Signalübermittlung und Redoxregulation durch Stickstoffmonoxid, Superoxid und Kohlenmonoxid

Diese Arbeit untersucht die chemischen Grundlagen der Redox-Regulation, d.h. die physiologische Regulation der Enzymaktivität durch oxidative Modifikationen von regulatorischen Enzymen. Durch vorausgehende Arbeiten unserer Arbeitsgruppe konnte die zentrale Funktion von Stickstoffmonoxid und Superoxid bei der Entstehung von Peroxynitrit aufgezeigt werden. Peroxynitrit ist für die Nitrierung von Tyrosin verantwortlich und wurde als ein hemmendes Agens für die Prostazyklinsynthase ausgiebig untersucht. Im Gegensatz dazu ist der Mechanismus und die Bedeutung der S-Nitrosierung als eine deutlich häufigere posttranslationale Proteinmodifikation bisher kaum verstanden. Die vorliegenden Daten leisten einen Beitrag zum Verständnis der Chemie solcher Redox-Regulationen, insbesondere durch folgende Ergebnisse:- Im Gegensatz zu Berichten in der Literatur stellten wir fest, dass Stickstoffmonoxid alleine nicht zu S-Nitrosierung unter physiologischen Bedingungen führen kann. Im Modell der N-Nitrosierung von 2,3-Diaminonaphthalen ist die Gegenwart von Superoxid mit einem optimalen Verhältnis von 2-3:1 von Stickstoffmonoxid zu Superoxid erforderlich, was darauf hinweist, dass entweder N2O3 (3:1) oder eine [NO+]-Spezies (2:1) beteiligt ist. Da der N2O3-spezifische Inhibitor Azid keinen Effekt zeigte, schlagen wir den letzteren Mechanismus vor.- Aufgrund von Versuchen mit variierenden Verhältnissen zwischen Stickstoffmonoxid- und Superoxid-Bildung nehmen wir an, dass Stickstoffmonoxid mit Peroxysalpetriger Säure (HOONO) reagiert und so zur Bildung des postulierten [NO+]-Spezies führt. Dieses gilt für in situ gebildetes Peroxynitrit, während für die schnelle Zugabe großer Mengen in Gegenwart von Stickstoffmonoxid andere Ergebnisse bekannt sind. Allerdings entspricht letzteres jedoch nicht den physiologischen Bedingungen.- Es konnte gezeigt werden, dass unter der Verwendung von eingefrorenen Proben erhaltene Daten aus der Literatur über Nitrierungen und Nitrosierungen Artefakte aufweisen. Diese erhöhte Bildung von 3-Nitrotyrosin und S-Nitrosothiolen beruht auf dem Absinken des pH-Werts während des langsamen Einfrierens in der Gegenwart von Natriumphosphatpuffer. Dadurch wird die Bildung von Salpetriger Säure ermöglicht, welche Nitrosierungen, und durch aerobe Oxidation, auch die Bildung von nitrierten Produkten erlaubt.- Wir postulieren, dass S-Nitrosierungen in der Zelle als eine Vorphase für Oxidationen und Nitrierungen durch Peroxynitrit auftreten. Dieses wird unterstützt durch die beschriebene Blockierung der NADPH- und NADH-Versorgung durch S-Nitrosierungen. Da so die antioxidative Kapazität der Zelle sinkt, würden die entstehenden Bedingungen eine Akkumulation von Peroxynitrit erlauben.- Durch kinetische Berechnungen wurde das System Stickstoffmonoxid/Superoxid mit dem Ziel der Bestimmung der steady-state Konzentrationen von Peroxynitrit untersucht. Ausgehend von den erhaltenen Daten erscheint es unwahrscheinlich, dass sich unter Ruhebedingungen in der Zelle ausreichende Konzentrationen an Peroxynitrit zur Nitrierung von Tyrosin bilden können. Dieses stützt unsere Hypothese eines vorausgehenden Ausschaltens reduktiver Mechanismen, welches erst die Bildung relevanter Konzentrationen von Peroxynitrit ermöglicht.- Submikromolare Konzentrationen von Kohlenmonoxid führen zur Tyrosin-Nitrierung, wahrscheinlich der Prostazyklinsynthase, in Gefäßen des Gehirns. Für den verantwortlichen Mechanismus wurden mehrere Möglichkeiten in Betracht gezogen und experimentell untersucht, jedoch ohne abschließende Ergebnisse zu erhalten. Eine andere Möglichkeit wäre, dass CO die Bindung von Stickstoffmonoxid an Myoglobin oder Hämoglobin blockiert und daher die Verfügbarkeit von Stickstoffmonoxid erhöht. Allerdings können unsere Daten eine Stimulation der NOS-1 durch CO nicht ausschließen und ein Öffnen von Kalzium-aktivierten Kalium-Kanälen vom BK-Typ über eine Häm-assoziierte Untereinheit könnte ein anderes mögliches Target von CO darstellen.Unsere Ergebnisse haben so einen tieferen Einblick in das komplexe Zusammenspiel von Stickstoffmonoxid und Superoxid ermöglicht und liefern daher eine neue Grundlage für das Verständnis der Redox-Regulation

What tracks for sustainable production systems in Europe

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Sustainability development of manufacturing systems

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FUTURPROD - Les systèmes de production du futur

Dans un contexte de renouveau industriel, un atelier sur le thème des "systèmes de production du futur" a été initié fin 2011. Dans un document d'une cinquantaine de pages, FUTURPROD présente les résultats du travail de prospective mené par un groupe de 35 experts pluridisciplinaires depuis 18 mois. Il donne sa vision des systèmes de production du futur sous la forme de trois grands scénarios prospectifs puis identifie les enjeux et mutations industriels à venir dans nos sociétés européennes. Il propose enfin un ensemble de priorités thématiques de recherche à lancer rapidement pour faire face aux défis économique, social et environnemental pour lesquels l'industrie peut apporter des réponses pertinentes

Proposal for environmental mixture risk assessment in the context of the biocidal product authorization in the EU

Background The EU Council and Parliament recently agreed on a new regulation that will implement a new EU‐wide, harmonized system for the authorization for biocidal products. Such products are in most cases multi‐component mixtures of one or more active substances plus a range of co formulants that serve different purposes, e.g. as stabilizers or preservatives. They are only allowed on the European market if their intended use does not lead to unacceptable risks for the environment. Consequently, the assessment of possible combination effects is a critically important step during the regulatory environmental risk assessment of biocidal products. However, no specific guidance is at hand on how combination effects should be accounted for during the regulatory environmental risk assessment of biocidal products. Results and Conclusions A tiered approach was developed that accommodates different data situations, optimizes resource usage, limits biotesting as far as possible and ensures adequate protection of the environment. It mainly builds on using Concentration Addition as a component‐based approach for mixture toxicity prediction, complemented by whole product tests where appropriate. Concentration Addition is either approximated by summing up PEC/PNEC ratios or as sums of toxic units. The competing concept of Independent Action was assessed as not being suitable for incorporation into a tiered approach without explicit confirmatory studies, as it might otherwise lead to an underestimation of the actual environmental risk.JRC.I.1-Chemical Assessment and Testin

Ray-Tracing Software Comparison for Linear Focusing Solar Collectors

Ray-Tracing software tools have been widely used in the optical design of solar concentrating collectors. In spite of the ability of these tools to assess the geometrical and material aspects impacting the optical performance of concentrators, their use in combination with experimental measurements in the framework of collector testing procedures as not been implemented, to the date, in none of the current solar collector testing standards. In the latest revision of ISO9806 an effort was made to include linear focusing concentrating collectors but some practical and theoretical difficulties emerged. A Ray-Tracing analysis could provide important contributions to overcome these issues, complementing the experimental results obtained through thermal testing and allowing the achievement of more thorough testing outputs with lower experimental requirements. In order to evaluate different available software tools a comparison study was conducted. Taking as representative technologies for line-focus concentrators the Parabolic Trough Collector and the Linear Fresnel Reflector Collector, two exemplary cases with predefined conditions - geometry, sun model and material properties - were simulated with different software tools. This work was carried out within IEA/SHC Task 49 "Solar Heat Integration in Industrial Processes"