und Struktur sowie die Ausprägung der Bodenhorizonte in der Vertikalabfolge der einzelnen Segmente bzw. Lagen – ergänzt definiert – und in der horizontalen Ausprägung differenziert. Die Vertikalabfolge der periglaziär bedingten Differenzierung der Bodendecke wird gegliedert in das bisher nur lokal im Bergland sicher nachgewiesene Obersegment bzw. in die Oberlage – ergänzt definiert, außerdem in das fast flächendeckend an der Oberfläche verbreitete Hauptsegment, bzw. Hauptlage – ergänzt definiert, das von einem häufig unterteilten Mittelsegment (oberer Teil und unterer Teil) bzw. Mittellage – ergänzt definiert – unterlagert sein kann. Über dem periglaziär kaum oder nicht beeinflussten Untergrund lagert fast überall das Basissegment bzw. die Basislage – ergänzt definiert, das u. a. nach Zusammensetzung, Strukturmerkmalen sowie ggf. nach der Altersstellung differenziert werden kann. Durch die konsequente Verknüpfung aller im periglaziären Milieu wirksamen Prozesssysteme mit Hilfe der Ausweisung periglaziärer Segmente bzw. der Lagen – ergänzt definiert – ist eine detaillierte sowie integrierende und landschaftsübergreifende Kennzeichnung der Substratdifferenzierung der Böden möglich.
Objectives To examine the dose-response relationship between cumulative exposure to kneeling and squatting as well as to lifting and carrying of loads and symptomatic knee osteoarthritis (OA) in a population-based case-control study. Methods In five orthopedic clinics and five practices we recruited 295 male patients aged 25 to 70 with radiographically confirmed knee osteoarthritis associated with chronic complaints. A total of 327 male control subjects were recruited. Data were gathered in a structured personal interview. To calculate cumulative exposure, the self-reported duration of kneeling and squatting as well as the duration of lifting and carrying of loads were summed up over the entire working life. Results The results of our study support a dose-response relationship between kneeling/squatting and symptomatic knee osteoarthritis. For a cumulative exposure to kneeling and squatting > 10.800 hours, the risk of having radiographically confirmed knee osteoarthritis as measured by the odds ratio (adjusted for age, region, weight, jogging/athletics, and lifting or carrying of loads) is 2.4 (95% CI 1.1-5.0) compared to unexposed subjects. Lifting and carrying of loads is significantly associated with knee osteoarthritis independent of kneeling or similar activities. Conclusions As the knee osteoarthritis risk is strongly elevated in occupations that involve both kneeling/squatting and heavy lifting/carrying, preventive efforts should particularly focus on these "high-risk occupations".
The moderate halophile Halobacillus halophilus is the paradigm for chloride dependent growth in prokaryotes. Recent experiments shed light on the molecular basis of the chloride dependence that is reviewed here. In the presence of moderate salinities Halobacillus halophilus mainly accumulates glutamine and glutamate to adjust turgor. The transcription of glnA2 (encoding a glutamine synthetase) as well as the glutamine synthetase activity were identified as chloride dependent steps. Halobacillus halophilus switches its osmolyte strategy and produces proline as the main compatible solute at high salinities. Furthermore, Halobacillus halophilus also shifts its osmolyte strategy at the transition from the exponential to the stationary phase where proline is exchanged by ectoine. Glutamate was found as a second messenger" essential for proline production. This observation leads to a new model of sensing salinity by sensing the physico-chemical properties of different anions.
Die guten bayerischen Ergebnisse der PISA-Studien haben ihren Preis. Hohe Hürden vor dem Gymnasium führen nicht nur der Realschule viele Schüler/innen zu, die in anderen Bundländern das Gymnasium besuchen. Profitiert davon hat lange Zeit auch die bayerische Hauptschule mit einem hohen Schüler/innen-Anteil, der außerhalb Bayerns vor allem Real- und Gesamtschulen besucht. Diese Situation hat sich nun ausgerechnet durch PISA auch für das deutsche PISA-Siegerland Bayern geändert. Zum einen findet auch in Bayern bei der Zuordnung zu den drei Regelschulformen Hauptschule, Realschule und Gymnasium die für ganz Deutschland so beschämende soziale Selektion statt. Was die bayerische Schulpolitik jedoch härter trifft, ist die im internationalen Vergleich viel zu geringe deutsche Quote an Schüler/innen mit Hochschulreife. Darin ist Bayern nun auch Spitze unter den Bundesländern mit gerade einmal 20 Prozent Abiturienten. Was die PISA-Debatte noch öffentlich gemacht hat, ist der hohe Anteil an „Risikoschüler/innen” mit oder ohne Hauptschulabschluss, die immer geringere Vermittlungschancen auf dem Ausbildungsmarkt haben, in der Konkurrenz zu denen mit einem Mittleren Abschluss oder Abitur, und das auch in traditionellen Handwerksberufen. Dieser Trend der Abwertung der Hauptschule und des Hauptschulabschlusses macht auch vor den bayerischen Landesgrenzen nicht Halt und es hilft wenig, dass Bayern bei PISA gerade aufgrund seiner verschärften Auslese mit dem geringsten Anteil an „Risikoschüler/innen” im innerdeutschen Vergleich aufwarten kann. Ausgelöst wurde die Hauptschulkrise bereits durch eine innerbayerische Strukturmaßnahme, die bereits vor PISA durchgeführt wurde. Bayern war, wie die ostdeutschen Länder Sachsen, Sachsen-Anhalt und Thüringen, bis Ende Klasse 6 zweigliedrig, ehe die Staatsregierung sich entschloss, Haupt- und Realschüler/innen auch bereits nach der Grundschule zu trennen. Damit verschärften sich die Probleme an Hauptschulen und begann das schleichende Hauptschulsterben, das der CSU schwer zu schaffen macht. Wer will noch freiwillig sein Kind einer Schule anvertrauen, in der im Verbund mit der Sonderschule sich die meisten der „Risikoschüler/innen” versammeln? Die Folge ist auch in Bayern ein verstärkter Druck auf die Grundschule, die ja verpflichtet ist, bis zum Ende von Klasse 4 verbindlich zu entscheiden, wer die Realschule oder das Gymnasium besuchen darf und wer in die Hauptschule muss. ...
Ein bakteriendichter Kavitätenverschluss zur Vermeidung von Pulpairritationen und möglicher Sekundärkaries stellt eines der obersten Ziele in der modernen minimalinvasiven Füllungstherapie dar. Ziel dieser Studie war es, den Einfluss unterschiedlicher Sekundärpräparations- und Konditionierungstechniken (konventionell, SÄT, sonoabrasiv mit Rondoflex und oszillierend mit Sonicflex Seal) auf die Randqualität von Fissurenversiegelung und kunststoffgefüllten Klasse V Kavitäten von 60 menschlichen extrahierten Zähnen mittels Farbstoffpenetrationtests zu prüfen. Die statistischen Analysen ergaben, dass in der Untersuchungsreihe der Fissurenversiegelungen die Zähne, die mit Rondoflex konditioniert wurden, die geringsten prozentualen Farbstoffpenetration (1,65 %) gemessen an der zu penetrierenden Gesamtstrecke aufwiesen. Diese Gruppe konnte eine nicht signifikant günstigere Randspaltqualität aufweisen als die Gruppe, in der mit Sonicflex die Fissur aufgezogen wurde. Hier wiesen 2,00 % der Gesamtstrecke eine Farbstoffpenetration auf. Die höchste prozentuale Penetration (4,31 %) wurden bei den konventionellen Versiegelungen ausgewertet. Diese Gruppe weist nicht signifikant die höchste Penetrationsrate aller drei Gruppen auf. Bei den Klasse V Kavitäten erwies sich die Untersuchungsgruppe „mit Anschrägung“ als die mit der signifikant geringsten Penetrationsrate (7,44 %). Die Gruppe, bei der mit Rondoflex konditioniert wurde, wurde eine signifikant geringere Randqualität ausgewertet (19,15 %) als bei der Gruppe „mit Anschrägung“ und eine nicht signifikant geringere Penetrationsrate festgestellt als in der Gruppe „ohne Anschrägung“ (22,65 %).
Increasingly, individuals are in charge of their own financial security and are confronted with ever more complex financial instruments. However, there is evidence that many individuals are not well-equipped to make sound saving decisions. This paper demonstrates widespread financial illiteracy among the U.S. population, particularly among specific demographic groups. Those with low education, women, African-Americans, and Hispanics display particularly low levels of literacy. Financial literacy impacts financial decision-making. Failure to plan for retirement, lack of participation in the stock market, and poor borrowing behavior can all be linked to ignorance of basic financial concepts. While financial education programs can result in improved saving behavior and financial decision-making, much can be done to improve these programs’ effectiveness.