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Ultrafast protein dynamics are of great interest for understanding the molecular basis of biochemical function. One method to study structural changes with highest time-resolution starting in the femtosecond regime is 2D-IR spectroscopy. However its application to investigate protein dynamics both with high temporal and spatial resolution is currently limited to few biological systems with intrinsic chromophores. Spectral congestion, the contribution of many similar oscillators to the same signals, makes it difficult to draw conclusions about local structural dynamics in most other proteins.
The aim of this thesis is to extend the application of 2D-IR spectroscopy to a wider range of proteins by introducing unnatural amino acids (UAAs) with azide or nitrile groups as site-specific vibrational probes, which absorb in the free spectral window between 1800 to 3000 cm-1 by using methods from chemical biology.
In a comparative experimental study using FTIR and 2D-IR spectroscopy of single amino acids azidohomoalanine (Aha), a methionine analogue, was identified as preferred label. To demonstrate the application potential of UAAs as site-specific probes, Aha was then incorporated into different positions in a small globular protein. By using both FTIR and ultrafast 2D-IR it was shown, that indeed the local microenvironment as well as conformational fluctuations on picosecond timescale could be monitored with high spatial information. The azide moiety shows a shift of its absorption frequency depending on the polarity of its surrounding. Using this approach, different subensembles for the protein conformations with more polar and less polar environment around the vibrational probe can be distinguished.
A second major application of site-specific labels is the study of vibrational energy transfer processes (VET), predicted to be relevant for allosteric communication in protein domains such as the PDZ domain. VET can be tracked with high spatial resolution using time-resolved IR spectroscopy by exciting a localized vibrational mode and probing separate modes in a two-colour 2D-IR experiment. To extend this kind of experiment to proteins, a specific donor-acceptor pair of two UAAs was introduced. It uses an azulene moiety as donor that can be excited in the visible range but deposits the excess energy by internal conversion into the vibrational modes of the ground state. In small peptides this VET pair was applied successfully, showing a distance-dependent energy transfer induced signal for VET through covalent bonds. These findings bare great promise for the direct observation of vibrational energy flow in proteins in real-time.
Overall this thesis is the basis for extending the usability of 2D-IR spectroscopy to study structural dynamics in a wide range of proteins systems both with high temporal and spatial resolution.
The efficacy of cisplatin-based chemotherapy in cancer is limited by the occurrence of innate and acquired drug resistance. In order to better understand the mechanisms underlying acquired cisplatin resistance, we have compared the adenocarcinoma-derived non-small cell lung cancer (NSCLC) cell line A549 and its cisplatin-resistant sub-line A549rCDDP2000 with regard to cisplatin resistance mechanisms including cellular platinum accumulation, DNA-adduct formation, cell cycle alterations, apoptosis induction and activation of key players of DNA damage response. In A549rCDDP2000 cells, a cisplatin-induced G2/M cell cycle arrest was lacking and apoptosis was reduced compared to A549 cells, although equitoxic cisplatin concentrations resulted in comparable platinum-DNA adduct levels. These differences were accompanied by changes in the expression of proteins involved in DNA damage response. In A549 cells, cisplatin exposure led to a significantly higher expression of genes coding for proteins mediating G2/M arrest and apoptosis (mouse double minute 2 homolog (MDM2), xeroderma pigmentosum complementation group C (XPC), stress inducible protein (SIP) and p21) compared to resistant cells. This was underlined by significantly higher protein levels of phosphorylated Ataxia telangiectasia mutated (pAtm) and p53 in A549 cells compared to their respective untreated control. The results were compiled in a preliminary model of resistance-associated signaling alterations. In conclusion, these findings suggest that acquired resistance of NSCLC cells against cisplatin is the consequence of altered signaling leading to reduced G2/M cell cycle arrest and apoptosis.
Na+/H+ exchange is essential for survival of all organisms, having a role in the regulation of the intracellular Na+ concentration, pH and cell volume. Furthermore, Na+/H+ exchangers were shown to be involved in the virulence of the bacterium Yersinia pestis, indicating they might be potential targets for novel antibiotic treatments. The model system for Na+/H+ exchangers is the NhaA transporter from Escherichia coli, EcNhaA. Therefore, the general transport mechanism of NhaA exchangers is currently well characterized. However, much less is known about NhaB exchangers, with only a limited number of studies available. The pathogen Klebsiella pneumoniae, which is a major source of nosocomial infection, possesses three electrogenic Na+/H+ exchangers, KpNhaA1, KpNhaA2 and KpNhaB, none of which have been previously investigated. Our aim in this study was to functionally characterize KpNhaB using solid supported membrane-based electrophysiology as the main investigation technique, and thus provide the first electrophysiological investigation of an NhaB Na+/H+ exchanger. We found that NhaB can be described by the same competition-based mechanism that was shown to be valid for electrogenic NhaA and NapA, and for electroneutral NhaP Na+/H+ exchangers. For comparison we also characterized the activity of KpNhaA1 and KpNhaA2 and found that the three exchangers have complementary activity profiles, which is likely a survival advantage for K. pneumoniae when faced with environments of different salinity and pH. This underlines their importance as potential antibiotic drug targets.
Nach dem zweiten Weltkrieg war das Stadtzentrum Frankfurt am Main fast vollkommen zerstört worden. In den Nachkriegsjahren war nun fraglich, wie die Stadt von den Trümmermassen befreit werden sollte. Der Straßenraum musste von Schutt geräumt werden, Krankenhäuser und Versorgungseinrichtungen mussten wiederhergestellt werden und es musste neuer Wohnraum geschaffen werden. Es herrschte großer Baumaterialmangel, dass damals als großes Problem galt. Über eine Wiederverwertung des Trümmerschutts und die Verarbeitung zu neuen Baustoffen machte sich der damals amtierende Bürgermeister Kurt Blaum im Sommer 1945 die ersten Gedanken. Am 18. Oktober 1945 beschloss man in einer geheimen Sitzung die Gründung der Trümmerverwertungsgesellschaft. Die Aufgaben der Trümmerverwertungsgesellschaft wurde klar festgehalten: 1) Abbruch von Gefahrenstellen, Leitung der Trümmergewinnung und Transport zur Verwertungsanlage 2) Forschung zur Verwertung von Trümmerschutt 3) Errichtung und Betrieb der Aufbereitungsanlage sowie das Betonwerks.
Auf einem 10 Hektar großen Baugelände im Frankfurter Riederwald wurde die Trümmerverwertungsanlage gebaut. Zunächst wurde eine provisorische Aufbereitungsanlage gebaut, die 1947 in Betrieb war. Nach der Fertigstellung der Aufbereitungs- und Sinteranlage sowie das Betonwerk im Jahr 1950, wurde die provisorische Anlage zurückgebaut.
Die Philipp Holzmann AG war einer ihrer Gründer und trug ihren Teil zum Wiederaufbau der Stadt bei.
In this doctoral thesis the transformation from relativistic hydrodynamics to transport and vice versa is studied. Approximations made by hybrid (hydrodynamics + transport) simulations of relativistic heavy ion collisions are discussed and their reliability is assessed at intermediate collision energies. A new method to simulate heavy ion collisions is suggested, based on the forced thermalization in high-density regions.
Im Rahmen einer Zusammenarbeit zwischen der Thüringer Landesanstalt für Umwelt und Geologie und der Goethe-Universität Frankfurt fand in Kooperation mit dem Deutschen Wetterdienst (DWD) eine umfassende Studie zum konvektiven Unwetterpotential über Thüringen statt. Unwetterereignisse, die durch konvektive Prozesse in der Atmosphäre verursacht werden, besitzen ein nicht unerhebliches Schadenspotential, obwohl sie oftmals eine räumlich eng begrenzte Ausdehnung aufweisen. Aufgrund ihrer Charakteristik ist sowohl die Vorhersage solcher Ereignisse, als auch eine vollständige, systematische Erfassung für eine detaillierte Auswertung längerer Zeitreihen noch immer eine Herausforderung. Zusätzliches Interesse besteht in der Abschätzung der durch den Klimawandel abhängigen Entwicklung des zukünftigen Gefährdungspotentials konvektiver Unwetter. Für eine gezielte Untersuchung des Themenkomplexes ist eine Vielzahl unterschiedlicher Daten und Methoden verwendet worden. Mit Hilfe von Fernerkundungsdatensätzen wird ein räumlich differenziertes Gefährdungspotential über Thüringen nachgewiesen. Bedingt durch das Relief ist das Auftreten von Konvektion am häufigsten und intensivsten über dem südlichen Thüringer Wald und dessen Ostrand zu beobachten, während Nordthüringen eine deutlich geringere Aktivität solcher Unwetterereignisse aufweist. Eine Abschätzung mittels globaler Klimamodelle und daraus abgeleiteten Wetterlagen zeigt unter Berücksichtigung des RCP8.5 Klimaszenarios für die nahe Zukunft (2016-2045) eine Zunahme des Gefährdungspotentials durch konvektive Unwetter. Aufgrund des Anstiegs feuchter Wetterlagen (49 % auf 82 %) erhöht sich die Zunahme der Gefährdung für den Zeitraum 2071-2100 noch deutlicher. Im Vergleich zu diesem statistischen Ansatz nimmt die projizierte Gefährdung durch extreme Ereignisse erheblich zu (Faktor 6), wenn die Ergebnisse expliziter Simulationen konvektiver Ereignisse mit einem regionalen Klimamodell (mit horizontaler Gitterdistanz von 1 km) und eine Zunahme der Tage mit konvektiven Extremereignissen berücksichtigt werden. Ein Anstieg der Gefährdung durch konvektive Unwetter in der Zukunft ist wahrscheinlich. Eine Quantifizierung bleibt jedoch unsicher.
Transforming the current rather centralized electricity generating system into a climate neutral system based on renewable energy is an important approach to reduce greenhouse gas emissions and thus mitigate climate change. Stakeholders have each of them their own perception of the best strategies to achieve such a transformation. All perspectives are equally legitimate and needed for developing a specific transformation strategy suited for the region in focus....
National Model United Nations New York 2015 : Delegation der Goethe-Universität Frankfurt am Main
(2015)
Seit ihrer Gründung im Jahr 1945 sind die Vereinten Nationen zur bedeutendsten und einflussreichsten internationalen Organisation geworden. Als völkerrechtlicher Zusammenschluss verschiedenster Staaten haben die Vereinten Nationen eine generelle Zuständigkeit in Fragen von Frieden, Sicherheit und internationalem Zusammenleben. Unter den sechs Hauptorganen der Vereinten Nationen sind besonders der Sicherheitsrat und die Generalversammlung hervorzuheben. Letztere ist mit Vertretern aus allen 193 Mitgliedsstaaten die weltweit größte, regelmäßige Zusammenkunft von offiziellen Staatsvertretern. ...
National Model United Nations New York 2014 : Delegation der Goethe-Universität Frankfurt am Main
(2014)
Seit ihrer Gründung im Jahr 1945 sind die Vereinten Nationen auf internationaler Ebene zu einer Schlüsselorganisation geworden, der hohe Problemlösungskompetenzen zugeschrieben werden. Mittlerweile arbeiten 193 Mitgliedsstaaten gemeinsam an dem ehrgeizigen Ziel, den Weltfrieden und die internationale Sicherheit zu wahren. Der in der Charta der Vereinten Nationen verankerte Grundsatz des Verzichts auf Gewaltanwendung und der friedlichen Beilegung aller Streitigkeiten, macht sie zu einer weltweit einzigartigen Organisation. ...