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Bestrahlung mit UV und UR einschließlich sichtbaren Lichts bedingt bei weißen Mäusen und Hühnern eine Senkung im Gasstoffwechsel von durchschnittlich 25% und im Dauerversuch eine deutliche Herabsetzung des Grundstoffwechsels, während Lichtmangel bei weißen Mäusen den Stoffwechsel erhöht.
Sichtbares Licht, UV oder UR allein bewirken keinen Stoffwechselabfall.
Für die Stoffwechselerniedrigung nach Bestrahlung ist eine bestimmte Kombination von UV und UR notwendig.
Die Wirkung der Bestrahlung beruht mit großer Wahrscheinlichkeit auf einer Senkung des Tonus des Sympathicus und einer Verschiebung der vegetativen Regulationslage zur Vagotonie.
Eigenbestrahlungsversuche (G.) zeigten eine gleiche Senkung des durch Hyperthyreose erhöhten Grundstoffwechsels.
Es wird die Brauchbarkeit der Wärmeleitfähigkeitsmessung zur Ermittlung des Grundumsatzes geprüft.
Durch Diffusion des Meßgases zu den Hitzdrähten, eine Anordnung, die in der industriellen Meßtechnik häufig Anwendung findet, wird erreicht, daß die Messung weitgehend von der linearen Strömungsgeschwindigkeit unabhängig wird. Die Empfindlichkeit der Sauerstoffbestimmung wird gesteigert durch Erhöhung der Hitzdrahttemperatur. Eine Anordnung zur Bestimmung des Grundumsatzes am Menschen wird beschrieben, die es gestattet, im „offenen System" laufende Messungen durchzuführen. Die laufende Messung“ wird den integrierenden Methoden gegenübergestellt.
Auf Grund vergleichender Prüfungen im Riesengebirge, im Schwarzwald und im Allgäu zwischen 1250 und 2220 m Meereshöhe wird nachgewiesen, daß die bisher allein bekannt gewordene Beziehung zwischen Lichtfeld und Chlorophyllgehalt der Art, daß der Farbstoffgehalt mit der Lichtintensität bis zur ökologisch maximalen Strahlung ansteigt, nur für die Angehörigen des photostabilen Reaktionstypus gilt.
Neben diesem ist selbst in frei-sonnigen Pflanzenvereinen alpiner Matten und Felsfluren ein photolabiler Typus weit verbreitet, dessen maximal bestrahlte Sonnenblätter im Verlauf des Sommers im Vergleich zu gleich alten Schattenblättern mäßige bis starke Depressionen des (flächenrelativen) Chlorophyllwertes aufweisen.
Der extrem photostabile ist mit dem extrem photolabilen Reaktionstypus durch alle Übergänge verbunden. Allein die Abstufungen der Resistenz können weder auf das Vorleben in bestimmtem Strahlungsklima bzw. bestimmter Höhenlage, noch auf die Zugehörigkeit zu einem bestimmten ökologischen Verbreitungstypus zurückgeführt werden. Photostabile Tieflandpflanzen wie Silene inflata und Anthyllis vulneraria erweisen sich auch in 2220 m Höhe als photostabil, während viele Alpenpflanzen auch in ihrem natürlichen Verbreitungsgebiet ausgesprochen photolabil angetroffen werden.
In synchronen Vergleichsversuchen aus 1415 m Höhe werden an photolabilen Stauden die Zeitkurven der Veränderungen des Chlorophyllwertes beim Übergang aus diffusem Licht in die Gesamtstrahlung und umgekehrt verfolgt. Während im ersten Fall im Verlauf einer Schönwetterperiode die (bisherigen) Scha-Blätter rasch photochemische Chlorophyllzerstörungen erleiden, erfahren die (bisherigen) So-Blätter im diffusen Licht zur gleichen Zeit eine Zunahme des Chlorophylls.
1. Die Lebensdauer und Entwicklungsfähigkeit unbesamter Seeigeleier in Coffeinlösungen (1 : 250 bis 1 : 2000) ist gegenüber der in normalem Seewasser deutlich verlängert.
2. Das Optimum der Lebensverlängerung liegt etwa bei einer Konzentration von 1 : 1000 bis 1 : 1250.
3. Der Zellkern kann sich unter Coffeineinfluß „aufblähen“. und zwar bis zum 3-fachen seines normalen Umfanges.
4. Das Coffein ruft bei gleichbleibender Zellgröße eine Herabsetzung der Viskosität der Zelloberfläche hervor und ermöglicht bei gallertlosen Eiern, die sich berühren, ein Aneinanderlegen und Abplatten der Eier bis zu Reihen-Eiern und Pflasterbildungen. Derartige Eier können sich nach Zurückbringen in Seewasser und Besamung noch am 4. und 5. Tage zu Plutei aller Normalitäts-Stufen entwickeln.
5. Aus den Reiheneiern können durch Verschmelzen braun gefärbte Riesen-Eier hervorgehen, die nicht mehr entwicklungsfähig, aber gegen Zerfall sehr widerstandsfähig sind.
Gedanken und Versuche zum ernsthaften Einsatz des wissenschaftlichen Films im Hochschulunterricht
(1956)
Untersuchungen an uv-bestrahlten Schwimmhäuten von Fröschen und Rückenhäuten von Mäusen ergaben, daß mit Hilfe der Nadi - Reaktion (GRÄFF) Oxydationspotentiale an der Bestrahlungsstelle nachgewiesen werden können. Kurzwelliges UV unter λ = 300 mμ hat hierbei die beste Wirkung. Die Stellen stärkster Oxydationskraft liegen bei Schwimmhäuten an den Melanophoren des Corium, bei Mäuserücken-Häuten verteilt im Corium. Bei den Froschhäuten kann zusätzlich bei unphysiologischem pH 4,2 Oxydationswirkung in der Epidermis nachgewiesen werden. Strukturelle Veränderungen an der Schwimmhaut werden polarisationsoptisch deutlich.
Nach Bestrahlung eines kleinen Bezirkes der Froschschwimmhaut mit verschiedenen ultravioletten Wellenlängen (λ=254 mµ, 280 mµ, 297 mµ, 313 mµ, 366 mµ) wurde Stase in den Kapillaren beobachtet. Die Wirksamkeit der verschiedenen Wellenlängen ist dabei unterschiedlich. Messungen der Durchlässigkeit der Schwimmhaut wurden durchgeführt und erlaubten Schlüsse auf die in das Kapillargebiet hingelangende Strahlung. Während der Bestrahlungen konnten Durchlässigkeits-Veränderungen der Schwimmhaut beobachtet und gemessen werden. Die Ergebnisse werden diskutiert. Histologische Untersuchungen erweiterten das Bild über die Veränderungen im Gewebe durch Strahleneinwirkung.
A method which serves to isolate the gonads from the sea cucumber (Holothuria polii) is outlined. Criteria that will secure a well determined status of maturity of the sperm are given. From this preparation a deoxyribonucleic acid is made, purified and analysed. It is concluded that the analytical data are in compliance with the theory of Crick and Watson. The ratio of Moles for this DNA while its nitrogen to phosphorus ratio on weight basis is 1,67.
Untersuchungen über die Redox-Eigenschaften der Haut nach Bestrahlung mit ultraviolettem Licht
(1959)
Eingehendere Untersuchungen über die mit Hilfe der Nadi - Reaktion nachweisbaren erhöhten Oxydationswirkungen an uv-bestrahlten Hautstellen führten zur Feststellung, daß eine Erhöhung der Peroxydase-Wirkung in Verbindung mit Vermehrung der peroxydischen Eigenschaften als Ursache anzusprechen ist. Aktivierung der Tyrosinase im bestrahlten Gebiet wurde sowohl an der albinotischen Mäusehaut als auch bei Froschschwimmhäuten nachgewiesen. Wellenlängen-Abhängigkeit und Bedeutung als Primäreffekt der UV-Strahlen werden diskutiert.
Die Einwirkung von UV-Strahlen (254 mµ) auf Bakterien und auf DNS führt zur Bildung einer Reihe von Photoprodukten. Thymin bildet ein Thymin-Dimeres und mindestens zwei weitere Photoprodukte. Aus Cytosin entstehen Uracil und ebenfalls mindestens zwei weitere Photoprodukte. Das Thymin-Dimere läßt sich durch Bestrahlung mit UV-Licht in wäßriger Lösung zu 87% wieder in Thymin zurückverwandeln. Bei den übrigen Photoprodukten gelingt diese Reaktion nicht.
Die durch UV-Strahlen verursachten biologischen Schäden in der Bakterienzelle dürften weitgehend auf die Bildung von dimerem Thymin zurückzuführen sein. Demgegenüber sind die übrigen Photoprodukte, die erst bei höherer UV-Dosis auftreten, nur von untergeordneter biologischer Bedeutung.
Die von der Strahlendosis abhängige Bildung der Thymin-Photoprodukte in Zellen von E. coli wurde quantitativ untersucht.
Eine Denaturierung der nativen DNS durch Erhitzen oder durch Abspalten der Purine zur Apurinsäure hat zur Folge, daß die Bildung des Thymin-Dimeren und eines der übrigen Thymin-Photoprodukte besonders stark begünstigt wird.
UV inactivated KAPPA can be reactivated like other temperate phages by plating on uvirradiated host cells (indicator). The capacity of the indicator Serratia HY for multiplication of unirradiated KAPPA was about 0.1% survivors (colony formers). The induction of clear plaque (c·) mutants by irradiating extracellular KAPPA and plating on untreated indicator can be increased further about 2 to 4 times by using UV irradiated indicator. The increase of the number of c mutants under the latter conditions, with increasing UV dose given to the phage, was never a firstorder reaction. The highest frequency of c mutants obtained was about 4.5 per cent. Plating of unirradiated KAPPA on irradiated indicator (lowest survival fraction was 0.01%) never increased the spontaneous mutation rate to c. Two c mutants studied in detail belong to two different cistrons as shown in a complementation test (map distance about 5.3%). Only one of both was revertible to the phenotype c+ spontaneously and with a higher rate by UV. However, as shown in crossing experiments with the wild type, the backmutants do not have the original genotype but originated from mutations in at least two different intragenic suppressor loci; the map distances between them and the original c mutation were 0.64% and 0.13 per cent. Host range (h) and virulent (v) mutants could not be induced by irradiation of the free phage and plating on untreated indicator. This indicates that the UV induced high mutability of the c loci in KAPPA represents an exceptional case of behavior (UV-hot spot). Some unstable h mutants could be isolated by plating irradiated phage on irradiated indicator.
Die kontinuierliche Messung des CO2-Gaswechsels homogener Sedimente einzelliger Grünalgen hat ergeben, daß das Kohlendioxyd während der ersten Belichtungsphase zunächst an einen primären, in den verdunkelten Zellen bereits vorhandenen CO2-Acceptor (AI) angelagert wird. AI ist nur im Licht zur Aufnahme und lockeren Bindung von Kohlendioxyd befähigt und gibt die während kurzer Lichtperioden (4-30 sec) aufgenommene CO2-Menge in der anschließenden Dunkelperiode sehr schnell wieder ab. Im Verlauf längerer Belichtungszeiten (> 30 sec) übergibt AI das locker gebundene Kohlendioxyd an den inzwischen in zunehmender Konzentration gebildeten CO2-Acceptor des Calvin - Zyklus (Ribulosediphosphat = AII). Die mit der Aufnahme und lockeren Bindung von Kohlendioxyd an den aktivierten Acceptor AI und der CO2-Weitergabe an AII zusammenhängenden Übergangserscheinungen werden eingehend diskutiert.
Wirtszellreaktivierung chemisch induzierter Letalschäden im DNS-haltigen Serratia-Phagen Kappa
(1965)
After treating free phage Kappa with nitrous acid, triethylenemelamine, ethylmethanesulfonate, or hydroxylamin and using these phages for infecting Serratia H Y wildtype cells, at least 20% of the lethal damage in the phage-DNA can be reactivated by the host ( = host cell reactivation). It is known that all lethal agents tested so far attack the primary structure of the D N A in different ways. Therefore, we assume that the target for the host cell reactivation consists of some damage in the secondary structure of the DNA, because there is probably some coincidence in the action of all agents. The hypothesis that in the DNA changes of thymine are a prerequisite for host cell reactivation has been disproved by the experiments with nitrous acid and ethylmethanesulfonate because both substances do not act on thymine.
1. Das Dissoziations- und Reaggregationsverhalten von Epidermiszellen der Larven von Xenopus laevis wird unter verschiedenen Bedingungen in vitro mit Hilfe des Zeilrafferfilmes untersucht. Die Kultur der Schwänze erfolgt in Salzlösung nach STEINBERG und Serum hämolysierten Kälberblutes. Für die Reaggregation werden serumfreie Salzlösungen verwendet. 2. Am Auswandern der Zellrasen beteiligen sich alle dem Deckglas anliegenden Zellen. Sie bilden einen Plasmasaum in die Richtung aus, in der sie sich fortbewegen. Der Zusammenhalt zwischen den Zellen wird hierbei nicht gelöst. 3. Die Zellrasen lassen sich mit 0;05%igem EDTA in Einzelzellen auflösen; dabei tritt eine Trennung des Zellplasmas in ein zentral gelegenes granuliertes Plasma und einen hyalinen Plasmasaum auf. Bei längerer Einwirkung des EDTA werden die hyalinen Säume eingezogen. Die Zellen sind dann abgekugelt; es brechen blasenförmige "Lobopodien" aus den Zellen hervor und verschwinden wieder: "Blubbern". 4. In Gegenwart von Ca++ breiten sich die Zellen wieder auf dem Deckglas aus. Die Bildung "stabilisierter Aggregate" erfolgt in Ringerlösung (mit 0,02% CaCl2), in isotonischer Calciumchlorid-Lösung, in isotonischer Kochsalz- und Kaliumchlorid-Lösung, wenn Calciumchlorid mindestens 0,02%ig enthalten ist. Es wird angenommen, daß die einwertigen Kationen für die Zellbewegung und Reaggregation nur als Ladungsträger wirksam sind. In KCN-haltiger (2,5 X 10-3 M) und in PCMB-haltiger (2,5 X 10-3 M) Ringerlösung ist ebenfalls Reaggregation möglich. Unter dem Einfluß von PCMB ist die Stabilisierung der Zollgrenzen jedoch nicht von Dauer. Die Aggregate werden wieder aufgelöst; die Zellen zeigen keine Kontakthemmung mehr, sie wandern übereinander. 5. Wird das Calciumchlorid der Ringerlösung durch die äquimolare Menge Magnesiumchlorid ersetzt, so werden die Kontakte nicht stabilisiert, sondern "sliding sheets" gebildet. Keine Reaggregation ist in Calcium-haltiger Natrium- oder Kaliumchlorid-Lösung einer Konzentration unter 0,33 M und in Ringerlösung unter pH 4,0 möglich. Die Zellen sind dann auch zu keiner Ortsbewegung mehr fällig. Selbst kurze (3 min) Trypsinbehandlung (2%) verhindert die Reaggregation der Zellen im serumfreien Medium. 6. Besonders die Versuche zur Störung des Energiehaushaltes der Zellen legen nahe, daß die dabei zu beobachtenden Viskositätsänderungen im Hyaloplasmasaum auf einer Änderung des Kontraktionszustandes in ihm enthaltener kontraktiler Proteine beruhen. Die Auswirkungen von PCMB, niederem pH und geringer Ionenstärke deuten auf die Beteiligung eines Membranpotentials an der Steuerung der Viskositätsänderung hin. Diese Hypothese wird zu Ergebnissen der Muskelphysiologie in Beziehung gesetzt.
Fluorescense spectra of lactate dehydrogenase * (E.C. 1.1.1.27) were investigated in the presence of the coenzyme fragments dihydronicotinamide mononucleotide and dihydronicotinamide-ribose-5'-pyrophospho- (P2) -5“-ribose. The reduced mononucleotide is enzymatically less active as a hydrogen donor. However, formation of a complex with the enzyme was not observed under the conditions used. All the other substances: dihydronicotinamide-ribose-5'-pyrophospho- (P2) -5“-ribose, dihydronicotinamide- benzimidazole-dinucleotide, dihydronicotinamide-3-desazapurine-dinucleotide and dihydronicotinamide-6-mercaptopurine-dinucleotide form more or less stable complexes with lactate dehydrogenase. The complexes do not markedly differ from the complex formed with the natural cofactor. In all cases spectra indicate change in conformation of the coenzyme by forming the coenzyme-enzyme-complex which has been proposed by VELICK 1 too. The cysteine residues of the lactate dehydrogenase are not essential for binding the coenzyme to the active center; this was shown with mercury blocked enzyme.
Differential derepression of the genome of potato tuber cells can be initiated by slicing the tissue into disks. The consequence of this procedure on the cells of the wound surface is dedifferentiation and cell division followed by redifferentiation to a suberized phellem cell. The drift of glucose-, glucose-1-phosphate-, glucose-6-phosphate-, fructose-6-phosphate- and 6-phospho-gluconatelevels has been determined in the derepressed tissue. With the exception of 6-phospho-gluconate all intermediates so far investigated showed a rise in concentration after derepression.
This is interpreted as a consequence of altered enzymic activities which were estimated for phosphoglucomutase, hexokinase, phosphoglucoisomerase, gluco-6-phosphate- and 6-phosphogluconatedehydrogenase. The two dehydrogenases were activated after derepression, the activation represented a de-novo-synthesis, as was demonstrated with the inhibitors Actidione (translation) and p-Fluorophenyl-alanine (protein synthesis in general). Hexokinase and phosphoglucoisomerase were not severely affected by cutting the tissue. Phosphoglucomutase was degrated rapidly, the degradation being dependent on protein synthesis. The importance of an enhanced activity of the pentose phosphate shunt for the stressed cell is emphasized and the possibility of an alteration in the osmotic pressure within the cell and especially in the nucleus — a primary consequence of wounding — as a cause of derepression in potato tuber cells is discussed.
At pH 5.3 and 4.5 the half life of valyl-, threonyl-, leucyl- and seryl-tRNA from E. coli K 12 is significantly higher than at pH 6.8. While no changes were observed in the MAK elution patterns of valyl- and threonyl-tRNA, leucyl-tRNA was eluted in two peaks at pH 6.8 and 5.3 and in one broad peak at pH 4.5. Seryl-TRNA - two peaks at pH 6.8 - was separated in three peaks at pH 5.3 and 4.5. Rechromatography of these peaks at the other pH suggests the existence of at least four species of seryl-tRNA in E. coli K 12.
One of the earliest consequences of slicing plant storage organs such as potato tubers into thin disks is the formation of polysomes, which in potato slices is complete after 9 hours and is dependent on transcription. Fresh disks do not incorporate 32P, 3H-uridine or 14C-leucine into their ribosomes, whereas ribosomes and polysomes of aged disks use these precursors effectively. This development can be completely blocked by actinomycin D. Among the different RNAs synthesized during aging is 28S- and 16S—rRNA, 5S—RNA, tRNA, and a component sedimenting around 15—18S with a base-composition different from 16S—rRNA, 5S- and 4S—RNA and which supports peptide formation in an in vitro incorporation system.
It is suggested that this compound represents mRNA, which is not available immediately after slicing the tissue. These findings are consistent with the view of a derepression phenomenon in sliced storage tissue.
Whereas ribosome preparations of freshly sliced potato disks do not show appreciable activity in an in-vitro amino acid incorporation system, aging of the tissue leads to a greatly enhanced incorporation activity which reaches its maximum 24 hours after slicing. If ribosomes from freshly excised disks are provided with polyuridylic acid, their activity in the incorporation of phenylalanine is increased about 8 fold.
Moreover, an RNA-fraction can be dissociated by EDTA from ribosomes of aged potato tuber slices, which sediments at 15 —18S, has a base composition different from that of 16S — rRNA, 5S-and 4S —RNA, and is not present on ribosomes of fresh slices. Its appearance is inhibited by actinomycin D and therefore most probably dependent on transcription. This compound, purified from sucrose gradients, enhances in vitro leucine incorporation into peptide material by ribosomes of fresh potato slices.
The possibility is discussed that this fraction-among other factors-is responsible for the enhanced protein synthesis after slicing plant storage organs, and is indicative of a general derepression phenomenon in these tissues.
An improved method for isolation of yeast m utants auxotrophic for 5′-dTM P is presented. The procedure employs the two folic acid antagonists am inopterin and sulfanilam ide (SAA). Selectiveness of the procedure depends on concentration of SAA and time of incubation.
44 mutants auxotrophic and 3 conditionally auxotrophic for 5′-dTMP were isolated. All belong to one complementation group. The corresponding gene was designated TMP1. Tetrad dissection revealed its chromosomal nature. TMP1 is not closely linked to the genes ADE2,, LEU1, ARG 4, ILV2, HIS5, LYS1 and the mating type locus. With the centromere-linked genes ARG4 and LEU1 I gene TMP1 exhibited second division segregation frequencies of 0.42 and 0.53 respectively, indicative of centromere-linkage.
Strains auxotrophic and conditionally auxotrophic for 5′-dTM P were all respiratory deficient (petite). Genetical analysis indicates that the petite phenotype is due to loss of the rho factor in cells harbouring either tmp1 or tmp1ts alleles.
Resting potato tuber tissue possesses only faint activity of the two dehydrogenases of the oxidative pentose phosphate cycle, glucose-6-phosphate- and 6-phosphogluconate dehydrogenase. Slicing of the tissue, however, greatly enhances the action of both enzymes. The slicing-induced increase in activity is a consequence of intensified action of at least 5 glucose-6-phosphate dehydrogenase isozymes and a more differentiated activation/inactivation of seven 6-phosphogluconate dehydrogenase isozymes.
Using density labelling and isopycnic equilibrium centrifugation it could be demonstrated, that the bulk of both enzymes appearing after slicing the tissue is the result of de novo synthesis rather than activation of pre-existing proenzymes.
Die Bedeutung des Films als Meßmethode entspricht der Relevanz von Bewegungsvorgängen im Rahmen der wissenschaftlichen Problemstellungen, Die bisherigen Auswertverfahren lassen einen großen Teil der im Film gespeicherten Information unausgenutzt und sind zudem sehr zeitaufwendig, weshalb die Analyse moist unterbleibt. Eino Automatisierung des Auswertvorganges setzt, eine Anpassung von Aufnahmebedingungen und Problemstellung an die spezifischen Eigenschaften des Analyseverfahrens voraus. Verschiedene Stufen der Komplexität von Bewegungsphänomenen werden erläutert im Hinblick auf eine veränderte Betrachtungsweise, wie sie für die Aufbereitung von Problemen zur Bearbeitung durch Bildanalysegeräte erfolgen muß.
Testosterone, Androst-4-en-3,17-dione, Enzyme Induction, S trep to m yces hydrogenans After cultivation of S trep to m yces hydrogenan s in the presence of 3H-labelled testosterone, radio active steroids were extracted separately from the cytosolic, ribosomal and cell wall-membrane fraction of the cells and from the culture medium, respectively.. The separation of the steroids was performed by one-and two-dimensional thin layer chromatography (TLC). The identification of the main metabolites was achieved by crystallization to constant specific radioactivity, specific staining procedures and acetylation. The oxidation of testosterone to androst-4-en-3,17-dione is by far the predominating reaction, which is almost finished after 3 h cultivation. Androst-4-en-3,17-dione is mainly transferred into the culture medium and partly accumulated within the cell wall-membrane fraction. High polar steroid metabolites and androstane derivatives are present in very small amounts only.
In haploid and diploid S. cerevisiae the dimer yield ratio TT̂/CT̂ is found to be 1.2/1 and 1.3/1, resp., at the UV (254 nm) unit dose 1 erg/mm2, the share of TT̂ and CT̂ in a UV (254 nm) lethal hit being 0.7 TT̂ and 0.6 CT̂. A general formulation of the UV lethal hit is given and discussed. The TT̂ + CT̂ yields obtained for S. cerevisiae are compared to those reported for other organisms. It is found that there obviously exists a directly proportional linear correlation between genome size and TT̂ + CT̂ yield for the UV dose range well below the stationary levels of the TT̂ and CT̂ formation kinetics.
A screening procedure is presented which allows the isolation of yeast mutants (typ tlr) with highly efficient utilization of exogenous deoxythymidine-5′-monophosphate (5′-dTMP) (>50% ). Data are given concerning the phenomenon of 5′-dTMP utilization in general: (i) The ability of S. cerevisiae to incorporate exogenous 5′-dTMP was found to already be a wild type feature of this yeast, i. e. apparently not to be due to any mutation such as typ , tup, tmp per or tum. Consequently these mutations are interpreted as amplifiers of a pre-given wild type potency. So far eight stages of 5′-dTMP utilization were detected as classified by the optimal 5′-dTMP requirement, with 5′-dTMP biosynthesis blocked, of the corresponding mutant strains isolated. All of them fit well into a mathematical series of the type “2n × 1.5” (n = 0, 1, 2, … , 11), where the product term for n = 11 represents the 5′-dTMP requirement (μg/ml) of the best 5′-dTMP utilizing wild type strain found, (ii) Amplification of the 5′-dTMP utilizing potency obviously is due to any genetically determined alteration of the yeast 5′-dTMP uptaking principle itself or of physiological processes accompanying the monophosphate’s uptake, (iii) The functioning of 5′-dTMP uptake requires acidic (≦ pH 6) conditions in the yeast cell’s outer environment, (iv) Some yeast typ and typ tlr mutants were found to exhibit a more or less pronounced sensitivity towards exogenously offered 5′dTM P. The response of a sensitive strain towards inhibitory concentrations of the nucleotide apparently is co-conditioned by the presence or absence of thymidylate biosynthesis. With 5′-dTMP biosynthesis blocked the 5′-dTMP mediated inhibition is a permanent one and finally leads to the death of a cell. With a functioning thymidylate biosynthesis, in contrast, the inhibition is only temporary, (v) Yeast typ or typ tlr strains were observed to dephosphorylate exogenous 5′-dTMP to thymidine due to a phosphatase activity which cannot be eliminated at pH 7 + 70 mм inorganic phosphate conditions in the growth medium. This 5′-dTMP cleavage obviously occurs outside the cell and does not seem to be correlated both to the monophosphate’s uptake and to the phenomenon of 5′-dTMP sensitivity. The destruction of 5′-dTMP does not disturb (5′-dTMP) DNA-specific labelling.
The blue-green alga Anacystis nidulans (strain L 1402-1) was grown at + 37 °C in air (0.03 vol.% CO2 and in air enriched with 3.0 vol.% CO2. The effects of several inhibitors on the activity of aminotransferases, 14CO2 fixation and radioactive photosynthetic products of Anacystis were studied. No serine-pyruvate aminotransferase activity could be found in 10-2 м isonicotinyl hydrazide (INH) ; under the influence of this inhibitor aspartate and alanine aminotransferase were decreased about 49% respectively 17.6%. Serine-pyruvate and alanine aminotransferase activity decreased to more than 50% in 10-3 м glyoxalbisulfite. The obtained inhibitory effect of 10-4 м HPMS on serine-piruvate aminotransferase (35%) was stronger than on the other aminotransferases. DCMU (5 × 10-6 м) inhibition on alanine aminotransferase activity was 83.7%. Under the influence of 10-3 м glyoxalbisulfite no 14C-labelled amino acids could be detected after 5 min photosynthesis; 14C-labelling of phosphoenolpyruvate, malate, phosphoglycolate and glycolic acid increased. Isonicotinyl hydrazide (10-2 м) caused in comparison to the control experiment a lower radioactivity in aspartate, glutamate and phosphoenolpyruvate. The results are discussed with reference to the operation of the glycolate pathway and a carboxylation reaction of phosphoenolpyruvate in the blue-green alga Anacystis nidulans.
Ziel dieser Arbeit ist es, einen Überblick über die Verhaltensweisen zoolebender Zwergschimpansen (Pan paniscus Schwarz 1929) zu geben. Dabei nimmt die Beschreibung des Sozialverhaltens eine zentrale Stellung ein. Dieser Aspekt ist von besonderem Interesse, weil die Zwergschimpansen oder Bonobos durch eine regelmäßige Überflutung großer Teile ihres Lebensraumes zu einer stärker arborealen Lebensweise gezwungen sind (s. HOFW 1975) als die zweite Schiopansenart, Pan troglodytes. Das läßt neben morphologischen auch ethologische Anpassungen an ein Baumleben erwarten, und zwar sowohl in Bereichen wie Lokomotion etc.. als auch in Bezug auf das Sozialverhalten. Gerade auf diesem Gebiet aber ist unser ohnehin bruchstückhaftes Wissen über die Ethologie des Bonobo besonders gering....
Chromatin, RNA Polymerase, Potato Tuber Tissue, Aging Phenomenon The synthesis of RNA by chromatin-bound RNA polymerase (E.C. 2.7.7.6.) from white potato tubers proceeds at a low rate, which is enhanced after slicing the tissue, however. Concomitantly DNA template availability as measured with saturating amounts of Escherichia coli polymerase is diminished drastically. Nearest neighbor frequency analysis proved that the RNA synthesized on chromatin of intact tubers is different from that synthesized on chromatin of sliced tissue.
The RNA polymerase of white potato tubers is dependent on all four ribonucleoside triphos phates and a divalent metal ion such as Mg2+ or Mn2+ and totally inhibited by the presence of pyrophosphate. Actinomycin D blocks the formation of the RNA product, which could be shown to be a heteropolymer by nearest neighbour frequency technique. The Km of the chromatin-bound enzyme with regard to ATP, GTP, CTP and UTP was 5.1 X10-5 M, 1.6X10-5 M, 0.9X10-5 M and 0.45 X 10-5M/1 respectively, α-amanitin inhibits the overall activity to about 50%, which indicates the presence of equal amounts of polymerase I and polymerase If.
Phosphoenolpyruvate carboxykinase (PEPCK) from Phycomyces blakesleeanus was partially purified by protamine sulfate precipitation, ammoniumsulfate precipitation, and diethylamino ethyl cellulose (DEAE) treatment. This preparation was employed for the characterization of the enzyme. The Km values for phosphoenolpyruvate (PEP) and ADP were determined as 1.6 and 0.42 mᴍ. The nucleotid specifity was demonstrated for ADP exclusively. The use of sulfuryl reagents showed the presence of thiol groups sensitive against p-hydroxymercuribenzoate but not effected by N-ethylmaleimide.
A quantitative determination method of gallic and protocatechuic acid in cultures and liquid nutrient of Phycomyces blakesleeanus was described. Both phenolic acids were separated by TLC and the colour reaction with Folin reagent was used for a colorimetric test. This procedure was employed for investigating the formation of gallic and protocatechuic acid in cultures with optimal (10-4 m) and reduced (1.3 × 10-6 ᴍ) zinc supply showing that their production is stimulated by zinc ions.
In addition, the inhibiting effect of light on the accumulation of gallic acid was manifested, however, its excretion into the medium was uneffected by light and protocatechuic acid was not excreted at all. During the development of Phycomyces gallic and protocatechuic acid could be detected in two days old mycelium . With the sporangiophore production both acids are accumulated more rapidly in the sporangiophores. After the end of sporangiophore formation the gallic acid content increases only slightly. In contrast the total content of protocatechuic acid decreases sharply. As no excretion occurs a degradation of at least protocatechuic acid must be taken into consideration.
The cyanobacterium Synechococcus (Anacystis nidulans strain L 1402-1) was grown at + 37 °C in 3.0 vol.% CO2. The effect of preillumination with white light on the subsequent dark 14CO2 fixation was studied under aerobic conditions at + 30 °C. The radioactive carbon first incoiporated into 3-phosphoglyceric acid was transferred during the later periods of dark 14CO2 fixation to phosphoenolpyruvate and aspartate. No labelling or a very low label in sugar monophosphates could be observed. During the dark/light transients the initial fixation product was mainly aspartate. The pattern of 14C-incorporation into photosynthetic products under steady state conditions (10 min photosynthesis) varied with the temperature during the experiments. The radioactive carbon was firstly incorporated into 3-phosphoglyceric acid. During the later periods of photosynthetic 14CO2 fixation an increased 14C-incorporation into aspartate and glutamate could be observed. Our findings were interpreted with operating of a phosphoenolpyruvate carboxylation besides the Calvin cycle.
A large number of staphylinid beetles are closely associated with ants and termites (for review see Wilson 1971, Kistner 1979). Those species living with ants are commonly called myremcophiles. At least a few (Atemeles, Lomechusa) have "broken" the communication code of their host species and are thereby able to become completely integrated in the social system of the ants (Hölldolber 1967, 1970, 1971). In an attempt to understand the evolutionary pathways of this highly specialized social parasitic behavior, we studied closely related staphylinid species that do not live within the ant society but instead occupy the foraging trails and garbage dumps of an ant nest. ...
Synechococcus (Anacystis nidulans, strain L 1402-1) were grown at + 37 °C in an atmosphere of 0.04 vol.% CO2 using different light conditions. Changing the culture conditions caused alterations in pigment ratios and ultrastructure of Synechococcus. In comparison to the low white and red light grown cells under strong white light the number of thylakoids decreased and an accumulation of storage carbohydrates could be observed. The number of the polyhedral bodies also varied with culture conditions. The results are discussed with reference to the pigment composition and the function of the polyhedral bodies.
14C-and 15N-Assimilation, 15N-Labelled Amino Acids, M arine D iatom s The marine diatoms Bellerochea yucatanensis and Skeletonema costatum were grown at +20 °C in 0.03 vol.% CO2 with nitrate or ammonia. The 15N -am m onia and 15N -nitrate assim ila tion and 15N -incorporation into various amino acids were studied of both diatom s during exponential growth phase in dependence of different nitrogen conditions. In all experiments the 15N -am m onia uptake was lower than the 15N -nitrate assim ilation rate up to 20-40 min photo synthesis. N itrate lim itation -cells grown in nitrate followed by growth in nitrogen-free m edium for 24 h — caused a strong 15N-label into aspartate after adding 15NH 4C1 (1 m M). In cells grown in nitrate highest enrichment of 15N was found in glutamine. Results were discussed with reference to the operating of the GS/GOGAT system and glutam ic acid dehydrogenase pathway. Photosynthetic 14CO2 fixation experiments showed a very high labelling of aspartate which was interpreted with a phosphoenolpyruvate carboxylation catalysed by phosphoenolpyruvate carb-oxykinase.
The growth of Synechococcus at different intensities of white and red light caused changes in the pigment composition. The ratio of chlorophyll a to phycocyanin varied from 1:8,2 in LWLI-grown cells to 1:1,4 in cells grown at HWLI and to 1:15,7 in cultures exposed to HRLI. Acyl lipids were quantitatively determ ined and fatty acids of the individual lipid classes analysed by GLC. Phycocyanin-free photosynthetic lam ellae were obtained by fractional centrifugation. No variation was found in the acyl lipid composition of the m em brane preparations. These all contained MGDG, DGDG, SQDG and PG as components. In all the lipids investigated, palmitic, hexadecenoic and octadecenoic acids m ade up to more than 90% of total fatty acids. The pattern of these major components w ithin the lipids from the different cultures depended on the light used. No large differences were detected between zones obtained from LWLI and HRLI isolated membranes, whereas density gradient centrifugation of those from HWLI-grown cells resulted in a completely different pattern of bands. The variations in lipid and fatty acid composition are discussed with respect to changes observed in lipid composition of whole cells and the results reported on tem perature dependent shifts in lipid fluidity in cyanobacteria.
The cyanobacterium Synechococcus (Anacystis nidulans strain L 1402-1) was grown at +35 °C in air and in air enriched with 2.2 vol.% CO2. The effect of different oxygen concentrations (0, 2, 20, 50, 75 and 99.97 or 97.8 vol.%) was studied in low (0.03 vol.%) and high (2.2 vol.%) CO2 concentrations at + 35 °C. After exposure to a nitrogen atmosphere and low CO2 content I4C-bicarbonate was mainly incorporated into aspartate and glycine/serine. During oxygenic photosynthetic CO2 fixation label in aspartate decreased and a high degree of radioactivity could be found in 3-phosphoglyceric acid and sugar monophosphates. The Calvin cycle was the main fixing pathway in 2.2 vol.% CO2 during anoxygenic and oxygenic conditions independent on the O2 concentrations during the experiments. No oxygen enhancement of photosynthetic CO2 fixation could be found. Possible mechanism involved in CO2 fixation pathways and glycolate metabolism underlying the effect of oxygen was discussed.
A thylakoid membrane preparation isolated from the blue-green alga Anacystis nidulans was freed from carboxysomes, soluble enzymes and the pigment P750 by floating in a discontinuous sucrose density gradient. In a buffer containing sucrose and the zwitterionic detergent Miranol S2M-SF the thylakoids were loaded on a linear 10-18% sucrose density gradient which also contained Miranol. The sedimentation yielded three bands, the lower two of which were green and the upper one was orange. The light green band in the middle of the gradient was the only one to show any photosystem II activity. This was measured as light-induced electron transport from diphenylcarbazide (DPC) to dichlorophenol-indophenol (DCPIP). The activity was sensitive to dichlorophenyl-dimethylurea (DCMU).
The red absorption maximum of the particles in this middle band - henceforth called photosystem II particles - was found at 672 nm and the maximum of their low temperature fluorescence emission spectrum at 685 nm upon excitation with blue light. Cytochrome b559 was the only cytochrome found in these particles; it was present at an average ratio of one molecule cytochrome per 40 -50 molecules chlorophyll a. C550 photoreduction with accompanying photooxidation of cytochrome b559 was also observed in the photosystem II particles. Good photosystem II preparations did not contain any detectable amounts of P 700.
By means of sodium dodecylsulfate polyacrylamide gel electrophoresis the polypeptide composition of the photosystem II particles was studied. Dissolution of the chlorophyll protein complexes was done under strongly denaturing conditions; consequently, no green bands were observed on the gels. The polypeptide pattern of the photosystem II particles showed two strong predominant bands of protein components with apparent molecular weights (app. mol. wts.) of about 50 000 and 48 000. These two bands are unique for photosystem II. Two other weaker bands were also found characteristic for photosystem II, the band of a polypeptide with an app. mol. wt. of 38 000 and that of a polypeptide with an app. mol. wt. of 31 000. Sometimes in addition the weak band of a polypeptide with the app. mol. wt. 27 000 was observed on the gel. The polypeptide 38 000 aggregated upon boiling of the sample in the presence of the denaturing agents prior to the electrophoresis, yielding an aggregate with an app. mol. wt. of 50 000. Additional polypeptides which were often found in the photosystem II particle preparation could be identified as subunits of the coupling factor of photophosphorylation CF1. None of the polypeptides described as characteristic for photosystem II are due to proteolytic activity.
As the observed photosystem II activity was found to be DCMU-sensitive it appears that the DCMU-binding protein is among the here described photosystem II polypeptides. Moreover, the authors have reason to believe that one of the major protein components found characteristic for photosystem II is cytochrome b559.
The cyanobacterium Synechococcus (Anacystis nidulans, strain L 1401-1) grown under different light conditions showed variations in pigmentation. Ratios of photosynthetic pigments and the effect on quantum requirement and oxygen evolution were studied. An increase in the ratio of chlorophyll a forms with absorption maxima in the far red regime to total chlorophyll a forms was observed in cells grown in strong white light. The quantum efficiency of orange light (637 nm) - absorbed by phycocyanin - was higher after growth of Synechococcus in white than in red light. The quantum efficiency at 677 nm increased when cells were grown in red light and decreased strongly after transfering red light grown cells to conditions of strong white light. The results show an adaptation of pigment composition to light regimes during growth and its effect on photosynthesis.
Bleaching of chlorophyll was studied in the leaves of rye seedlings (Secale cereale L.) treated with four chlorosis-inducing herbicides of different potency (weak photodestructions, group 1: aminotriazole, haloxidine; strong photodestructions, group 2: San 6706, difunone). Chlorophyll deficiency and particularly the inactivation of a chloroplast marker enzyme, NADP-dependent glyceraldehyde-3-P dehydrogenase, that occurred in the presence of group 2 herbicides were stronger in red, than in blue, light.
When grown in white light of low intensity (10 lx) herbicide-treated leaves contained chloro phyll, 70 S ribosomes and unimpaired activities of NADP-dependent glyceraldehyde-3-P de hydrogenase. At 10 lx only the leaves treated with SAN 6706 and difunone were strongly carotenoid-deficient but not those treated with group 1 herbicides. After all herbicide treatments 10 lx-grown leaf tissue was, however, not capable of photosynthetic O2-evolution indicating some disorder of photosynthetic electron transport. Leaf segments grown at 10 lx were exposed to a high light intensity of 30000 lx at either 0 ° C or 30 °C. In treatments with group 1 herbicides chlorophyll accumulation was stopped in bright light at 30 °C but breakdown was not apparent. Only at 0 °C and in the presence of high, growth-reducing, herbicide concentrations chlorophyll was slightly degraded. The RNAs o f the 70S ribosomes were, however, clearly destroyed at 30000 lx and 30 °C in aminotriazole-treated leaves. In leaves treated with group 2 herbicides chlorophyll was rapidly degraded at 30000 lx both at 0 ° C and 30 °C, however, only in the presence of O2, indicating a true photooxidative and mainly photochemical nature o f the reactions involved. This chlorophyll breakdown was accompanied by the photodestruction of 70S ribosomes and the inactivation of NADP-glyceraldehyde-3-P dehydrogenase.In treatments with group 1 herbicides photoinactivation of the latter enzyme did not occur, although it was clearly localized in the bleached plastids, as demonstrated by gradient separation of organelles.
In the presence of group 2 herbicides the chlorosis was originating from a direct photo oxidation of chlorophyll, accompanied by a massive destruction of other plastid constituents and functions. In treatments with group 1 herbicides photodestructions appeared to be much weaker and insufficient to affect chlorophyll directly. Mediated through some photodestructive inter ference with obviously more sensitive plastid components, such as their ribosomes, further chlorophyll accumulation was, however, prevented.
Pheromonal synergism and inhibition in P. flammea was further studied through electrophysiological and field trapping tests. Z11-tetradecenyl acetate and Z11-hexa - decenyl acetate, each acting upon a separate type of male sensory cell, were equally effective in synergizing attraction responses to the major pheromone component, Z9-tetradecenyl acetate. Addition of Z7-dodecenyl acetate to these lures reduced captures. Male attraction specificity markedly varied with local moth density.
Effect of UV-B radiation on biomass production, pigmentation and protein content of marine diatoms
(1984)
Several species of marine diatoms were grown at + 18 °C and + 22 °C under normal air conditions (0.035 vol.% C02) at a light/dark alteration of 14: 8̄ h. Intensity of white light was 1 mW (~ 5000 lux). An artifical nutrient solution of 35%o salinity was used. Algae - harvested during exponential growth - were exposed to different intensities of UV-B radiation (439, 717 and 1230 J · m-2 · m-1) for 2 days. UV-B radiation depressed the growth of all tested marine diatoms. Low levels of UV-B resulted in a slight increase of the biomass production (dry weight) compared to not UV-B treated cells. Enhanced UV-B doses caused a diminution of the primary productivity in all species. Algae exposed to UV-B stress showed a marked decrease in the protein and pigment content (chlorophyll a, chlorophyll c1 + c2 and carotenoids). In + 22°C grown cells of Lauderia annulata and Thalassiosira rotula were more sensitive to UV-B radiation than those cultures grown at + 18 °C. Bellerochea yucatanensis cells grown at +22 °C were less affected after UV-B exposure than at +18°C grown algae. The UV-B sensibility and growth of the individual species varied in a mixture of several marine diatoms. Results were discussed with reference to the UV-B effect on metabolic processes.
Among chlorosis-inducing herbicides that interfere with carotenoid synthesis two groups of different potency can be discriminated (group 1: aminotriazole amd haloxidine; group 2 with more extensive photodestructions: pyridazinone herbicides and difunon). After application of herbicides of group 2 colored carotenoids were completely absent and preexisting chlorophyll was degraded by photochemical reactions requiring high light intensity and O2, that occurred also at 0°C. In treatments with group 1 herbicides direct photodegradation of chlorophyll was not sufficient to generate the chlorosis. Light-induced interference with constituents of the chloroplast protein synthesis apparatus being more sensitive to photooxidative damage than chlorophyll, appeared to indirectly mediate the chlorosis. In the absence of chloroplast protein synthesis further chlorophyll accumulation is prevented. Photodegradation of chlorophyll in the presence of group 2 herbicides involved the participation of O2- radicals and was accompanied by lipid peroxidation. In all herbicide treatments the catalase activity of the leaves was very low. Only in the presence of group 2 herbicides chloroplast enzymes of cytoplasmic origin (e.g. NADP-glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase) were also inactivated. Rapid inactivation of catalase as well as of NADP-glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase was induced by exposure of dim-light-grown herbicide-treated leaves to bright light, also at 0°C. In treatments with herbicides of group 2 also other peroxisomal enzymes (e.g. glycolate oxidate, hydroxy-pyruvate reductase) were affected. The elimination of these peroxisomal enzymes also appeared to depend on photooxidative processes of the chloroplast.
The marine diatoms Bellerochea yucatanensis and Thalassiosira rotula were grown at different salinities (20/25, 35, and 40/45‰ salinity (S), respectively) under normal air (0.035 vol.% CO2). No significant variations in the percentage of gross photosynthetic products (e.g. total amino acids, sugar phosphates) were found as a function of salinity during growth. The bulk of the soluble 14C-radioactivity was detected in amino acids. 14C-labelling of glutamine increased markedly with salinity. Low salt - grown algae are characterized by enhanced amino acid pools, mainly of aspartic acid, asparagine and glutamine. It was found that the tested amino acids are not involved in osmoregulation.
The cyanobacterium Anabaena flos-aquae (strain 1444) grown at different intensities of white light (900, 3500 and 30000 lux) showed changes in the content and composition of the pigments. Phycocyanin was more affected by high light conditions during growth than chlorophyll a. In comparison to in low white light grown cyanobacteria number of phycobilisomes and thylakoids decreased under strong light. A diminution of 14CO2 fixation, total amino acid content, glutamic acid and glutamine pools was found in strong white light grown cells. Under these conditions the majority of 14C-labelling was measured in sugar phosphates. After pressure treatment a marked increase of 14C-incorporation into amino acids could be obtained. Results were discussed with reference to regulation of buoyancy in Anabaena flos-aquae.
The cyanobacteria Anabaena cylindrica and Synechococcus leopoliensis (= Anacystis nidulans) were grown at different levels of UV-B radiation (439. 717, 1230 and 1405 J m -2d-1 weighted according Caldwell, 1971) for 2 days. Dry weight was hardly affected but phycocyanin content of both species decreased linearly to the level of UV-B radiation. Contents of protein, carotenoids and chlorophyll a were reduced only after exposure to high doses (1230 J m-2d-1) of UV-B radiation. Photosynthetic 14CO2 fixation of Anabaena cells was reduced linearly with increasing UV-B dose whereas no effect could be observed in Synechococcus. A depression of photosynthetic 15N-nitrate uptake was found after UV-B stress in both species. UV-B irradiance caused an increase of 15N-incorporation into glutamine, but no effect was noted for incorporation into alanine or aspartic acid. An increase of 15N-excess in glutamic acid linear with the UV-B dose was observed in Synechococcus, only. Patterns of 14C-labelled photosynthetic products were either less affected by UV-B radiation (Anabaena) or an enhancement of 14C-label in total amino acids was detected (Synechococcus). The amount of total free amino acids increased parallel to the level of UV-B radiation. Only, the high dose of UV-B (1405 J m-2d-1, weighted) results in a decrease of the glutamine pool. Our results indicate an inhibition of glutamate synthase by UV-B irradiation in Anabaena, only. Results were discussed with reference to the damage of the photosynthetic apparatus.
A role of the Qв binding protein in the mechanism of cyanobacterial adaptation to light intensity?
(1986)
Growth of the unicellular blue-green alga Anacystis nidulans in media containing sublethal concentrations of DCMU-type inhibitors of photosynthetic electron transport in strong white light gave rise to shade type appearance in this organism, as characterized by an increased ratio of phycocyanin to chlorophyll and reduced ratios, both, of carotenoids to chlorophyll and of total chlorophyll to P700. Shade type in Anacystis was caused neither by phenolic inhibitors tested nor by those known to bind to the cytochrome b6/f-complex. Surprisingly enough, the molar ratio of phycocyanin to chlorophyll in artificially shade adapted Anacystis1 grown in strong white light in the presence of 10-6 м atrazine, was found to increase with temperature for a given light intensity and with light intensity for a given temperature.
Mutants of Anaeystis with a reduced binding capacity for DCMU-type herbicides due to an amino acid exchange in the 32 kDa Qв-binding polypeptide, also called D-1 protein, were ob- served to show shade type appearance in strong light, to respond very little to changes in light intensity and to show a reduced capability to further change their appearance to shade type by binding of competitors of Ob to the 32 kDa polypeptide.
In Anaeystis a concentration of atrazine (10-7 м), ten times lower than the one causing the highest rate of shade adaptation (10-6 м), was shown to induce an optimum in cell density, which in turn resulted in an optimum in light-dependent O2 evolution. Both factors together might be responsible for the so-called greening effect observed in higher plants treated with sublethal concentrations of DCMU-type inhibitors of photosynthetic electron transport.
Die Schleiereule (Tyto alba) ist eine in fast allen Regionen der Erde vorkommende Eulenart. In Mitteleuropa erreicht sie die nördlichste Grenze ihres Verbreitungsgebiets. Man trifft sie hier in tiefergelegenen, waldarmen Gegenden an. Eine Arbeitsgruppe der Hessischen Gesellschaft für Ornithologie und Naturschutz (HGON) und des Deutschen Bund für Vogelschutz (DBV) führt im hessischen Main-Kinzig-Kreis seit 1976 Maßnahmen zum Schutz der Schleiereulen durch. Dazu gehören das Anbringen von Brutkisten an geeigneten Stellen und Winterfütterungsversuche. Die Brutkisten wurden jedes Jahr kontrolliert und die sich darin befindenden Jungvögel beringt. Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Darstellung von Ergebnissen der Untersuchungen aus den zurückliegenden 12 Jahren. Dabei wird das Hauptaugenmerk einamal auf die Brutbiologie der Schleiereule und zum anderen auf die Disnigration der jungen Eulen gelegt.
Wiederfang von zwei Sumpfmeisen (Parus palustris) nach einer Serie von Orientierungsversuchen
(1989)
We controlled two Marsh Tits in mist nets after they have been in orientation experiments for several weeks and released at the site of capture. One was controlled 1 1/2 years after the tests. There does not seem to be any impact of the experiments on the ability to survive well.
The cyanobacterium Synechococcus leopoliensis (Anacystis nidulans, strain L 1402-1) grown at 39 °C and 2 vol. % CO : could be synchronized by a light/dark regime of 3:5 h (white light intensity 1.5 × 104 erg cm-2 sec-1). Content of pigments (chlorophyll a. phycocyanin and carotenoids), R N A and proteins increased linearly up to 100% at the end of the light period while DNA synthesis was lower. Chlorophyll a synthesis was correlated to the photosystem I activity of the isolated thylakoids and to the formation of MGD G . Galacto lipids were synthesized in the light period, only. A lag phase of 2h was observed in the biosynthesis of SQDG and PG. No significant differences were found between the cell and thylakoid fractions. Palmitic (C16:0), hexadecenoic (C16:1) and octadecenoic (C18:1) acid as major com ponents accounted for more than 90% of total fatty acids in MGD G , DGDG and SQDG . PG contains a small amount of stearic (C18:0) and heptadecenoic (C17:1) acid. No significant variations in the fatty acid distribution of all lipids could be detected in the cell fraction during the division cycle. Changes in the ratio of saturated to unsaturated fatty acids were found in isolated thylakoids. only. In experiments with [14C]bicarbonate main radioactivity was measured in galacto lipids while using [14C]acetate SQDG and PG were markedly [14C]labelled. Results were discussed with reference to the findings of eucaryotic algae and the formation of photosynthetic membranes.
The absolute configurations of the diastereomeric 10-hydroxyaloins, which may be regarded as parent structures for other naturally occurring oxanthrone-C-glucosyls, have been established as 10R, 16 R (A) and 10 S, 16 R (B) by an X-ray structure analysis of the A-octaacetyl derivative (C 16 is the anomeric glucosyl carbon atom). The determination was confirmed by CD spectroscopic comparison with the structural analogues aloins A and B, which should prove useful for making future configurational assignments within this class of compounds. A conformational analysis by the use of a molecular modeling method based on force-field calculations reveals the presence of an extra- and an intra-form, the extra-form of which is energetically preferred.
Mutants of Anacystis R2 with different amino acid exchanges in positions 255 and/or 264 in copy I of the psbA gene, leading to different tolerances to DCMU-type herbicides, are com- pared with the respective wild type concerning pigmentation and incorporation of 35S into the D1 protein upon growth in the presence of [35S]methionine. All mutants have shade-type appearance compared to the wild type, although to different extents depending on site and mode of the amino acid exchange in the D1 protein. Except for 3 mutants, there is no correlation between shade-type appearance on one hand and resistance towards a certain inhibitor on the other hand.
Not only the molar ratio of phycocyanin (PC) to chlorophyll (Chi) is higher in all mutants compared to the respective wild type, but also the rate of synthesis of the D1 protein. On the background of different levels of total 35S incorporation within 18 min, D1 synthesis can be related to shade adaptation. Degradation of the D1 protein remains to be thoroughly studied in this context.
No reproducible differences in whole chain electron transport were observed between mutants and wild type.
The anion transport protein of the human erythrocyte membrane, band 3, was solubilized and purified in solutions of the non-ionic detergent nonaethylene glycol lauryl ether and then reconstituted in spherical egg phosphatidylcholine bilayers as described earlier (U. Scheuring, K. Kollewe, W. Haase, and D. Schubert, J. Membrane Biol. 90, 123-135 (1986)). The resulting paucilamellar proteoliposom es of average diameter 70 nm were transformed into smaller vesicles by French press treatment and fractionated according to size by gel filtration. The smallest protein-containing liposomes obtained had diameters around 32 nm; still smaller vesicles were free of protein. All proteoliposome samples studied showed a rapid sulfate efflux which was sensitive to specific inhibitors of band 3-mediated anion exchange. In addition, the orientation of the transport protein in the vesicle membranes was found to be “right-side-out” in all samples. This suggests that the orientation of the protein in the vesicle membranes is dictated by the shape of the protein’s intramembrane domain and that this domain has the form of a truncated cone or pyramid.
In the course of the odontogenesis of bovine incisors several clearly distinguishable phosphohydrolase activities are observed in the pulp and in dental hard tissues. Using various substrates and inhibitors, unspecific alkaline phosphatase, two isoenzymes of acid phosphatase, Ca2+-activated ATPase and inorganic pyrophosphatase are characterized. The enzymatic activity of alkaline phosphatase in pulp and hard tissues is significantly high at the beginning of dentine and enamel mineralization. The specific activity of this enzyme decreases quite fast with the beginning of root formation, then more slowly, until it reaches a constant final value. Histochemical studies show that during mineralization the maximum of alkaline phosphatase activity is in the subodontoblasts. Lower enzyme concentrations are found in the stratum intermedium and in the outer enamel epithelium during that process.
The specific activities of ATPase, acid phosphatases and pyrophosphatase show little temporal variation during tooth development, but they also appear in a characteristic spatial pattern in the dental tissues.
A first model of the three-dimensional structure of the photosynthetic reaction center of the mutant T1 (SerL 223 → Ala, ArgL 217 → His) from Rhodopseudomonas viridis, resistant toward the triazine herbicide terbutryn (2-methylthio-4-ethylamino-6-f-butylamino-5-triazine), has been developed from X-ray data measured to a resolution of 2.5 Å. The secondary quinone, QB, which in T1 binds better than in the wild type, is present in the crystals. Both substituted residues are clearly visible in the difference fourier map. The replacement of these two residues in the QB site causes only minor changes in the overall structure of the protein.
Young poplar cuttings (Populus nigra L. cv. Loenen and P. maximowiczii Henry x P. nigra L. cv. Rochester) were exposed for six weeks in open-top chambers to realistic concentrations of pollutant mixtures: 1) control; 2) SO2/NOx; 3)O3/ NOx and 4)SO2/O3/NOx. In this sequence of fumigation variants, the degree of influence of the various parameters of the nitrogen metabolism and of premature leaf drop increased very frequently compared to the control plants, P. nigra L. proving to be the more sensitive species.
The elevated Kjeldahl nitrogen content of the fumigated leaves was accompanied by either an increase in free amino acids or in total protein or, in the case of particularly large rises (SO2/O3/NOx variants), by increases in both substance groups. Proteolytic processes as a cause of the elevated content of free amino acids could be excluded to a large extent. A diminished de novo synthesis of proteins obviously led to a shift in the amino acid/protein relationship. In the younger fumigated leaves, the total concentration of free amino acids exceeded the values of the older leaves. The elevated amino acid content of the fumigated leaves was produced to a high degree by the glycolate pathway and the Krebs cycle. The increased turnover of the carbon skeletons was connected with a drastic starch degradation, especially in the older leaves.
The interaction of the amino acid and carbohydrate metabolisms is probably an important regulator in the promotion of rapid growth of young leaves in order to compensate premature leaf loss.
By a comparative thin layer chromatographic screening of the methanol-soluble leaf exudates from more than 400 Aloe plants (183 species), 5-hydroxyaloin A was identified in 20 species. Whilst 13 of the 20 species revealed interindividual variations concerning to the occurrence of 5-hydroxyaloin A, this anthrone-C-glucosyl was unambiguously detected in each individual of 6 Aloe species. In the leaf exudates from A. marlothii Berger 5-hydroxyaloin A was only traceable in the aloin-containing chemivars. The complete anthrone-C-glucosyl pattern of these 7 clearly characterized species has been determined additionally by qualitative and quantitative high performance liquid chromatography: The results obtained demonstrate that 5-hydroxyaloin only occurs in the more stable A-configuration (10 R, 1′S), thus being till now the only anthrone-C-glycosyl which has not been found as diastereomeric pair genuinely in plants. As well, 5-hydroxyaloin A characterizes a quantitatively significant hydroxylating pathway in biosynthesis of anthranoids. It is discussed as a chemotaxonomic marker of the genus Aloe, especially of the sections Pachydendron and Eualoe.
Formation of major prenylquinones and carotenoids was investigated by comparing the incorporation of [14C]mevalonate into segments of different age from green and etiolated leaves of 22 C-grown rye seedlings (Secale cereale L.) and from 32 C-grown rye leaves which contained bleached and proplastid-like ribosome-deficient plastids, due to a heat-sensitivity of 70S ribosome formation. The contents of plastidic isoprenoids were much lower (between 2 - 30%) in the achlorophyllous than in green leaves. In green leaves [14C]mevalonate incorporation into non-polar lipids and into plastoquinone was partially inhibited in the presence of gabaculin, an inhibitor of chlorophyll synthesis. However, except for β-carotene, [14C]mevalonate incorporation into isoprenoids continuously increased with age also in achlorophyllous etiolated or 32 °C-grown, as in green, leaves and was, except for P-carotene and plastoquinone, higher in etiolated than in green leaves. In bleached °32 C-grown leaves [14C]mevalonate incorporation into all plastidic isoprenoids was strikingly (up to 45-fold) higher than in green control leaves. While degradation of P-carotene was greatly enhanced in bleached 32 °C-grown leaves, relative to green control leaves, and could thus compensate for a higher apparent synthesis, chase experiments did not reveal any marked differences of the turnover of other isoprenoids. The half times of plastoquinone. phylloquinone and lutein were in the order of 2-3 days. Within a 24 h chase period a-tocopherol degradation did not become apparent. Uptake of [14C]mevalonate and [14C]isopentenyl pyrophosphate by isolated bleached plastids from 32 °C-grown leaves was much more rapid than by chloroplasts and resulted in higher precursor accumulation within the organelle. While mevalonate incorporation into isoprenoid lipids was not detected, isopentenyl pyrophosphate was incorporated into isoprenoid lipids, including plastoquinone. Rates of incorporation by isolated chloroplasts or bleached plastids were of similar order. The results illustrate that divergent types of plastid differentiation are associated with fundamental developmental changes of the metabolic flow of isoprenoid precursors between different products and compartments and, in particular, with changes of import into the plastid compartment.
The marine diatom Ditylum brightwellii (West) Grunow isolated from the Baltic Sea could be synchronized by a light/dark rhythm of 6.5:17.5 h (white light intensity 8 W m-2) at 18 °C and 0.035 vol.% CO2. Content of protein, DNA and RNA increased linearly up to the end of the cell cycle. Pigments (chlorophyll a, chlorophyll c1 + c2, carotenoids) and galactolipids were synthesized in the light period only. A lag phase of 2 h was observed in the biosynthesis of sulphoquinovosyl diacylglycerol and phosphatidylglycerol. Formation of phosphatidylglycerol and phosphatidylcholin continued in the dark period (30% and 28%, respectively). The pattern of major fatty acids (C14:0, C16:1, C16:0, C18:1 and C20:5) varied during the cell cycle of Ditylum.
Biosynthesis of acyl lipids was reduced in dependence on the UV-B dose. The most sensitive lipid was digalactosyl diacylglycerol (total inhibition at 585 J m-2), whereas phosphatidylcholin was less affected (20% reduction). UV-B radiation during the dark period had no effect on the lipid and pigment content. Strongest inhibitory effect of UV-B on cell division, synthesis of protein, pigments, sulphoquinovosyl diacylglycerol and phosphatidylglycerol was found after UV-B radiation at the beginning of the cell cycle (0.-2. h). An exposure time at the end of the light period (4.-6. h) led to a marked damage on the synthesis of monogalactosyl diacylglycerol and phosphatidylglycerol. These findings indicate a stage-dependent response of Ditylum to UV-B irradiance. The impact of UV-B resulted in an increase of unsaturated long chained fatty acids (C18, C20) and in a diminution of short chained fatty acids (C14, C16). Content of ATP was not affected by UV-B radiation under the used conditions. The inhibitory effect of UV-B on synthesis of DNA, RNA, protein and acyl lipids was mainly reversible. Results were discussed with reference to UV-B damage on the enzymes involved in the biosynthesis of acyl lipids and by a reduction of available metabolites.
The accumulation and distribution of characteristic secondary products in the different organs of an Aloe plant (A. succotrina Lam.) were studied by high performance liquid chromatography for the first time. In the leaves of the Aloe plant, only anthrone-C-glycosyls of the 7-hydroxyaloin type and, for the first time in plant material, the free anthraquinone 7-hydroxyaloeemodin were found. In contrast to previous reports on the distribution of secondary products in Aloe plants, anthrone-C-glycosyls were also detected in flowers, bracts and the inflorescence axis of the species examined. Aloesaponol I, a tetrahydroanthracene aglycone, was only present in the underground organs and in the stem. The 2-alkylchromone-C-glucosyl aloeresin B showed no specific occurrence as it was found in every type of organ. Based on these results and the findings of recent studies on Aloe roots and flowers, a distribution scheme of polyketide types in the Aloe plant was established. It suggests a separate and independent anthranoid metabolism for underground Aloe organs and stem on the one hand, and for leaves and inflorescence organs on the other hand. In the latter structures anthranoid metabolism seems to be additionally compartmentalized as the anthranoid pro files of inflorescence organs and leaves differ in two points relevant to anthranoid biosynthe sis: firstly, the occurrence of anthrone aglycones and secondly, the individual content of corresponding anthrone-C-glucosyl diastereomers.
Einige Vogelarten verstecken im Herbst Samen, um die Samenverstecke im darauffolgenden Winter wieder auszubeuten. In der vorliegenden Arbeit wurde untersucht, wie sich der Kiefernhäher (Nucifraga columbiana), der Eichelhäher (Garrulus glandarius) und die Sumpfmeise (Parus palustris) beim Schaffen und Ausbeuten ihrer Wintervorräte orientieren. Bei den beiden Häherarten sollte herausgefunden werden, ob der Sonnenkompaß eine Rolle bei der Orientierung spielt, wie schon bei dem Buschblauhäher (WILTSCHKO & BALDA 1989) gezeigt werden konnte. Bei den Sumpfmeisen wurde zum einen untersucht, ob eine experimentelle Veränderung des Erdmagnetfeldes eine Rolle bei der Orientierung spielt. Weiterhin wurde untersucht, ob eine Veränderung der Position von zwei starken Scheinwerfern eine Rolle bei der Orientierung der Meisen spielt. Die Versuche mit Kiefernhähern wurden in Flagstaff (Arizona), die mit Eichelhähern und Sumpfmeisen in Frankfurt am Main durchgeführt. Die Versuche mit Kiefernhähern und Eichelhähern fanden in gleichartigen Volieren unter der natürlichen Sonne statt. Die Vögel durchliefen eine Serie von klassischen Zeitumstellungsversuchen. Die Kiefernhäher wurden darüber hinaus unter verschiedenen Licht- und Schattenverhältnissen getestet. Die Sumpfmeisen wurden in einem Versuchskäfig in einer Holzhütte unter Kunstlichtbedingungen getestet. In einer Versuchsserie wurde die Horizontalkomponete des den Versuchskäfig umgebenden Erdmagnetfeldes um 120° gedreht. In einer weiteren Versuchsserie wurde mit zwei Halogenscheinwerfern gearbeitet, deren Position während der Versuche verändert wurde. Es konnte gezeigt werden, daß sowohl beim Kiefernhäher als auch beim Eichelhäher die Sonne eine entscheidende Rolle bei der Orientierung beim Samenverstecken und der Samensuche spielt. Bei beiden Corvidenarten ist die Sonne hier in einem redundanten, multifaktoriellen System eingebunden wie es auch schon für Zugvögel und Brieftauben nachgewiesen werden konnte. Es gibt Anzeichen dafür, daß Kiefernhäher, die den Tageslauf der Sonne länger nicht mehr mitverfolgen konnten, den Sonnenkompaß erst wieder erlernen müssen. Es konnte gezeigt werden, daß die Genauigkeit, mit der die Kiefernhäher ihre versteckten Samen finden, in mehreren, aufeinander folgenden Versuchen abnimmt. Kiefernhäher besitzen ein komplizierteres Orientierungssystem als der in der Vorstudie (WILTSCHKO & BALDA 1989) untersuchte Buschblauhäher, da sie auch ökologisch mehr auf die versteckten Samen angewiesen sind, als die Buschblauhäher. Desweiteren konnte gezeigt werden, daß Eichelhäher in der Lage sind, die Position von Orten, die ihnen in einer Trainigsphase antrainiert wurde, auch nach einer versuchsfreien Phase von drei Monaten fehlerfrei wiederzufinden. Bei Sumpfmeisen konnte gezeigt werden, daß sie in der Lage sind, sich nichtvisuell zu orientieren. Ob das Erdmagnetfeld hierbei eine Rolle spielt, konnte weder bestätigt noch ausgeschlossen werden. Es konnte gezeigt werden, daß die Position der Halogenscheinwerfer bei der Orientierung der Sumpfmeisen während der Samensuche eine Rolle spielt. Es gelang in dieser Arbeit, die Hypothese zu bestätigen, daß Vögel Kompaßmechanismen nicht nur zur Orientierung während des Vogelzuges oder dem Rückflug zum Nest sondern auch in ihrem unmittelbaren Umgebungsbereich benutzen.
Die Erhaltung des Muskeltonus, der die Grundlage für die aufrechte Körperstellung und die Feinabstimmung von Bewegungsabläufen bildet, erfordert ein Gleichgewicht der inhibitorischen und exzitatorischen Impulse, die in den neuronalen Regelkreisen des Rückenmarks verarbeitet werden. Im Rückenmark und Stammhirn von Wirbeltieren wird die synaptische Inhibition vom Strychnin-sensitiven Glyzinrezeptor (GlyR) vermittelt. Dieser liganden-gesteuerte Ionenkanal ist ein pentamerer Proteinkomplex aus drei a- und zwei ßUntereinheiten, der durch ein peripheres Membranprotein, das Gephyrin, in der neuronalen Membran verankert ist. Für die ligandenbindende a-Untereinheit konnten eine Vielzahl von Varianten isoliert werden, die für die Bildung verschiedener GlyR-Isoformen verantwortlich sind. Mutationen, die die Gene für die GlyR-Untereinheiten betreffen, sind stets mit chronischen Bewegungsstömngen assoziiert. So sind Punktmutationen im Gen für die GlyR al-Untereinheit für die Hyperekplexie (Startle Disease) verantwortlich, eine humane Erbkrankheit, die durch ausgeprägte Schreckreaktionen und episodische Muskelsteifheit charakterisiert ist. Die spontanen Mausmutanten spastic (spa), spasmodic (spd) und oscillator (ot), die vergleichbare Bewegungsstömngen manifestieren, tragen ebenfalls Mutationen in den Genen für die GlyR-Untereinheiten. Bei der Mausmutante spa führt eine Transposoninsertion, die im Gen für die GlyR ß-Untereinheit lokalisiert ist, zu einer Störung der GlyR ßExpression. Bei den Mausmutanten spd und ot wurden, wie bei Hyperekplexiepatienten, Mutationen im Gen für die a 1-Untereinheit identifiziert. Diese Mutation führt bei der spasmodischen Maus zu veränderten Rezeptoreigenschaften und bei oscillator zum völligen Verlust der al-Untereinheit. Die Analogie der murinen und humanen Erbkrankheiten ermöglicht die Verwendung der Mausmutanten bei der Entwicklung von in vivo Tiermodellen, die zur Erforschung der molekularen Grundlagen der Glyzinrezeptorfunktion und zur Untersuchung von GlyR-Defekten des Menschen geeignet sind. Für die Entwicklung solcher Tiermodelle wurde in der vorliegenden Arbeit versucht, die hereditären Bewegungsstörungen der Mausmutanten spa, spd und ot durch therapeutischen Gentransfer zu komplementieren. Hierbei sollten die in den Mausmutanten defekten Rezeptorstmkturgene durch solche fremder Spezies ersetzt werden.
Für die genetische Rettung der spastischen Mausmutante wurden transgene Mäuse entwickelt, die die ß-Untereinheit der Ratte in ihrem Nervensystem überexprirnieren. Durch Einbringen der Transgenallele in den genetischen Hintergrund der spastischen Maus konnte deren Menge an funktionellen GlyR ß-Transkripten vergrößert werden. Hierdurch konnte eine Zunahme an funktionellen GlyR-Molekülen erreicht und die Manifestierung ihres mutanten Phänotyps verhindert werden. Dies liefe11e zum einen den formalen Beweis für den Zusammenhang von identifiziertem Gendefekt und mutantem Phänotyp und zeigte, daß GlyR-Untereinheiten über Speziesbarrieren hinweg wirksam sind. Zum anderen wurde deutlich, daß das Erscheinen der adulten GlyR-Isoform (GlyRA) an der Membranoberfläche in vivo direkt von der Verfügbarkeit funktioneller ß-Untereinheiten abhängig ist. Darüber hinaus konnte zum ersten Mal gezeigt werden, daß die normale Funktion des glyzinergen Systems bereits dann gewährleistet ist, wenn nur 25% an funktionsfähigen ß-Transkripten gebildet werden bzw. wenn nur ca. die Hälfte der im Wildtyp vorhandenen GlyRA-Moleküle die neuronale Membranoberfläche erreichen.
Zur genetischen Rettung der Mausmutanten spasmodic und oscillator wurden, in analogen Versuchsansätzen, transgene Mauslinien etabliert, die die GlyR al-Untereinheit des Menschen in ihrem Nervensystem überexprimieren. Nach Einbringen der Transgenallele in den genetischen Hintergrund der ot Maus konnte deren Phänotyp partiell komplementiert werden. Eine vollständige Rettung dieser Mausmutante bzw. eine Komplementation des spasmodischen Phänotyps konnte, vermutlich aufgrund zu niedriger Transgenexpressionsrate, nicht erreicht werden. Dennoch zeigte das Ergebnis, daß die humane al-Untereinheit in der Maus Funktion übernehmen kann, eine Grundvoraussetzung für die Entwicklung von Mausmodellen, die zur Untersuchung des Pathomechanismus mutierter GlyR-Untereinheiten des Menschen geeignet sind.
Zweites Ziel der vorliegenden Arbeit war die Entwicklung von transgenen Mäusen, die die rekombinante GlyR-Untereinheit "Chl" in ihrem Nervensystem exprimieren, für die in vitro gezeigt wurde, daß sie eine dominant negative Wirkung auf die GlyR-Aktivität entfaltet. Durch den Einsatz dieser Untereinheit sollte die GlyR-Aktivität in vivo gezielt reduziert werden und damit der Pathomechanismus der al-Untereinheit in Hyperekplexiepatienten, die ebenfalls als dominant negative GlyR-Untereinheit wirkt, simuliert werden. Die molekularbiologischen Analysen der etablierten Chl-transgen Linien zeigten, daß die transgene Untereinheit, anders als erwartet, die Expression der ligandenbindende al-Untereinheit beeinflußt. Diese Erkenntnis steht im Gegensatz zu den Ergebnissen aus entsprechenden Experimenten mit in vitro Systemen und macht deutlich, daß in vitro Modelle die in vivo Situation nicht unbedingt repräsentieren müssen. Dies unterstreicht die Bedeutung von Tiermodellen bei der Untersuchung der molekularen Grundlagen der glyzinergen Nervenübertragung und bei der Erforschung von humanen Glyzinrezeptordefekten.
Cucumber plants (Cucumis sativus L.) were grown under controlled conditions and fumigated with either O3, diluted automobile exhaust or a combination of both. The ratio of variable to maximum chlorophyll fluorescence (Fv/Fm) was estimated as a measure of PSII activity Activities of the enzymes catalase, glutathione reductase and guaiacol-dependent peroxidase and contents of the antioxidants ascorbate and glutathione were assayed as potential indicators of oxidative stress. The behavior of catalase and of PSII are of particular diagnostic interest because they require continuous repair in light. Exposures of up to 13 days to moderate concentrations of the pollutant gases alone did not induce striking changes in any of the activities that were assayed. A lso when the plants were subjected to an additional stress treatment by exposing them to 4 short cold treatments (2h each at 0 - 4 °C in light on days 12-15 after sowing) which induced marked declines of the Fv/Fm ratio, the chlorophyll content and the catalase activity, these cold-induced symptoms of photodamage were not significantly enhanced by the fumigation treatments. However, increases of the activities of glutathione reductase and peroxidase observed during a period of recovery following the cold-exposures were markedly higher in O3-fumigated plants, as compared to plants grown in filtered air or fumigated with car exhaust alone. The results emphasize that effects of moderate pollutant exposures may be latent or delayed over long time periods and that defence responses can be enhanced when plants are exposed to additional, naturally occurring stress situations.
A non-radioactive cell-free assay was developed to quantitatively determine inhibition of plant-type phytoene desaturase by bleaching herbicides. An active desaturase was prepared from an appropriately cloned E. coli transformant. Another E. coli transformant was used to produce the required phytoene. Phytofluene and t-carotene, the products of the desaturase reaction, were either determined by HPLC or optical absorption spectra. Enzyme kinetics and inhibition data for the bleaching tetrazole herbicide WL110547 are presented as an example.
The radiation-sensitive mutant pso4-1 of Saccharomyces cerevisiae shows a pleiotropic phenotype, including sensitivity to DNA cross-linking agents, nearly blocked sporulation and reduced mutability. We have cloned the putative yeast DNA repair gene PSO4 from a genomic library by complementation of the blocked UV-induced mutagenesis and of sporulation in diploids homozygous for pso4-1. Sequence analysis revealed that gene PSO4 consists of 1512 bp located upstream of UBI4 on chromosome XII and encodes a putative protein of 56.7 kDa. PSO4 is allelic to PRP19, a gene encoding a spliceosome-associated protein, but shares no significant homology with other yeast genes. Gene disruption with a destroyed reading frame of our PSO4 clone resulted in death of haploid cells, confirming the finding that PSO4/PRP19 is an essential gene. Thus, PSO4 is the third essential DNA repair gene found in the yeast S.cerevisiae.
Die Makrophytenvegetation eines stillgelegten Kanalabschnittes ("Alte Fahrt") bei Senden in Westfalen hat sich seit Beginn der 90er Jahre drastisch verändert. Aus einem typischen Potamogetonetum lucentis sind Reinbestände von Myriophyllum spicatum geworden, denen stellenweise Ceratophyllum demersum beigemischt ist. Die Ursachen für diese gravierenden Vegetationsveränderungen sind nicht klar. Da es sich um einen der bedeutendsten westfälischen Standorte des Potamogetonetum lucentis, einer in Nordrhein-Westfalen stark gefährdeten Pflanzengesellschaft, handelte, sind weiterführende Untersuchungen und Versuche zur Wiederansiedlung zu fordern.
Genetic engineering of baker’s and wine yeasts using formaldehyde hyperresistance-mediating plasmids
(1997)
Yeast multi-copy vectors carrying the for maldehyde-resistance marker gene SFA have proved to be a valuable tool for research on industrially used strains of Saccharomyces cerevisiae. The genetics of these strains is often poorly understood, and for various reasons it is not possible to simply subject these strains to protocols of genetic engineering that have been established for laboratory strains of S. cerevisiae. We tested our vectors and protocols using 10 randomly picked baker’s and wine yeasts all of which could be transformed by a simple protocol with vectors conferring hyperresistance to formaldehyde. The application of formaldehyde as a selecting agent also offers the advantage of its biodegradation to CO2 during fermentation, i.e., the selecting agent will be consumed and therefore its removal during down-stream processing is not necessary. Thus, this vector provides an expression system which is simple to apply and inexpensive to use. Key words: · Yeast · Transformation · Hyperresistance to formaldehyde
RT-PCR zur Detektion von HCV: Für die Diagnostik und für Untersuchungen zur Pathogenese des Hepatitis C Virus ist es notwendig, eine sensitive und reproduzierbare RT-PCR zur Verfügung zu haben. Die Austestung verschiedener PCR-Verfahren zeigte, daß der Einsatz einer One-Step-PCR für die Diagnose der HCV-PCR die besten Voraussetzungen in bezug auf die Sensitivität und das Risiko für Produktkontaminationen besitzt. Die RT-PCR zeigte bei der Durchführung mit verschiedenen Primern, welche innerhalb der 5'-NC-Region anlagerten, große Unterschiede in der Sensitivität, welche wahrscheinlich auf die Sekundärstruktur der 5'-NC-Region zurückzuführen sind. Um den Zusammenhang zwischen Virustiter und dem Krankheitsverlauf bzw. die in vitro Replikation von HCV zu untersuchen, wurde eine quantitative RT-PCR etabliert. Für die Generierung einer Standard-RNA wurde mit Hilfe der "site-directed mutagenesis" ein 25 Basen umfassender Bereich innerhalb der 5'-NC-Region des Hepatitis C Virus ausgetauscht. An die resultierende cDNA wurde durch die Amplifikation mit speziell konstruierten Oligonukleotiden eine T7-Promotor-Sequenz angehängt. Mit Hilfe der T7-Polymerase wurde die auf diese Weise konstruierte cDNA in RNA umgeschrieben. Die mit diesem RNAStandard durchgeführte PCR hat nicht, wie andere beschriebene quantitative RT-PCRMethoden, den Nachteil der Bildung von Heteroduplexstrukturen bzw. der bevorzugten Amphfikation kürzerer DNA-Fragmente, was zu einer Unter- oder Überschätzung der HCVRNA führen kann. Mit der hier etablierten quantitativen RT-PCR ist es möglich, zehn RNAMoleküle zu detektieren. Dies entspricht etwa 500 HCV-Molekülen pro ml Serum. Die Anwendung der quantitativen RT-PCR bei 32 Patienten mit chronischer Hepatitis C Infektion zeigte keinen Zusammenhang zwischen dem Virustiter und der Höhe der Transaminasen bzw. des klinischen Erscheinungsbildes. Die Viruskonzentration schwankte von 105 bis 109 HCV-RNA-Molekülen pro ml Serum. Bei Patienten unter Interferon-Therapie zeigte sich, daß das Absinken der Transaminasen nicht in allen Fallen mil einer Eliminierung derHCV-RNA im Serum korreliert. In vitro Replikation von HCV und Untersuchungen zur Tumorigenität: Für viele Untersuchungen zur Pathogenese insbesondere der Tumorigenese des Hepatitis C Virus ist es notwendig, ein in vitro Replikationssystem zu etablieren. Die Replikation von HCV konnte in den Zellinien Molt4, Raji, Huh7 bzw. in PBMLs, immortalisierten Hepatozyten und primären Hepatozyten nachgewiesen werden. Jedoch war die Viruskonzentration nur sehr gering, und das Virus nur sporadisch an einigen Tagen in den Zellen bzw. im Überstand zu detektieren. Die ausgetesteten Zellsysteme waren nicht ausreichend, um Untersuchungen zur Pathogenese des Hepatitis C Virus korrekt durchführen zu können. Der Einsatz von PEG bzw. von Lipoproteinen hatte keinen Einfluß auf die in vitro Replikation des Virus. Sequenzvergleiche zwischen HCV-Isolaten aus Tumorgewebe und Isolaten aus umgebendem "gesundem" Gewebe sollten Aufschluß über mögliche direkte Einflüsse des Hepatitis C Virus auf die Entstehung hepatozellulärer Karzinome geben. Sequenzvergleiche innerhalb der 5'-NC-Region des Hepatitis C Virus zeigten keine Unterschiede zwischen Virus-Isolaten aus Tumor- bzw. Peritumorgewebe. Anhand der direkten Sequenzierung eines Bereiches der NS5- Region konnte das Vorhandensein verschiedener HCV-Varianten im Tumor- und im Peritumorgewebe nachgewiesen werden. Durch Isolierung und Sequenzierung von Isolaten aus jeweils drei verschiedenen Bereichen des Tumors bzw. des Peritumors konnte gezeigt werden, daß es sich nicht um eine zufällige Verteilung von HCV-Varianten über das Lebergewebe handelt, sondern um Tumor- bzw. Peritumor-spezifische Varianten. Die aus dem Tumor isolierten HCV-Core-Sequenzen wiesen alle im Vergleich zur Peritumor- bzw. Serumsequenz Veränderungen auf. Die Tumorsequenzen besitzen Mutationen, die entweder zu einem Abbruch der Proteinsynthese nach 28 bzw. 41 Aminosäuren führen oder zu einem Verschieben des Leserasters und dadurch bedingt, zu einer veränderten Aminosäuresequenz nach 19 bzw. 51 Aminosäuren. In Transformationsexperimenten mit NIH/3T3- und Rat1-Zellen konnte gezeigt werden, dass drei der aus dem Tumor isolierten Sequenzen die Proliferation der Zellen beeinflussen können. So konnten mit diesen Sequenzen transfizierte Zellen in 0.5 % FCS-haltigem Medium wachsen. Keine der Sequenzen konnte im Nacktmausversuch die Entstehung von Tumoren induzieren.
Die Bioinformatik dient der Lösung biologischer Probleme und Erkenntnisgewinnung mit Hilfe informatischer Methodik. und stellt das Bindeglied zwischen der Informationswissenschaft und der Lehre des Lebens dar. Eine festgeschriebene Definition des Begriffes „Bioinformatik" existiert nicht: Sie umfaßt ein weites Feld, beginnend bei der automatischen Sequenzierung ganzer Genome, über Funktionsanalysen durch Homologiesuchen in Datenbanken, Strukturvorhersagen und Modelling, bis hin zur chipgesteuerten Prothetik. Unterstützende Arbeit in der Molekularbiologie leistet die Bioinformatik bei der Aufnahme und Verwaltung von Nukleotid– und Aminosäuresequenzen in Datenbanken. Der rasante Fortschritt bei der Sequenzierung ganzer Genome führt zu explosionsartig ansteigender Datenfülle und damit zu stetig wachsenden bioinformatischen Anwendungsmöglichkeiten, die ihrerseits notwendig sind, um diese Datenfülle zu bewältigen. Die Genomprojekte erbrachten bislang die vollständige Sequenz der Genome von Species aus allen drei Überreichen: Eubakterien: Haemophilus influenza [17], Mycoplasma genitalium [18], Synechocystis sp [29]. u.a. Archaebakterien: Methanococcus jannaschii [16] u.a. Eukaryonten: Saccharomyces cerevisiae u.a. Ende 1998 soll auch die Sequenzierung des Nemathelminten (Rundwurm) Caenorhabditis elegans und den Menschen abgeschlossen sein................ Im Rahmen dieser Diplomarbeit sollte ein Programm entwickelt werden, das die intrinsischen Eigenschaften eines Proteins vorhersagt. Es soll die Ausgabe der Ergebnisse von drei Programmen (Coils2, TopPred2 und SignalP) analysieren und interpretieren, eine Prognose über die Präsenz von Coiled Coils, Transmembranregionen und Signalpeptiden erstellen und die betroffenen Bereiche der Aminosäuresequenz angeben. Die Nutzung dieses Hilfsmittels ist über das World-Wide-Web möglich. In einem weiteren Teil soll die Funktion von Proteinen, deren funktionelle Eigenschaften unbekannt sind, über Homologiesuchen und Deutung der Ähnlichkeiten zu Proteinen mit bekannter Funktion aufgeklärt und beschrieben werden. Es handelt sich hierbei um Proteine, die aufgrund von Sequenzähnlichkeit in 58 Familien, sogenannten UPFs (uncharacterized protein families), zusammengefaßt sind.
In Saccharomyces cerevisiae, the NDI1 gene encodes a mitochondrial NADH dehydrogenase, the catalytic side of which projects to the matrix side of the inner mitochondrial membrane. In addition to this NADH dehydrogenase, S. cerevisiae exhibits another mitochondrial NADH-dehydrogenase activity, which oxidizes NADH at the cytosolic side of the inner membrane. To investigate whether open reading frames YMR145c/NDE1 and YDL 085w/NDE2, which exhibit sequence similarity with NDI1, encode the latter enzyme, NADH-dependent mitochondrial respiration was assayed in wild-type S. cerevisiae and nde deletion mutants. Mitochondria were isolated from aerobic, glucose-limited chemostat cultures grown at a dilution rate (D) of 0. 10 h-1, in which reoxidation of cytosolic NADH by wild-type cells occurred exclusively by respiration. Compared with the wild type, rates of mitochondrial NADH oxidation were about 3-fold reduced in an nde1Delta mutant and unaffected in an nde2Delta mutant. NADH-dependent mitochondrial respiration was completely abolished in an nde1Delta nde2Delta double mutant. Mitochondrial respiration of substrates other than NADH was not affected in nde mutants. In shake flasks, an nde1Delta nde2Delta mutant exhibited reduced specific growth rates on ethanol and galactose but not on glucose. Glucose metabolism in aerobic, glucose-limited chemostat cultures (D = 0.10 h-1) of an nde1Delta nde2Delta mutant was essentially respiratory. Apparently, under these conditions alternative systems for reoxidation of cytosolic NADH could replace the role of Nde1p and Nde2p in S. cerevisiae.
Mutations in the clk-1 gene result in slower development and increased life span in Caenorhabditis elegans. The Saccharomyces cerevisiae homologue COQ7/CAT5 is essential for several metabolic pathways including ubiquinone biosynthesis, respiration, and gluconeogenic gene activation. We show here that Coq7p/Cat5p is a mitochondrial inner membrane protein directly involved in ubiquinone biosynthesis, and that the defect in gluconeogenic gene activation in coq7/cat5 null mutants is a general consequence of a defect in respiration. These results obtained in the yeast model suggest that the effects on development and life span in C. elegans clk-1 mutants may relate to changes in the amount of ubiquinone, an essential electron transport component and a lipid soluble antioxidant.
The major vault protein (MVP) is the predominant constituent of ubiquitous, evolutionarily conserved large cytoplasmic ribonucleoprotein particles of unknown function. Vaults are multimeric protein complexes with several copies of an untranslated RNA. Double labeling employing laser-assisted confocal microscopy and indirect immunofluorescence demonstrates partial colocalization of vaults with cytoskeletal elements in Chinese hamster ovary (CHO) and nerve growth factor (NGF)-treated neuronlike PC12 cells. Transfection of CHO and PC12 cells with a cDNA encoding the rat major vault protein containing a vesicular stomatitis virus glycoprotein epitope tag demonstrates that the recombinant protein is sorted into vault particles and targeted like endogenous MVPs. In neuritic extensions of differentiated PC12 cells, there is an almost complete overlap of the distribution of microtubules and vaults. A pronounced colocalization of vaults with filamentous actin can be seen in the tips of neurites. Moreover, in NGF-treated PC12 cells the location of vaults partially coincides with vesicular markers. Within the terminal tips of neurites vaults are located near secretory organelles. Our observations suggest that the vault particles are transported along cytoskeletal-based cellular tracks.
Durch Längenmessungen an Exuvien wurden die Größenverhältnisse von Beinlängen, Drehachsenlängen der Beingelenke und der Fläche des Carapax bei C. salei ermittelt. Für die hydraulisch gestreckten Femoro- Patellar- und Tibio-Metatarsalgelenke wurden die Volumen-Winkel-Kennlinien bestimmt. Das Sprungverhalten wurde durch Hochgeschwindigkeits-Videoaufnahmen (Bildfrequenz 500 Hz) mit drei Kameras dokumentiert. Aus den volumetrischen, kinematischen und morphometrischen Daten wurden die Volumenverschiebungen berechnet, die bei Sprungbewegungen auftreten. Aus der prosomalen Volumenverschiebung konnte der korrespondierende Carapaxhub berechnet werden. Mit einer Miniatur- Kraftmeßplattform und einem mit Schrittmotoren getriebenen "x-y-z-Tisch" wurden Steifigkeiten des Prosomas von Perania nasuta Schwendinger, 1989 und ausgewählten anderen Taxa bestimmt. Bei Cupiennius salei gibt es zwei unterschiedliche Sprungtypen: Unvorbereitete Sprünge als Reaktion auf sehr plötzliche Störungen zeichnen sich durch eine große Vielfalt der Bewegungsmuster aus. Vorbereitete Sprünge zeigen charakteristische Beinstellungen und Kontaktphasenmuster: Zunächst erfolgt eine etwa 20 ms dauernde Ausholbewegung, anschließend beginnt die 22 - 42 ms dauernde Beschleunigungsphase. Die Körperlängsachse vollzieht während der Beschleunigungsphase eine Vorwärtsrotation um etwa 50°, die nach dem Verlust des Bodenkontaktes der Beine gestoppt und umgekehrt wird. Dies erfolgt wohl durch ein kontrolliertes Bremsen des Ausstoßes des Sicherheitsfadens. Bei vorbereiteten Sprüngen konnten Sprungweiten bis zu 0.43 m beobachtet werden, die maximalen vertikalen Geschwindigkeiten betrugen 0.07 - 0.82 ms-1, maximale horizontale Geschwindigkeiten lagen bei 0.65 - 1.25 ms-1. Bei vorbereiteten Sprüngen wurden vertikale Beschleunigungen von 0.74 – 33.70 ms-2 und horizontale Beschleunigungen von 20.5 – 68.4 ms-2 erreicht. Die Kontaktphasen der Beine enden in einer charakteristischen Reihenfolge: Die Vorderbeine haben meist keinen Bodenkontakt, die dritten Beine heben nach durchschnittlich 37 % und die vierten Beine nach durchschnittlich 69 % der Dauer der Beschleunigungsphase ab. Zuletzt verlieren die zweiten Beine den Bodenkontakt. Zu Beginn der Beschleunigungsphasen richten sich innerhalb von durchschnittlich 4.6 ms Stacheln auf der Oberfläche der Beine auf. Die Stachelaufrichtung erfolgt bei Drucken von etwa 35 bis etwa 65 kPa. Dies zeigt einen Druckanstieg in den Beinen auf Werte von ³ 65 kPa während der Beschleunigungsphase an. Der Hauptanteil der Volumenverschiebungen in den Beinen wird durch Bewegungen der Femoro-Patellargelenke verursacht. Die Bewegungen der Tibio-Metatarsalgelenke bewirken nur geringe Volumenverschiebungen. Aufgrund der anatomischen Struktur der Trochantero- Femoralgelenke sind die bei Bewegung dieser Gelenke verschobenen Volumina vernachlässigbar klein. Die Abschätzung der zur Beinstreckung bei Sprüngen erforderlichen Carapaxverschiebungen ergab sehr geringe Werte, es sind nur Verschiebungen um wenige 1/100 bis 1/10 mm erforderlich. Für die vollständige Streckung aller Beine muß der Carapax nur um 10% der aufgrund der anatomischen Gegebenheiten maximal möglichen Strecke verschoben werden. Bei den Untersuchungen an Perania nasuta wurden prosomale Steifigkeiten von mehr als 3500 Nm-1 für Weibchen und mehr als 6500 Nm-1 für Männchen ermittelt. Das Prosoma von Perania nasuta ist sehr viel rigider als bei anderen Spinnen (Pholcus: 131 Nm-1, Zelotes: 79 Nm-1, Pardosa: 72 Nm-1, Dysdera: 1900 Nm-1). Die Carapaxverschiebung, die den zur vollständigen Beinstreckung erforderlichen Volumentransport bewirkte, würde bei Perania eine Verformungsarbeit von bis zu 27.56 myJ erfordern, bei den anderen Spinnen nur maximal 1.67 myJ (Dysdera). Das Sprungverhalten von Cupiennius salei läßt sich keinem der bislang beschriebenen Sprungtypen zuordnen. Hinsichtlich der Sprungweite und Geschwindigkeiten sind die Sprungleistungen von Cupiennius mit denjenigen von Salticiden vergleichbar. Die geringen Carapaxverschiebungen beim Sprung lassen sich im Sinne einer Optimierung der Arbeit extrinsischer coxaler Muskeln interpretieren. Eine Minimierung von Carapaxverschiebungen sollte die Koordinierbarkeit der Bewegungen der Coxae erhöhen, weil ein stärker formkonstanter Bezugsrahmen gegeben ist. Dementsprechend lassen sich Bein- und Carapaxdimensionen bei verschiedenen Spinnentaxa im Hinblick auf die jeweiligen Lokomotionsstrategien interpretieren. Die Untersuchungen an Perania nasuta bestätigen die von Kropf (in Vorb.) aufgestellte Hypothese einer starken Versteifung des Prosoma. Die Druckpumpe scheint hier im Opisthosoma lokalisiert zu sein. Hinsichtlich der möglichen Vorteile einer solchen Entwicklung lassen sich einerseits die besseren Bedingungen der Arbeit extrinsischer coxaler Muskeln im vollständig steifen "Gestell" des Prosoma nennen, andererseits könnte aufgrund entsprechender Lokomotionsmodi bei Perania keine Notwendigkeit zur schnellen Verschiebung großer Haemolymphvolumina aus dem Prosoma bestehen, so daß eine leistungsfähige prosomale Druckpumpe wegfallen konnte.
Die G/F-Transition zytoskelettärer Elemente bildet die molekulare Basis zur Kontrolle der Zellform, Motilität, Migration und Invasivität von Zellen. Die Änderungen der Filamentlängen werden durch bindende Proteine kontrolliert, wodurch sich die viskoelastischen Eigenschaften des Zytoplasmas ändern. Die Kenntnis der mechanischen Eigenschaften der einzelnen Zytoskelettelemente in vitro (mit und ohne bindende Proteine) ist die Grundlage zum Verständnis der Zellmechanik. Daher wurde eine nicht destruktive Methode zur Bestimmung viskoelastischer Eigenschaften von Gelen und Flüssigkeiten entwickelt. Als Viskositätssensor dient ein kleines Glasstäbchen, welches in der zu untersuchenden Flüssigkeit in seiner Resonanzfrequenz schwingt. Aufgrund der Zähigkeit der Flüssigkeiten kommt es zur Mitbewegung angrenzender Flüssigkeitsschichten. Die Eindringtiefe der erzeugten Scherwellen ist eine Funktion der Viskosität und der Dichte der Flüssigkeit. Die extrem kleinen Auslenkungen (1100 nm) des Sensors werden von einem phasensensitiven akustischen Mikroskop detektiert, welches gleichzeitig die Detektion des Elastizitätsmoduls der Flüssigkeit ermöglicht. Nach Aufbau und Weiterentwicklung des Gerätes wurde die Viskoelastizität während der Polymerisation von Aktin, Tubulin und Neurofilamentprotein gemessen sowie während der Interaktion der Polymere mit einer Reihe spezifisch bindender Proteine, wie z.B. aAktinin, Profilin, Glykolyseenzyme, MAPs bzw. Zellgiften wie Cytochalasin D, Phalloidin, Colchizin und Taxol. Im Vergleich zu FAktinlösungen ist die dynamische Viskosität von Mikrotubulilösungen um eine Zehnerpotenz und die Schallgeschwindigkeit um etwa 100 m/s höher. Die Viskoelastizität von Nicht-Muskelaktin ist im Vergleich zu Muskelaktin etwa dreimal höher. Die steadystate-Viskositäten von F-Aktin und Mikrotubulilösungen nähern sich mit steigender Proteinkonzentration einem Maximalwert an, wohingegen die Elastizitäten sich einem Minimalwert annähern, was auf eine nematische Phasentransition zurückzuführen ist. Der Schallgeschwindigkeitsverlauf während der Polymerisation von Aktin und Tubulin ist biphasisch: er nimmt zunächst vor messbaren Viskositätsänderungen zu, was hinsichtlich des Aktins auf eine Zunahme steifer Aktinprimer und hinsichtlich des Tubulins auf die Bildung oligomerer Strukturen mit hoher intrinsischer Steifigkeit zurückzuführen ist. Für Proteinkonzentrationen >20 µM fällt dann die Schallgeschwindigkeit nach dem Erreichen des Viskositätsmaximums ab, was durch eine erhöhte Volumenkompressibilität infolge zunehmender Hydratation der Polymere begründet ist. Versuche mit polymerisationsfördernden bzw. depolymerisierenden Agenzien wie Taxol bzw. Colchizin und Kalzium zeigen, dass die hohe Elastizität von Mikrotubulilösungen durch die intrinsische Elastizität der Tubulinoligomere dominiert wird. Die Viskosität von Mikrotubuli mit assoziierten MAPs (MTP) ist im Vergleich zu FAktin ungefähr doppelt so hoch und im Vergleich zu PC-Tubulin ungefähr dreimal niedriger. Die Elastizität von MTP ist im Vergleich zu FAktin durchschnittlich 4 % höher und 3 % niedriger im Vergleich zu MAP-freien Mikrotubuli. Die Assoziationen von Neurofilamenten an Mikrotubuli induzierte einen Viskositätsanstieg, während die Elastizität fiel, was auf eine Destabilisation der Mikrotubuli während der Interaktion zurückzuführen ist. Die Destabilisation ist möglicherweise eine Folge einer GTP-Hydrolyse durch die an den Neurofilamenten assoziierte GTPase. Neben den zeitlich voneinander unabhängigen Verläufen der Schallgeschwindigkeit und der Viskosität konnte mit Hilfe der Detektion der Schalldämpfung während der Polymerisation von Aktin eine weitere zeitlich unabhängig verlaufende Kinetik bestimmt werden, welche mit der Quervernetzung und der Filamentlänge zusammenhängt. Die Schalldämpfung von Neurofilamenten ist im Vergleich zu F-Aktin etwa 10mal höher. Während der Polymerisation von Tubulin, mit und ohne MAPs, konnte aufgrund hoher Schallreflektionen, bedingt durch die festkörperähnlichen Strukturen, keine klar definierte Schalldämpfungskinetik bestimmt werden. Die Elastizität von Aktingelen (1 mg/ml) hängt nicht mit der Deformationsfrequenz (0,0533 kHz) zusammen. Nach der Zugabe von a-Aktinin steigt jedoch die Elastizität mit der Frequenz gemäß dem Verhalten eines elastischen Körpers an. Auch durch die Zugabe hoher ATP-Konzentrationen (2 mM) kann die Elastizität von Aktin erhöht werden. Impulsartige Modulationen der Schwingungsamplitude von ± 30 nm senkten die Viskosität von Aktingelen (< 25 µM) um 50 %, was auf ein Zerschlagen und Umorientieren von Filamenten zurückzuführen ist. Durch die Zugabe von aAktinin waren diese Viskositätsänderungen siebenmal niedriger. Die Viskosität von Aktingelen > 50 µM konnte durch impulsartige Erhöhungen der Schwingungsamplitude (> 40 nm) nicht verringert werden. Ebenso wurden die Viskositäten von Tubulingelen (15100 µM) und Neurofilamentlösungen (> 0,5 µM) durch impulsartige Deformationen im Nanometerbereich (10100 nm) nicht beeinflusst. Niedrige Profilinkonzentrationen (Aktin:Profilin 1) fördern die Polymerisation von Mg 2 bgGAktin. Ebenso führt die Zugabe von Profilin (Aktin:Profilin = 1:1) zu bereits polymerisiertem Aktin zu einer Viskositätszunahme. Profilin im Überschuss (Aktin:Profilin = 1:5) hemmt die Polymerisation von Mg 2 bgG Aktin. Im Gegensatz zu Muskelaktin verliert NichtMuskelaktin nach einiger Zeit (> 40 Minuten) seine Elastizität. Dieser Elastizitätsverlust kann durch die Zugabe von Profilin verzögert werden. Nach der Zugabe geringer Profilinkonzentrationen zu bgAktin wurde anhand von EM-Aufnahmen vermehrt nicht filamentöse Aktin-Aggregate gezeigt, welches besonders hohe Elastizitätswerte aufwies. Zusammen mit den rheologischen Befunden für Aktin und Mikrotubulilösungen kann geschlossen werden, dass nicht filamentöse Formen zytoskelettärer Elemente (Tubulinoligomere, Aktintrimere, GAktincluster) in hohem Maße zur Elastizität von Zellen beitragen. Hexokinase fördert die Polymerisation von Aktin. In Gegenwart hoher ATP-Konzentrationen wirkt sie durch Fragmentierung von Aktinfilamenten elastizitätsmindernd. In Gegenwart von Glukose wird dieser Effekt aufgehoben. LDHH 4 fördert in Gegenwart ihres Coenzyms NADH die Polymerisation von Aktin. Gibt man zusätzlich Pyruvat hinzu, so wird dieser Effekt nahezu umgekehrt. Unter diesen Bedingungen ist ferner die Enzymaktivität der LDHH 4 eingeschränkt. Umgekehrt fördert die LDHH 4 in Gegenwart von Laktat und NAD die Polymerisation von Aktin, wobei gleichzeitig die Enzymaktivität der LDHH 4 erhöht ist. Diese Befunde sprechen für eine deutliche Reziprozität zwischen LDHH 4 und Aktin. Aldolase reduziert deutlich die Viskoelastizität von F-Aktin, was in der Bildung von F-Aktin-Aldolase Parakristallen begründet ist. Die Zugabe des Substrates FBP erhöht hingegen die Viskoelastizität von F Aktin. Der Effekt hängt jedoch davon ab, ob Magnesium-Ionen an den Aldolase-G-Aktin-Komplex binden. Wird Aldolase zu polymerisierendem Aktin zugegeben, so bleibt die Viskosität der Lösung unverändert, während die Elastizität zunimmt. In diesem Falle wird die Steifigkeit der Filamente durch die Anla gerung der Aldolase erhöht. Zytosolische, nichtmembrangebundene Enzyme, wie die Aldolase, Hexokinase und LDH binden demnach an F-Aktin und modulieren seine Mechanik. Das Ausmaß der Modulation hängt von der Konzentration der Enzyme sowie der Gegenwart der jeweiligen Substrate ab. Ferner moduliert Aktin reziprok die Aktivität der Enzyme.
Degenerationsvorgänge am Innenohr und experimentelle Untersuchungen über Protektionsmöglichkeiten
(2000)
Hörverluste durch Innenohrschäden gelten beim Menschen und anderen Säugetieren als irreversibel. Deshalb wird es von vielen Wissenschaftlern versucht, eine Regeneration im Innenohr der Säugetiere zu induzieren oder das Ohr pharmakologisch vor Schädigung zu schützen. Ziel dieser Arbeit war es zu untersuchen, ob neurotrophe Wachstumsfaktoren Meerschweinchen vor experimentell ausgelösten Innenohrschäden schützen können. Als erstes wurde in dieser Arbeit ein Tiermodell zur akuten und frequenzspezifischen Hörschädigung entwickelt. Meerschweinchen wurden Kanamycin und Ethakrynsäure intravenös infundiert. Es wurde festgestellt, daß die erwünschten frequenzspezifischen Hörverluste durch 266 mg/kg Kanamycin kombiniert mit 30 mg/kg Ethakrynsäure reproduzierbar induziert werden konnten. Die Hörschwellen und ihre Verluste wurden anhand der Summenaktionspotentiale vom Hörnerv bestimmt. Anschließend wurde an Meerschweinchen eine Methode zur chronischen Applikation von Wachstumsfaktoren ausgearbeitet. Es wurden drei implantierbare Applikationssysteme getestet, das Mikrodosiersystem (MDS) aus der Tübinger HNO-Klinik, die wiederbefüllbaren ESOX-Pumpen und osmotische ALZET-Pumpen. Durch die osmotischen ALZET-Mikropumpen konnten neurotrophe Faktoren über einen Zeitraum von mehreren Wochen kontinuierlich und zuverlässig appliziert werden. Diese Pumpen wurden in Meerschweinchen implantiert und lieferten eine Lösung mit der Testsubstanz oder eine Kontrollösung, die an das runde Fenster der Cochlea oder in die Zerebrospinalflüssigkeit abgegeben wurden. Im dritten Teil der Arbeit wurden die beiden entwickelten Methoden miteinander kombiniert. Damit war es möglich zu testen, ob der durch die Mikropumpen applizierte neurotrophische Faktor-3 (NT-3) die durch Ototoxika ausgelösten Schwellenverluste vermindert, Argumente für die Wahl von NT-3 waren, daß NT-3 in vitro bereits eine starke protektive Wirkung an den Neuronen des Spiralganglions erwiesen hatte (Marzella et al., 1997). Außerdem sind Rezeptoren für NT-3 auch bei adulten Tieren in den cochleären Haarzellen vorhanden. Die physiologische Wirkung von NT-3 war aber in vivo noch nicht untersucht worden. Zu Beginn der Experimente wurden die Tiere mit Mikropumpen implantiert, die über 14 Tage eine NT-3-haltige oder Kontrollösung applizierten. Vier Tage nach Implantation der Pumpen wurden die Meerschweinchen durch die Infusion der oben genannten ototoxischen Arzneimitteln vertäubt. Die Hörschwellen wurden kurz bevor und über 32 Tage nach der Vertäubung gemessen. Die Hörschwellen der mit NT-3 behandelten Tiere wurden mit den Hörschwellen der Kontrolltiere verglichen. Durch die Infusion von Kanamycin und Ethakrynäure wurden bei Meerschweinchen Hörverluste in der Größenordnung von 40 dB induziert. Bei der Gabe von NT-3 an die rechten Cochleae wurden diese ototoxisch ausgelösten Schwellenverluste um 9 dB vermindert, und dies nicht nur auf der behandelten, sondern auch auf der kontralateralen Seite. Diese Befunde deuteten darauf hin. daß bei der lokalen Gabe die neurotrophen Faktoren auf systemischem Wege auch andere Seite erreichen und dort eine Wirkung ausüben. Ähnliche Effekte wurden auch bei lokaler Gabe von einem anderen neurotrophen Faktor, Glial cell line-derived neurotrophic factor (GDNF), beoobachtet (Shoji et al., 2000). Die kontralaterale Wirkung war hier aber schwächer (3 dB), als die ipsilaterale (5 dB). Die ins Ohr implantierten Pumpen verursachten per se Hörverluste von etwa 5 dB. NT-3 verminderte auch diese Hörverlustedurchschnittlich um 4 dB. In einer weiteren Versuchsreihe wurde der systemische Effekt von NT-3 geprüft. Dafür wurde NT-3 nicht lokal an das runde Fenster der Cochlea, sondern in die Zerebrospinalflüssigkeit appliziert. Die ototoxisch ausgelösten Hörverluste konnten durch den systemisch gegebenen NT-3 um 5 dB verringert werden. Relativ zu den ototoxisch ausgelösten Hörverlusten in der Größenordnung von 40 dB war die Protektion durch systemisch (5 dB) oder lokal (9 dB) applizierten NT-3 gering. Die stärkste otoprotektive Wirkung durch Wachstumsfaktoren, von 12-18 dB, wurde bis jetzt durch gentechnisch in die Cochlea eingebrachten GDNF erreicht (Yagi et al., 1999). Der Schutzeffekt durch den lokal am Ohr gegebenen GNDF (5 dB, Shoji et al., 2000) war aber geringer, als der vom identisch verabreichten NT-3 (9 dB, diese Arbeit, s. auch Sudavicius et al., 2000). Wenn durch gentechnische Art des Verabreichens die Wirkung von NT-3 im gleichen Maße potenziert werden sollte, wie es bei GDNF der Fall ist, wäre die protektive Wirkung von NT-3 stärker als die von GDNF.
Bei Nicht-Säugern, speziell beim Vogel, kommt es nach einem durch Schall oder ototoxische Substanzen verursachten Innenohrtrauma, zu einer spontanen Regeneration der Haarzellen und weitreichender funktioneller Erholung des Hörvermögens. In bisherigen Untersuchungen konnte gezeigt werden, daß beim Vogel die funktionelle Erholung des Hörvermögens nach Innenohrtrauma, trotz spontaner Regeneration der Haarzellen, nicht vollständig ist. Ziel dieser Studie war es herauszufinden, ob die nach Haarzellschädigung und Regeneration beobachtete unvollständige Restitution des Hörvermögens nach alleiniger Nervenfaserschädigung ausbleibt. In einem ersten Schritt wurde mit immunhistochemischen Methoden untersucht, ob AMPA-Rezeptoruntereinheiten im Innenohr der Taube exprimiert werden. Durch die Verwendung von polyklonalen Antikörpern gegen GluR1, GluR2, GluR3 und GluR4 konnte gezeigt werden, daß diese AMPA-Rezeptoruntereinheiten im Innenohr des Vogels exprimiert werden. Eine punktförmige immunreaktive Färbung konnte sowohl auf den Ganglienzellen als auch unterhalb der Haarzellen, in der Region der Synapsen, für GluR2/3 und GluR4, nicht aber für GluR1 festgestellt werden. Auf den Haarzellen selbst konnte eine immunreaktive Färbung für GuR4 nachgewiesen werden. Die Immunoblotanalyse zeigte für die Antikörper gegen GluR1, GluR2/3 und GluR4 Banden bei dem Molekulargewicht der Proteine von 100 kDa. In einem zweiten Schritt wurden die Auswirkungen von AMPA auf die afferenten Hörnervenfaserendigungen morphologisch und physiologisch untersucht. Es zeigte sich, daß die afferenten Hörnervenfaserendigungen durch Applikation von AMPA in den Recessus scalae tympani (30µl/15 min.) geschädigt wurden. Der Verlauf der CAP (Compound action potential)-Hörschwellenkurven wurde sowohl über einen Zeitraum von 8 Stunden, als auch über einen Zeitraum von mehreren Monaten ermittelt. In ebenfalls durchgeführten Kontrollversuchen, bei denen künstliche Perilymphe ohne AMPA infundiert wurde, traten keine Hörverluste auf. Somit konnte eine Schädigung des Innenohres bzw. Hörverluste durch den operativen Eingriff oder durch die Infusion ausgeschlossen werden. Die beobachteten Hörverluste sind also spezifisch auf die Wirkung von AMPA zurückzuführen. Bei der Applikation von 1 mM AMPA-Lösung konnte eine Erhöhung der Hörschwellen um bis zu 80 dB im hochfrequenten Bereich und bis zu 30 - 40 dB im tieffrequenten Bereich über den Zeitraum von mehreren Stunden beobachtet werden. Am dritten Tag nach der AMPA-Applikation zeigten alle untersuchten Tiere eine Verbesserung der Hörschwellen um 20 - 40 dB. Weitere Messungen über den Zeitraum von zwei bis drei Monate zeigten, daß bei einigen Tieren innerhalb von 7 - 21 Tagen die Hörschwellenkurven die Ausgangswerte des unbehandelten Ohres erreichten, daß aber bei der Mehrheit der Tiere eine Anhebung der Hörschwellen von ca. 20 - 30 dB im hochfrequenten Bereich bestehen blieb. Die mittlere bleibende Schwellenanhebung, gemittelt für alle Frequenzen, betrug 8 dB + 5 dB. Bei den Tieren, bei denen ein hochfrequenter Verlust bestehen blieb, erreichten auch die ermittelten CAP-Amplituden bei den hohen Frequenzen ihre Ausgangswerte nicht mehr. Zusätzlich zu den CAP-Schwellenkurven wurden 13 - 15 Wochen nach AMPA-Instillation die Antworteigenschaften einzelner Hörnervenfasern erhoben. Fasern, deren charakteristische Frequenz (CF) über 0,3 kHz lag, zeigten signifikant erhöhte CF-Schwellen. Für Fasern mit CF-Werten über 0,4 kHz wurden verminderte Q10dB-Werte gefunden, während die Spontanentladungsrate für Fasern mit CF-Werten über 0,18 kHz erhöht war. Die maximale Entladungsrate war bei allen Fasern, für die dieser Wert ermittelt wurde (n = 20), ebenfalls erhöht. Neurone, deren CF über einem Wert von 1,5 kHz lag, konnten, methodisch bedingt, nicht untersucht werden. Diese beobachteten funktionellen Veränderungen in der Aktivität und Sensitivität der auditorischen Neurone weisen darauf hin, daß es bei der Wiederherstellung der Verbindung zwischen Haarzelle und neuraler Synapse zu dauerhaften Schäden kommt. Mittels elektronenmikroskopischer Darstellung konnten bei den Tieren, die direkt nach der Infusion (nach 10 min.) der AMPA-Lösung dekapitiert wurden, große vakuolisierte afferente Terminalien unterhalb der Haarzellen gefunden werden. Die efferenten Nervenendigungen waren nicht beschädigt. Während im apikalen Bereich der Papilla basilaris sehr viele Vakuolen bzw. zerstörte afferente Nervenfaserendigungen zu sehen waren, konnten deutlich weniger Vakuolen im medialen Teil und nur sehr wenige Vakuolen im basalen Teil gefunden werden. Dieser Befund korreliert mit der Verteilung der afferenten Nervenfasern entlang der Papilla basilaris. Bei Tieren, die zwei Wochen nach der AMPA-Applikation dekapitiert wurden, konnten keine morphologischen Veränderungen mehr gefunden werden. Die untersuchten Papillen waren von den Kontrollohren nicht mehr zu unterscheiden. Dies zeigt, daß auf struktureller Ebene scheinbar eine vollständige Rekonstitution der Verbindung zwischen Haarzelle und Synapse stattfindet. Dieser Befund steht im Widerspruch zu den elektrophysiologisch erhobenen Daten. Festzuhalten bleibt, daß auch bei ausschließlicher Schädigung der afferenten Nervenendigungen und trotz deren Neubildung ein residualer Hörverlust bestehen bleibt. Als Ursache für die mangelhafte funktionelle Erholung des Hörvermögens könnten durch die längere Abwesenheit der Nervenfaserendigungen hervorgerufene Veränderungen der Eigenschaften der Haarzellen oder eine veränderte Expression und Funktion der Glutamatrezeptoren in Frage kommen.
Die Medusen der metagenetischen Cnidarier (Nesseltiere) werden je nach Kultur- und Sprachraum z. B. mit einer weiblichen Gestalt mit schlangenartigen Haaren (Medusa), mit stark brennenden Quaddeln auf der Haut oder mit Stränden verklebenden Gallertmassen in Verbindung gebracht. Diese Assoziationen fußen hauptsächlich auf Merkmalen der Scheibenquallen (Scyphozoa), deren bisexuelle Medusen in Größe, Tentakellängen, Nematocytenbesatz und Mesogloeagehalt gegenüber der relativ unauffälligen ungeschlechtlichen Polypengeneration beeindrucken. Häufig ist die Medusengeneration der Scheibenquallen namensgebend. Die Medusen der Ohrenqualle Aurelia aurita (Fahnenquallen, Semaeostomeae) sind an den durchscheinenden, ohrenförmig um den Gastralraum angeordneten Gonaden erkennbar. In gemäßigten Klimazonen ist die bisexuelle Vermehrung - und das anschließende oft massenhafte Absterben in Küstennähe - auf den Sommer beschränkt (Lucas 1996), so daß die Medusen der Ohrenqualle häufige spätsommerliche Gäste an Stränden z. B. der Nord- und Ostsee (mit für den Menschen harmloser Nesselwirkung) sind. Vertreter der von Linné (1758) und Lamarck (1816) typologisierten Aurelia aurita sind weltweit verbreitet und bezüglich der Morphologie, Physiologie, Ethologie und Ökologie gut untersucht (z. B. Fautin & Lowenstein 1992; Costello & Colin 1994; Hammer et al. 1994; Lucas 1994). Unter ökologischen Gesichtspunkten ist das breite Spektrum der Ohrenqualle bezüglich abiotischer Umweltfaktoren hervorzuheben. Die häufig massenhaften Medusenaggregationen und der daraus resultierende Predationsdruck gegenüber dem Mikrozooplankton (Copepoden, Invertebratenund Fischlarven) weist der Ohrenqualle eine wichtige - und gelegentlich dominierende - Stellung in marinen Plankton-Lebensgemeinschaften zu (Janas & Witek 1993; Schneider & Behrends 1994; Sullivan et al. 1994; Tsikhon-Lukanina et al. 1996). Die breite Anpassungsfähigkeit und hohe Vermehrungsrate wird anekdotenhaft durch eine kürzlich erfolgte Meldung bekräftigt, nach der offensichtlich Aurelia-Schwärme die Kühlwasserleitungen eines Kraftwerks in Australien verstopften und lahmlegten (Cnidaria-List-Server). Das ubiquitäre Vorkommen läßt sich auf eine große ökologische Toleranz gegenüber Klima und Salzgehalt zurückführen, so daß die Ohrenqualle als Bewohner aller Meere von 40° südlicher bis 70° nördlicher Breite und Habitaten mit Salinitäten von 6-41‰ gilt (Kramp 1961). Dabei werden geographische Populationen, Unterarten und Arten der Gattung Aurelia anhand morphologischer Medusenmerkmale sowie auf Basis von Allozymunterschieden in unterschiedlicher Konsequenz teilweise in eine Art, Aurelia aurita zusammengefaßt, oder in mehrere distinkte Spezies voneinander abgegrenzt (Mayer 1910; Kramp 1961; Russell 1970; Kozloff 1987; Greenberg et al. 1996). Der nicht konsistente taxonomische Status der Ohrenqualle beruht entweder auf phylogenetisch uninformativen diagnostischen Merkmalen oder spiegelt Differenzierungen wider, die mit Artbildungsprozessen erklärt werden können. In der vorliegenden Arbeit sollen die phylogenetischen Beziehungen zwischen Aurelia-Populationen auf einer weltweiten geographischen Skala unter organismischen und molekularen Aspekten untersucht werden. Die möglichen Speziationsprozesse orientieren sich an den von Avise (2000) klassifizierten beiden Kategorien, nach denen die gängigen Spezieskonzepte auf Basis phylogenetischer und biologischer Kriterien, oder analog von Ridley (1996) nach evolutionären und zeitlich unabhängigen Kriterien eingeteilt werden. Die DNA-Sequenzinformationen eines mitochondrialen Gens (16S rDNA) sowie eines auf dem Kerngenom liegenden ribosomalen Locus (ITS-1/5.8S rDNA) sollen verwendet werden, um die genealogischen Beziehungen verschiedener Aurelia- Populationen sowohl phylogeographisch (Avise 1994) als auch bezüglich der phylogenetischen Artkonzepte zu untersuchen (Eldredge & Cracraft 1980; Wiley 1981; Cracraft 1989; Übersicht in Hull 1997). Mittels morphologischer Merkmale, Lebenszyklusdaten und den molekulargenetischen Daten soll gleichzeitig geprüft werden, ob sich die von Avise (2000) genannte Kategorie der biologisch definierten Spezieskonzepte in phänetisch (Sneath & Sokal 1973; Whittemore 1993), ökologisch (van Valen 1976; Schluter 1996) oder reproduktiv (Mayr 1963) getrennte Einheiten bei der Ohrenqualle widerspiegeln. Der Beitrag verschiedener Diversifizierungsfaktoren wie geographische Verbreitung, Selektion und genetische Drift wird in diesem Zusammenhang unter besonderer Berücksichtigung ökologischer Aspekte in Kapitel 2 dargestellt. Nicht zuletzt auch aufgrund ihrer besonderen ökologischen Plastizität empfiehlt sich die Ohrenqualle zur Nutzung als Biomonitor zur Untersuchung von Umweltbeeinträchtigungen auf Individuumebene. Eine in diesem Zusammenhang nützliche Besonderheit im Lebenszyklus von Aurelia betrifft den Übergang von der sich ungeschlechtlich vermehrenden Polypengeneration in die bisexuelle Medusengeneration, bei dem an der Oralseite des Polypen Medusenlarven (Ephyren) in Form einer polydisken Strobilation abgeschieden werden. Die Strobilation wird extrinsisch durch natürliche Faktoren ausgelöst und kann bei den Polypen der Ohrenqualle künstlich durch Temperaturabsenkung oder Erhöhung der Iod-Ionenkonzentration induziert werden (Spangenberg 1967). Dieses experimentell beeinflußbare Lebenszyklusstadium wurde im Rahmen von ökotoxikologischen Studien verwendet, um den Einfluß von Chemikalien auf die verzögerte Strobilation nach künstlicher Auslösung oder die Störung des Strobilationsverlaufs zu testen (Spangenberg 1984; Thiel & Jarms 1986). Black & Bloom (1984) untersuchten die Beziehung zwischen der Strobilationsinduktion und der Produktion von Hitzeschockproteinen (HSP) nach Temperaturerhöhung und konnten die Induzierbarkeit von Hitzeschockproteinen als Reaktion auf Temperaturstreß immunologisch nachweisen. Diese Studien zeigen, daß die Ohrenqualle ein hohes Reaktionspotential gegenüber variablen Umweltbedingungen besitzt. Die Charakterisierung dieses Reaktionspotentials soll in der vorliegenden Arbeit mittels der Analyse organismischer Reaktionen gegenüber anthropogen verursachten Streßfaktoren durchgeführt werden. Im Rahmen von experimentellen Schadstoff- expositionen sollen an Aurelia-Polypen genetische Reaktionen auf der Ebene der mRNATranskription untersucht werden. Der Schwerpunkt liegt auf der Etablierung von Biomarkern (van Gestel & van Brummelen 1996) mittels molekulargenetischer Methoden, wobei die Durchführbarkeit und Effektivität verschiedener Methodenansätze verglichen werden sollen. Die identifizierten Biomarker sollen im Hinblick auf die Analyse der Dosis-Wirkungsbeziehungen zwischen Schadstoffkonzentrationen und dem Ausmaß der genetischen Reaktion mittels quantitativer PCR-Verfahren näher charakterisiert werden. Ein anschließender Test der im Labor charakterisierten Biomarker auf die Anwendbarkeit im Freiland soll entsprechende Hinweise für die Sensitivität und Durchführbarkeit des in Kapitel 3 ausgeführten Biomarker-Assays liefern. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Verknüpfung verschiedener biologischer Organisationsebenen im Kontext ökologischer und ökotoxikologischer Forschung (Clements 2000). Erkenntnisse zum Wirken von Umwelteinflüssen auf molekularer Ebene bieten sich als Basis einer Bewertung individueller Reaktionen für Veränderungen auf Populationsebene an. Dieser Zusammenhang wird in Kapitel 4 anhand der Relevanz von Biomarkern für Aussagen auf Populationsund Speziesebene besprochen.
In der vorliegenden Arbeit wird die Identifizierung von Genen der Carotinoid Biosynthese (crt) aus den Coryneformen Bakterien Brevibacterium linens und Brevibacterium flavum beschrieben. Hierbei konnten sechs neue crt Gene durch funktionelle Komplementierung bestimmt werden. Außerdem wurde erstmalig die Carotinoid Biosynthese von B. flavum, darunter auch drei neue Carotinoide, beschrieben. Voraussetzung für die Klonierung der crt Gene aus B. linens war die Entwicklung eines geeigneten Komplementierungssystems. Dieses System wurde in Carotinoidmutanten von B. flavum entwickelt. So konnte eine B. linens ExpressionsBibliothek nach Passage durch mehrere E. coliStämme, unter Umgehung des starken B. flavumRestriktionssystems, in B. flavumCarotinoidmutanten auf crt Genexpression hin untersucht werden. . Durch Komplementierung der Carotinoidmutanten von B. flavum konnte das Gen der Phytoen Synthase (crtB) aus B. linens funktionell kloniert werden. Mit diesem Gen als Sonde wurde aus einer B. linensCosmid Bibliothek das gesamte crt Gencluster isoliert. Auf dem sequenzierten DNAFragment von B. linens befanden sich 14 offene Leseraster mit Ähnlichkeiten zu Sequenzen aus Datenbanken. Durch Sequenzähnlichkeiten zu bekannten Genen konnte die Gene einer GGPP Synthase (crtE), einer Phytoen Synthase (crtB) und einer Phytoen Desaturase (crtI) bestimmt werden. Außerdem wurden erstmalig die Gene einer IPP Isomerase und einer DNAPhotolyase in einem crt Gencluster identifiziert. Durch heterologe Expression in B. flavum konnte das neue Gen einer bCarotin Desaturase (crtU) funktionell nachgewiesen werden. Dieses Gen kodiert für ein Enzym, das bCarotin in das aromatische Carotin Isorenieraten umsetzt. Ebenfalls durch heterologe Expression in B. flavum wurden zwei neue Gene (crtYc und crtYd) gefunden, deren Genprodukte gemeinsam die Zyklisierung von Lycopin zu bCarotin katalysieren. Die errechnete Molmasse dieser beiden Lycopin Zyklasen ist mit 12,5 und 13,9 kDa ungewöhnlich klein. Die zwei Lycopin Zyklasegene aus B. linens kodieren für eine neue Klasse von Lycopin Zyklasen. Es bestehen keine Sequenzähnlichkeiten dieser neuen Gene zu bisher bekannten Lycopin Zyklasegenen oder zu anderen Genen bekannter Funktion. Durch die partielle Deletion einer cDNA mit Lycopin Zyklase und Phytoen Synthaseaktivität (crtYB) aus dem Pilz Xanthophyllomyces dendrorhous konnte gezeigt werden, daß die Zentren der beiden Aktivitäten in unterschiedlichen Regionen des gebildeten Polypeptids sitzen. Die Phytoen Synthaseaktivität des Genproduktes geht auf einen Bereich des Polypeptids zurück, der Sequenzähnlichkeiten zu Phytoen Synthasen anderer Organismen aufweist. Das Zentrum der Lycopin Zyklaseaktivität liegt in dem Nterminalen Bereich des Polypeptids, der interessanterweise Sequenzähnlichkeiten zu den beiden Lycopin Zyklasen aus B. linens aufweist. Dieses Fusionsgen crtYB ist das erste bekannte Gen einer pilzlichen Lycopin Zyklase. Die Entwicklung der pilzlichen crtYB Fusionsgene aus crtB und Lycopin Zyklasegenen des in B. linens gefundenen Typs wird diskutiert. Die Hauptcarotinoide von B. flavum wurden als die C 50 Carotinoide Decaprenoxanthin, Decaprenoxanthin Monoglucosid und Decaprenoxanthin Diglucosid bestimmt. Bei der Analyse von B. flavumPigmentmutanten wurden außerdem die neuen Carotinoide Nonapren [2(3Methyl2butenyl)e, ycarotin], Flavuxanthin [2,2'Bis(4hydroxy3 methyl2butenyl)y, ycarotin] und Nonaflavuxanthin [2(4Hydroxy3methyl2 butenyl)y, ycarotin] als Intermediate identifiziert. Basierend auf den nachgewiesenen Carotinoiden konnte der vermutliche C 50 Carotinoid Biosyntheseweg für B. flavum vorgeschlagen werden. Durch Sequenzanalyse von B. flavumTransposonmutanten konnten erstmalig crt Gene der C 50 Carotinoid Biosynthese isoliert werden. Auf dem crt Gencluster von B. flavum konnten die Gene crtE, crtB und crtI aufgrund von Sequenzähnlichkeiten zu bekannten Genen bestimmt werden. Heterologe Expression in E. coli und Geninaktivierung durch homologe Rekombination in B. flavum zeigten, daß die Produkte von drei weiteren Genen ausreichen, um die C 50 Carotinoide von B. flavum zu bilden. Das Produkt eines neuen Lycopin Elongasegens (crtEb) verlängert Lycopin an Position C2 und C2' um jeweils eine C 5 Isopreneinheit und bildet ein azyklisches C 50 Carotinoid. Dieses wird von den Produkten der neuen C 50 Zyklasegene crtYe und crtYf zu einem zyklischen C 50 Carotinoid umgesetzt. Die Ergebnisse zeigen, daß entgegen früherer Vorstellungen, die Addition einer Isopreneinheit und die Zyklisierung bei der Bildung von zyklischen C 50 Carotinoiden zwei getrennte Schritte sind.
Das Apolipoprotein (Apo) B100 ist der wesentliche Proteinbestandteil der Low Density Li poproteine (LDL). Es spielt als Ligand bei der rezeptorvermittelten Aufnahme der LDL aus dem zirkulierenden Blut in die Leber und andere periphere Gewebe eine wichtige Rolle. Erhöhte Plasmakonzentrationen der LDL gelten als unabhängiger Risikofaktor in der Genese der Koronaren Herzkrankheit (KHK). Eine gestörte Interaktion des LDLRezeptors mit seinem Liganden Apo B100 vermindert die Endozytose der im Blut befindlichen LDL und kann damit eine primäre Hyperlipoproteinämie (HLP) des Typ IIa verursachen. Die Rezeptorbindungsregion des Apo B100, dessen Primärstruktur 4536 Aminosäuren um fasst, ist im carboxyterminalen Bereich des Moleküls lokalisiert. Im Gegensatz zu einer Viel zahl bekannter LDLRezeptormutationen wurden lediglich drei Mutationen am Apo B100 bekannt, die als Auslöser der Typ IIa HLP in Frage kommen. Diese werden in der Literatur als Familiär Defektes Apo B100 (FDB) beschrieben. Bei allen drei FDBVarianten (FDB 3500Q , FDB 3500W , FDB 3531C ) liegen Punktmutationen innerhalb des Exons 26 des Apo B100 Gens vor. In der hier vorliegenden Arbeit wurde versucht, weitere, bisher unbekannte Punktmutationen am Apo B100, die als Ursache bindungsdefekter LDL in Frage kommen, zu finden und zu charakterisieren. Die zunächst durchgeführte Sequenzierung der genomischen DNA einer Pa tientin mit bindungsdefekten LDL, die negativ für FDB war, zeigte keine Abweichungen von der WildtypDNASequenz im Bereich der Rezeptorbindungsregion. Es wurde daraufhin eine genetische ScreeningStrategie für bindungsdefekte Apo B100 entwickelt, die für die Analyse größerer Probenmengen geeignet erschien. Hierzu wurden zunächst parallel zwei Verfahren, der singlestrand conformation polymorphism (SSCP) und die Temperatur Gradienten Gel E lektrophorese (TGGE) getestet. Letztere erwies sich als geeignete Methode. Ein Kollektiv von 297 Typ IIa HLPPatienten, deren LDLCholesterin > 1,55 g/L und Trigly zeridKonzentrationen <2,0 g/l waren, wurde zusammengestellt. Die Blutproben stammten von nicht miteinander verwandten, im Rhein/MainGebiet ansässigen Personen kaukasischer Abstammung. Ein DNA Bereich von 2,8 Kilobasenpaaren korrespondierend zu den Aminosäureresten 3131 3837 und 42694498 des Apo B100 wurde in einzelnen Abschnitten amplifiziert und mit He teroduplexTGGE analysiert. Es wurden neun Substitutionen identifiziert. Diese waren: FDB 3500Q , FDB 3500W , L3350L, Q3405E, R3611Q, I4287V, N4311S, A4454T, und T4457M. Bei 21 Personen (7,1%) wurde FDB 3500Q nachgewiesen. Dies entspricht nach Extrapolation auf die Gesamtbevölkerung einer Mutationshäufigkeit von 1,4% in unserer Region. Es konnte festgestellt werden, dass bei allen Merkmalsträgern die R3500Q Mutation mit einem einheitli chen Haplotypen kosegregiert, so dass eine stammesgeschichtliche Verwandtschaft der Muta tionsträger belegt ist. FDB 3500W wurde bei zwei HLPPatienten diagnostiziert. Dies war insofern überraschend, da diese Mutation zuvor lediglich bei einer Person kaukasischer Abstammung in Großbritannien gefunden worden war. Beide R3500W Mutationen waren mit unterschiedlichen, bisher unbe kannten Haplotypen assoziiert. LDL der beiden heterozygoten Merkmalsträger für FDB 3500W zeigten in einem an normalen humanen Fibroblasten durchgeführten Bindungsassay eine deut lich verminderte Rezeptorbindungsaffinität, jedoch lag diese etwas höher als die der LDL ei ner FDB 3500Q heterozygoten Person. Es ist daher anzunehmen, dass der Austausch eines Argi nins durch Tryptophan an Position 3500 einen geringeren Bindungsverlust der LDL bewirkt als der Austausch von Arginin zu Glutamin. Zwei der in der TGGE identifizierten Punktmutationen stellten bekannte Apo B100 Poly morphismen (MspI 3611 und N4311S) dar, eine weitere stille Mutation an Kodon L3350L wur de bei drei Personen festgestellt. Daneben fand sich ein Merkmalsträger mit einer Punktmuta tion an Kodon 4457 (T4457M). Zwei zuvor beschriebene Substitutionen, Q3405E und A4454T, traten mit einer Prävalenz von 1,3%, bzw. 6,4% im untersuchten Kollektiv auf. LDL eines heterozygoten Merkmalträgers für Q3405E hatten normale Bindungsaffinität an LDL Rezeptoren, zeigten jedoch eine signifikant erniedrigte Internalisation und Degradation im in vitroBindungstest. Schliesslich wurde eine bisher unbekannte Mutation des Apo B100 am Aminosäurerest I4287V, die mit einer Allelfrequenz von 1% im untersuchten Kollektiv auf trat, funktionell überprüft. Dabei zeigte sich sowohl im Fibroblasten Bindungsassay als auch in einem zweiten in vitroTestverfahren, dem U937 Zellen Wachstumsassay keine Assoziati on der I4287V Mutation mit bindungsdefekten LDL in der Familie einer heterozygoten Merkmalsträgerin. Eine funktionelle Relevanz dieses Aminosäureaustausches ist daher un wahrscheinlich. An einem Tryptophanrest an Position 4369 des Apo B100, der bei der Formation der dreidi mensionalen Struktur des Proteins mit Arginin 3500 interagiert, wurden Nukleotidveränderun gen zunächst durch gezielte Mutagenese des Kodon 4369 erzeugt, um sicherzustellen, dass diese Mutationen durch TGGE nachweisbar sind. Nachfolgend wurde bei den Typ IIa HLP Patienten nach Mutationen an dieser Position gesucht. Es konnte festgestellt werden, dass im untersuchten Kollektiv keine Punktmutationen am Aminosäurerest 4369 existierten. Die Vermutung, dass weitere klinisch relevante Apo B100 Mutationen mit einem dem FDB konformen Merkmalsbild bei Typ IIa HLPPatienten vorhanden sind, konnte nicht bestätigt werden. Andererseits wurde eine überraschend hohe Prävalenz (1:72) des FDB 3500Q im Rhein/Main Gebiet festgestellt. Aufgrund der gemeinsamen Abstammung aller Merkmalsträ ger und der hohen Mutationsfrequenz in dieser Region ist es denkbar, dass sich die vermutlich vor ca. 6000 Jahren datierte FounderMutation in diesem Teil Deutschlands ereignete. Da es offensichtlich auch, zwar seltener auftretende, Fälle des FDB 3500W in der hier untersuch ten Region gibt, sind AnalyseMethoden, wie etwa die TGGE, die sich als ein hochsensibles Nachweisverfahren multipler Punktmutationen erwies, bei der differentialdiagnostischen Ab klärung von Fettstoffwechselstörungen solchen Methoden vorzuziehen, die nur auf die Substi tution FDB 3500Q testen.
The GPS recorder consists of a GPS receiver board, a logging facility, an antenna, a power supply, a DC-DC converter and a casing. Currently, it has a weight of 33 g. The recorder works reliably with a sampling rate of 1/s and with an operation time of about 3 h, providing time-indexed data on geographic positions and ground speed. The data are downloaded when the animal is recaptured. Prototypes were tested on homing pigeons. The records of complete flight paths with surprising details illustrate the potential of this new method that can be used on a variety of medium-sized and large vertebrates.