Refine
Year of publication
- 2005 (157) (remove)
Document Type
- Article (111)
- Doctoral Thesis (40)
- Monograph/Edited Volume (3)
- Habilitation Thesis (1)
- Other (1)
- Postprint (1)
Is part of the Bibliography
- yes (157)
Keywords
- Arabidopsis (4)
- Modellierung (2)
- Redoxreaktion (2)
- Schmalwand <Arabidopsis> (2)
- phloem (2)
- phloem proteins (2)
- ABA (1)
- ADP-Glukosepyrophosphorylase (1)
- AMT (1)
- Abszisinsäure (1)
Institute
- Institut für Biochemie und Biologie (157) (remove)
Unicellular algae serve as models for the study and discovery of metabolic pathways, for the functional dissection of cell biological processes such as organellar division and cell motility, and for the identification of novel genes and gene functions. The recent completion of several algal genome sequences and expressed sequence tag collections and the establishment of nuclear and organellar transformation methods has opened the way for functional genomics approaches using algal model systems. The thermo-acidophilic unicellular red alga Galdieria sulphuraria represents a particularly interesting species for a genomics approach owing to its extraordinary metabolic versatility such as heterotrophic and mixotrophic growth on more than 50 different carbon sources and its adaptation to hot acidic environments. However, the ab initio prediction of genes required for unknown metabolic pathways from genome sequences is not trivial. A compelling strategy for gene identification is the comparison of similarly sized genomes of related organisms with different physiologies. Using this approach, candidate genes were identified that are critical to the metabolic versatility of Galdieria. Expressed sequence tags and high-throughput genomic sequence reads covering >70% of the G. sulphuraria genome were compared to the genome of the unicellular, obligate photoautotrophic red alga Cyanidioschyzon merolae. More than 30% of the Galdieria sequences did not relate to any of the Cyandioschyzon genes. A closer inspection of these sequences revealed a large number of membrane transporters and enzymes of carbohydrate metabolism that are unique to Galdieria. Based on these data, it is proposed that genes involved in the uptake of reduced carbon compounds and enzymes involved in their metabolism are crucial to the metabolic flexibility of G. sulphuraria
Die Tailspike Proteine (TSP) der Bakteriophagen P22, Sf6 und HK620 dienen der Erkennung von Kohlenhydratstrukturen auf ihren gram-negativen Wirtsbakterien und zeigen, von den ersten 110 Aminosäuren des N-Terminus abgesehen, keine Sequenzübereinstimmung. Mit Röntgenkristallstrukturanalyse konnte gezeigt werden, dass HK620TSP und Sf6TSP ebenfalls zu einer parallelen, rechtsgängigen beta-Helix falten, wie dies schon für P22TSP bekannt war. Die Kohlenhydratbindestelle ist bei Sf6TSP im Vergleich zu P22TSP zwischen die Untereinheiten verschoben.
Durch die anthropogene Nutzung sind viele Auen in Mitteleuropa verändert worden, wobei insbesondere die Retentionsflächen stark verringert wurden. Während Auen seit längerem im Fokus der wissenschaftlichen Bearbeitung stehen, gibt es bisher große Wissensdefizite in der Frage der Auenreaktivierungen. Zum einen sind derartige Projekte bisher kaum verwirklicht und zum anderen ist ein langfristiges Monitoring notwendig, um die Anpassung von Biozönosen an die veränderten Standortbedingungen beobachten zu können. Um die Folgen derartiger Eingriffe zu analysieren, bieten sich computergestützte Modellierungen der Landschaftsentwicklung an, wie sie in der vorliegenden Arbeit verwirklicht wurden. Ziel der Arbeit war, mit Hilfe eines Geografischen Informationssystems (GIS) das Entwicklungspotenzial der Landschaft bei verschiedenen Rückdeichungsvarianten auf der Ebene der Biotoptypen darzustellen. Dabei ging es nicht um die Erstellung eines allgemein gültigen Auenmodells sondern um die Erarbeitung eines Modells für einen konkreten Anwendungsfall. Der erarbeitete Ansatz sollte zudem für die landschaftsplanerische Praxis geeignet sein. Als Beispielgebiete wurden Flächen an der Mittleren Elbe bei Rogätz und Sandau, beide im nördlichen Teil von Sachsen-Anhalt, ausgewählt. Die vorliegende Arbeit gliedert sich in zwei Teile. Im ersten Teil werden Erhebungen und Auswertungen als Grundlage der Modellentwicklung dargestellt. Dazu wurden die Biotoptypen der Beispielgebiete flächendeckend erhoben und mit punktuellen Vegetationserhebungen ergänzt. Aus dem Forschungsprojekt "Rückgewinnung von Retentionsflächen und Altauenreaktivierung an der Mittleren Elbe in Sachsen-Anhalt" des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) standen standortökologische Daten der Hydrologie und Bodenkunde zur Verfügung. Ziel der Auswertung war, Schlüsselfaktoren für Hydrologie und Bodenbedingungen innerhalb der rezenten Aue zu identifizieren, die zur Ausprägung bestimmter Biotoptypen führen. Im zweiten Teil der Arbeit wurde ein Modell für Biotoptypenpotenziale auf den geplanten Rück–deichungsflächen entwickelt. Das Modell bearbeitet die Datenbank der verwendeten GIS-Dateien, die auf Daten zum Bestand beruht und um solche der Prognose der Standortökologie (Hydrologie und Boden) im Rückdeichungsfalle aus dem BMBF-Projekt erweitert wurde. Weitere Voraussetzung für die Modellierung war die Erarbeitung von Leitbildern, in denen unterschiedliche Nutzungsszenarios für die Landschaft nach Deichrückverlegung hypothetisch festgelegt wurden. Insbesondere die Nutzungsintensität wurde variiert, von einer Variante intensiver land- und forstwirtschaftlicher Nutzung über sogenannte integrierte Entwicklungsziele aus dem BMBF-Projekt bis hin zu einer Variante der Naturschutznutzung. Zusätzlich wurde eine zukünftige Potentielle Natürliche Vegetation modelliert. Eine Überprüfung des Modell fand für den Raum der rezenten Aue in der intensiven Nutzungsvariante statt, die der gegenwärtigen Nutzung am nächsten kommt. Werden Informationen des Bestandsbiotoptyps als Korrekturgröße in das Modell einbezogen, konnte für viele Biotoptypen eine Trefferquote von über 90 % erreicht werden. Bei flächenmäßig weniger bedeutenden Bio–toptypen lag dieser Wert aufgrund der schmaleren Datenbasis zwischen 20 und 40 %. Als Ergebnis liegt für unterschiedliche Deichvarianten und Leitbilder in den Beispielgebieten die Landschaftsentwicklung als Biotoppotenzial vor. Als eine vereinfachte Regionalisierung der punktuellen Vegetationsdaten wurde im Modell geprüft, inwieweit die modellierten Biotopflächen der Charakteristik der pflanzensoziologischen Aufnahmen aus der rezenten Aue entsprechen. In dem Falle wurde die Pflanzengesellschaft der jeweiligen ökologisch im Rahmen der Untersuchung einheitlichen Flächeneinheit zugeordnet. Anteilig lässt sich damit die Biotopprognosefläche pflanzensoziologisch konkretisieren. Die vorliegende Arbeit gehört zu den bisher wenigen Arbeiten, die sich mit den Folgen von Auenreaktivierung auf die Entwicklung der Landschaft auseinandersetzen. Sie zeigt eine Möglichkeit auf, Prognosemodelle für Biotoptypen und Vegetation anhand begrenzter Felduntersuchungen zu entwerfen. Derartige Modelle können zum Verständnis von Eingriffen in den Naturhaushalt, wie sie die Deichrückverlegungen darstellen, beitragen und eine Folgenabschätzung unterstützen.
Polyelectrolyte multilayer assemblies containing proteins are of interest for applications such as sensors, bioreactors, and bioelectronics. A multilayer electrode was built up by the layer-by-layer strategy consisting of alternating layers of cytochrome c and poly(aniline sulfonic acid). The electrode showed a linear increase of redox active protein with the number of deposited layers. The principle of electrode preparation was transferred from needle electrodes to planar surfaces in order to further the understanding of electron transfer through the layer assembly by means of electrochemical quartz crystal microbalance studies. The deposition process was followed on-line by detection of the frequency shift of the crystals and was found to be rather fast (minutes). The total mass deposited was found to correlate well with the electrochemical response of the immobilized cyt.c. Furthermore, the influence of the polyelectrolyte was investigated by addition of PSS to the PASA solution. The strong interaction of the former polyelectrolyte seemed to hinder the electron transfer although a multilayer formation was proved. Dilution of the protein solution with redox inactive apo-cyt.c led to a strong decrease of the voltammetric signal, well beyond the percentage of apo-cyt.c inside the assembly. Thus, arguments for an electron transfer via protein-protein interaction were found
Das Superoxidradikal kann mit fast allen Bestandteilen von Zellen reagieren und diese schädigen. Die medizinische Forschung stellte eine Beteiligung des Radikals an Krebs, Herzinfarkten und neuraler Degeneration fest. Ein empfindlicher Superoxidnachweis ist daher zum besseren Verständnis von Krankheitsverläufen wichtig. Dabei stellen die geringen typischen Konzentrationen und seine kurze Lebensdauer große Anforderungen. Ziel dieser Arbeit war es zum einen, zwei neuartige Proteinarchitekturen auf Metallelektroden zu entwickeln und deren elektrochemisches Ansprechverhalten zu charakterisieren. Zum anderen waren diese Elektroden zur empfindlichen quantitativen Superoxiddetektion einzusetzen. Im ersten Teil der Arbeit wurde eine Protein-Multischichtelektrode aus Cytochrom c und dem Polyelektrolyten Poly(anilinsulfonsäure) nach dem Layer-by-layer-Verfahren aufgebaut. Für zwei bis 15 Schichten an Protein wurde eine deutliche Zunahme an elektrodenaktivem Cytochrom c mit jedem zusätzlichen Aufbringungsschritt nachgewiesen. Die Zunahme verlief linear und ergab bei 15 Schichten eine Zunahme der redoxaktiven Proteinmenge um deutlich mehr als eine Größenordnung. Während das formale Potential im Multischichtsystem sich im Vergleich zur Monoschichtelektrode nicht veränderte, wurde für die Kinetik eine Abhängigkeit der Geschwindigkeit des Elektronentransfers von der Zahl der Proteinschichten beobachtet. Mit zunehmender Scangeschwindigkeit trat ein reversibler Kontaktverlust zu den äußeren Schichten auf. Die lineare Zunahme an elektroaktivem Protein mit steigender Zahl an Depositionsschritten unterscheidet sich deutlich von in der Literatur beschriebenen Protein/Polyelektrolyt-Multischichtelektroden, bei denen ab etwa 6-8 Schichten keine Zunahme an elektroaktivem Protein mehr festgestelltwurde. Auch ist bei diesen die Zunahme an kontaktierbaren Proteinmolekülen auf das Zwei- bis Fünffache limitiert. Diese Unterschiede des neu vorgestellten Systems zu bisherigen Multischichtassemblaten erklärt sich aus einem in dieser Arbeit für derartige Systeme erstmals beschriebenen Elektronentransfermechanismus. Der Transport von Elektronen zwischen der Elektrodenoberfläche und den Proteinmolekülen in den Schichten verläuft über einen Protein-Protein-Elektronenaustausch. Dieser Mechanismus beruht auf dem schnellen Selbstaustausch von Cytochrom c-Molekülen und einer verbleibenden Rotationsflexibilität des Proteins im Multischichtsystem. Die Reduzierung des Proteins durch das Superoxidradikal und eine anschließende Reoxidation durch die Elektrode konnten nachgewiesen werden. In einem amperometrischen Messansatz wurde das durch Superoxidradikale hervorgerufene elektrochemische Signal in Abhängigkeit von der Zahl an Proteinschichten gemessen. Ein maximales Ansprechverhalten auf das Radikal wurde mit 6-Schichtelektroden erzielt. Die Empfindlichkeit der 6-Schichtelektroden wurde im Vergleich zum Literaturwert der Monoschichtelektrode um Faktor 14, also mehr als eine Größenordnung, verbessert. Somit konnte eine Elektrode mit 6 Schichten aus Cytochrom c und Poly(anilinsulfonsäure) als neuartiger Superoxidsensor mit einer 14-fachen Verbesserung der Empfindlichkeit im Vergleich zum bislang benutzten System entwickelt werden. Der zweite Teil dieser Arbeit beschreibt die Auswahl, Gewinnung und Charakterisierung von Mutanten des Proteins Cu,Zn-Superoxiddismutase zur elektrochemischen Quantifizierung von Superoxidradikalen. Monomere Mutanten des humanen dimeren Enzyms wurden entworfen, die durch Austausch von Aminosäuren ein oder zwei zusätzliche Cysteinreste besaßen, mit welchem sie direkt auf der Goldelektrodenoberfläche chemisorbieren sollten. 6 derartige Mutanten konnten in ausreichender Menge und Reinheit in aktiver Form gewonnen werden. Die Bindung der Superoxiddismutase-Mutanten an Goldoberflächen konnte durch Oberflächen-plasmonresonanz und Impedanzspektroskopie nachgewiesen werden. Alle Mutanten wiesen einen quasi-reversiblen Elektronentransfer zwischen SOD und Elektrode auf. Durch Untersuchung von kupferfreien SOD-Mutanten sowie des Wildtyps konnte nachgewiesen werden, das die Mutanten über die eingefügten Cysteinreste auf der Elektrode chemisorptiv gebunden wurden und der Elektronentransfer zwischen der Elektrode und dem Kupfer im aktiven Zentrum der SOD erfolgte. Die Superoxiddismutase katalysiert die Zersetzung von Superoxidmolekülen durch Oxidation und durch Reduktion der Radikale. Somit sind beide Teilreaktionen von analytischem Interesse. Zyklovoltammetrisch konnte sowohl die Oxidation als auch die Reduktion des Radikals durch die immobilisierten Superoxiddismutase-Mutanten nachgewiesen werden. In amperometrischen Messanordnungen konnten beide Teilreaktionen zur analytischen Quantifizierung von Superoxidradikalen genutzt werden. Im positiven Potentialfenster wurde die Empfindlichkeit um einen Faktor von etwa 10 gegenüber der Cytochrom c–Monoschichtelektrode verbessert.
TPK1 ( formerly KCO1) is the founding member of the family of two-pore domain K 1 channels in Arabidopsis ( Arabidopsis thaliana), which originally was described following expression in Sf9 insect cells as a Ca2(+)- and voltage- dependent outwardly rectifying plasma membrane K 1 channel. In plants, this channel has been shown by green fluorescent protein fusion to localize to the vacuolar membrane, which led to speculations that the TPK1 gene product would be a component of the nonselective, Ca2+ and voltage- dependent slow-vacuolar (SV) cation channel found in many plants species. Using yeast ( Saccharomyces cerevisiae) as an expression system for TPK1, we show functional expression of the channel in the vacuolar membrane. In isolated vacuoles of yeast yvc1 disruption mutants, the TPK1 gene product shows ion channel activity with some characteristics very similar to the SV-type channel. The open channel conductance of TPK1 in symmetrically 100mM KCl is slightly asymmetric with roughly 40 pS at positive membrane voltages and 75 pS at negative voltages. Similar to the SV-type channel, TPK1 is activated by cytosolic Ca2+, requiring micromolar concentration for activation. However, in contrast to the SV- type channel, TPK1 exhibits strong selectivity for K+ over Na+, and its activity turned out to be independent of the membrane voltage over the range of +/- 80mV. Our data clearly demonstrate that TPK1 is a voltage- independent, Ca2+- activated, K+- selective ion channel in the vacuolar membrane that does not mediate SV- type ionic currents
In this paper, habitat models were used to predict potential habitat for endangered species, which is an important question in landscape and conservation planning. Based on logistic regression, we developed habitat distribution models for the burnet moth Zygaena carniolica and the nymphalid butterfly Coenonympha arcania in Northern Bavaria, Germany. The relation between adult occurrence and habitat parameters, including the influence of landscape context, was analyzed on, 118 sites. Habitat connectivity analyses were carried out on the basis of (1) habitat suitability maps generated from these models and (2) dispersal data from mark recapture studies. Our results showed that (1) the presence of the burnet depended mainly on the presence of nectar plants and of nutrient-poor dry grasslands in direct vicinity, that of the nymphalid on larger areas of extensively used dry grasslands within 100 m vicinity in combination with small patches of higher shrubs and bushes. (2) Internal as well as external validation indicated the robustness and general applicability of the models. Transferability in time and space indicated their high potential relevance for applications in nature conservation, such as predicting possible effects of land use changes. (3) Habitat connectivity analyses revealed a high degree of habitat connectivity within the study area. Thus, we could show no effects of isolation or habitat size for both species. (c) 2005 Elsevier Ltd. All rights reserved
From its first use in the field of biochemistry, instrumental analysis offered a variety of invaluable tools for the comprehensive description of biological systems. Multi-selective methods that aim to cover as many endogenous compounds as possible in biological samples use different analytical platforms and include methods like gene expression profile and metabolite profile analysis. The enormous amount of data generated in application of profiling methods needs to be evaluated in a manner appropriate to the question under investigation. The new field of system biology rises to the challenge to develop strategies for collecting, processing, interpreting, and archiving this vast amount of data; to make those data available in form of databases, tools, models, and networks to the scientific community. On the background of this development a multi-selective method for the determination of phytohormones was developed and optimised, complementing the profile analyses which are already in use (Chapter I). The general feasibility of a simultaneous analysis of plant metabolites and phytohormones in one sample set-up was tested by studies on the analytical robustness of the metabolite profiling protocol. The recovery of plant metabolites proved to be satisfactory robust against variations in the extraction protocol by using common extraction procedures for phytohormones; a joint extraction of metabolites and hormones from plant tissue seems practicable (Chapter II). Quantification of compounds within the context of profiling methods requires particular scrutiny (Chapter II). In Chapter III, the potential of stable-isotope in vivo labelling as normalisation strategy for profiling data acquired with mass spectrometry is discussed. First promising results were obtained for a reproducible quantification by stable-isotope in vivo labelling, which was applied in metabolomic studies. In-parallel application of metabolite and phytohormone analysis to seedlings of the model plant Arabidopsis thaliana exposed to sulfate limitation was used to investigate the relationship between the endogenous concentration of signal elements and the ‘metabolic phenotype’ of a plant. An automated evaluation strategy was developed to process data of compounds with diverse physiological nature, such as signal elements, genes and metabolites – all which act in vivo in a conditional, time-resolved manner (Chapter IV). Final data analysis focussed on conditionality of signal-metabolome interactions.