WPŁYW SUBURBANIZACJI NA WIEJSKIE STRUKTURY OSADNICZE

Over the past dozens of years, due to the introduction of a new socio-economic system, the following changes have taken place and continue to take place within settlement units in suburban areas of large cities: land ownership, sustainability, type, size and shape of buildings, assurance of social and technical infrastructure as well as local social ties. New types of investments and economic activity have also emerged, which has ultimately contributed to the creation of new jobs.The aim of this paper is to present the changes taking place in rural districts of Poznan at the tum of the 20th and 21st centuries as a result of suburbanization. It has been noted that the transformations take place mainly in the morphology of rural settlements, in their spatial and compositional layout, however, the physiognomy of villages is also undergoing changes. Detailed research was conducted in the suburban area of the city of Poznan and it was centered around the countryside of Tarnowo Podgórne. Such a multi-scale approach (macro and micro) provides a fuller picture of changes in the spatial structure of rural units which are under the influence of a large urban center. The study includes selected aspects of the urbanization processes that have taken place in the district of Poznan in the years 1990-2007. Apart from issues related to the shaping of the population, the subject of the analysis also includes the changes in the surface of the built-up areas (building developments, service buildings, industrial buildings), which have been considered one of the most important manifestations of the processes of urbanization.Przedmiotem analiz są przemiany, jakie dokonują się na obszarach wiejskich powiatu poznańskiego (szczególnie w obrębie wsi) na przełomie XX i XXI w. w wyniku procesu suburbanizacji. Badania przeprowadzono w strefie podmiejskiej miasta Poznania, koncentrując się na wsi Tarnowo Podgórne. W opracowaniu uwzględniono wybrane aspekty przebiegu procesów urbanizacyjnych, które dokonały się na terenie powiatu poznańskiego w latach 1990-2007. Poza zagadnieniami związanymi z kształtowaniem się liczby ludności, przedmiotem analizy były także zmiany w zagospodarowaniu przestrzennym

Modulatory effect of sodium nitroprusside and 8Br-cGMP on mastoparan-7 induced contraction

I n t r o d u c t i o n. Mastoparan-7 activates G-protein and stimulates apoptosis, but in smooth muscle cells leads to increase in perfusion pressure. Main a i m of this study was to evaluate the modulatory effect of 8Br-cGMP and sodium nitroprusside on vascular smooth muscle contraction induced by direct stimulation of G-protein with mastoparan-7. Ma t e r i a l  a n d  m e t h o d s. Experiments were performed on isolated and perfused tail artery of Wistar rats. Contraction force in our model was measured by increased level of perfusion pressure with a constant flow. R e s u l t s. Concentration-response curves obtained for mastoparan-7 presented an sigmoidal relation. In presence of SNP and 8Br-cGMP the significant and dose dependent leftward shift with significant reduction in maximal responses was present. Moreover, analyzing function of calcium stores the significant inhibition of influx from both, intra- and extracellular calcium stores was present. C o n c l u s i o n. Results of our experiments suggest that contraction induced by direct activation of G-protein with mastoparan-7 may by effectively inhibited in the presence of donors of nitric oxide such as sodium nitroprusside and in the presence of 8Br-cGMP.  Mastoparan-7 jest aktywatorem białka G, stymulującym apoptozę. W mięśniach gładkich naczyń krwionośnych zwiększa kurczliwość. C e l e m prowadzonego badania było określenie wpływu nitroprusydku sodowego oraz 8Br-cGMP na skurcz mięśni gładkich wywołany bezpośrednią stymulacją białka G przez mastoparan-7. M a t e r i a ł  i  m e t o d y. Badania przeprowadzono na izolowanych i perfundowanych tętnicach ogonowych szczurów szczepu Wistar. Wykładnikiem skurczu w układzie doświadczalnym były zmiany ciśnienia perfuzyjnego. W y n i k i. Krzywe zależności efektu od stężenia agonisty uzyskane dla mastoparanu-7 miały przebieg odpowiadający krzywej sigmoidalnej. W obecności nitroprusydku sodowego i 8Br-cGMP zaobserwowano istotne przesunięcie krzywych w stronę prawą, tj. w stronę wyższych stężeń agonisty z jednoczesną redukcja efektu maksymalnego. Oceniając efektywność skurczu wyzwalanego napływem wapnia z przestrzeni wewnątrzkomórkowej i zewnątrzkomórkowej, stwierdzono istotne zmniejszenie napływu jonów wapnia z obydwu wymienionych magazynów. Wn i o s k i. Wyniki przeprowadzonych doświadczeń sugerują, że skurcz wyzwolony przez bezpośrednią aktywację białka G przez mastoparam-7 może być skutecznie hamowany przez donory tlenku azotu, jak np. nitroprusydek sodowy a także w obecności 8Br-cGMP

Modulujący wpływ nitroprusydku sodu i 8Br-cGMP na reaktywność mięśniówki indukowany mastoparanem-7

I n t r o d u c t i o n . Mastoparan-7 activates G-protein and stimulates apoptosis, but in smooth muscle cells leads to increase in perfusion pressure.Main a i m of this study was to evaluate the modulatory effect of 8Br-cGMP and sodium nitroprusside on vascular smooth muscle contraction induced by direct stimulation of G-protein with mastoparan-7.Ma t e r i a l  a n d  m e t h o d s . Experiments were performed on isolated and perfused tail artery of Wistar rats. Contraction force in our model was measured by increased level of perfusion pressure with a constant flow.R e s u l t s . Concentration-response curves obtained for mastoparan-7 presented an sigmoidal relation. In presence of SNP and 8Br-cGMP the significant and dose dependent leftward shift with significant reduction in maximal responses was present. Moreover, analyzing function of calcium stores the significant inhibition of influx from both, intra- and extracellular calcium stores was present.C o n c l u s i o n . Results of our experiments suggest that contraction induced by direct activation of G-protein with mastoparan-7 may by effectively inhibited in the presence of donors of nitric oxide such as sodium nitroprusside and in the presence of 8Br-cGMP. Mastoparan-7 jest aktywatorem białka G, stymulującym apoptozę. W mięśniach gładkich naczyń krwionośnych zwiększa kurczliwość.C e l e m prowadzonego badania było określenie wpływu nitroprusydku sodowego oraz 8Br-cGMP na skurcz mięśni gładkich wywołany bezpośrednią stymulacją białka G przez mastoparan-7.M a t e r i a ł  i  m e t o d y . Badania przeprowadzono na izolowanych i perfundowanych tętnicach ogonowych szczurów szczepu Wistar. Wykładnikiem skurczu w układzie doświadczalnym były zmiany ciśnienia perfuzyjnego.Wy n i k i . Krzywe zależności efektu od stężenia agonisty uzyskane dla mastoparanu-7 miały przebieg odpowiadający krzywej sigmoidalnej. W obecności nitroprusydku sodowego i 8Br-cGMP zaobserwowano istotne przesunięcie krzywych w stronę prawą, tj. w stronę wyższych stężeń agonisty z jednoczesną redukcja efektu maksymalnego. Oceniając efektywność skurczu wyzwalanego napływem wapnia z przestrzeni wewnątrzkomórkowej i zewnątrzkomórkowej, stwierdzono istotne zmniejszenie napływu jonów wapnia z obydwu wymienionych magazynów.Wn i o s k i . Wyniki przeprowadzonych doświadczeń sugerują, że skurcz wyzwolony przez bezpośrednią aktywację białka G przez mastoparam-7 może być skutecznie hamowany przez donory tlenku azotu, jak np. nitroprusydek sodowy a także w obecności 8Br-cGMP

Correction: Human and Drosophila Cryptochromes Are Light Activated by Flavin Photoreduction in Living Cells

Cryptochromes are a class of flavoprotein blue-light signaling receptors found in plants, animals, and humans that control plant development and the entrainment of circadian rhythms. In plant cryptochromes, light activation is proposed to result from photoreduction of a protein-bound flavin chromophore through intramolecular electron transfer. However, although similar in structure to plant cryptochromes, the light-response mechanism of animal cryptochromes remains entirely unknown. To complicate matters further, there is currently a debate on whether mammalian cryptochromes respond to light at all or are instead activated by non–light-dependent mechanisms. To resolve these questions, we have expressed both human and Drosophila cryptochrome proteins to high levels in living Sf21 insect cells using a baculovirus-derived expression system. Intact cells are irradiated with blue light, and the resulting cryptochrome photoconversion is monitored by fluorescence and electron paramagnetic resonance spectroscopic techniques. We demonstrate that light induces a change in the redox state of flavin bound to the receptor in both human and Drosophila cryptochromes. Photoreduction from oxidized flavin and subsequent accumulation of a semiquinone intermediate signaling state occurs by a conserved mechanism that has been previously identified for plant cryptochromes. These results provide the first evidence of how animal-type cryptochromes are activated by light in living cells. Furthermore, human cryptochrome is also shown to undergo this light response. Therefore, human cryptochromes in exposed peripheral and/or visual tissues may have novel light-sensing roles that remain to be elucidated

Seedlings Lacking the PTM Protein Do Not Show a genomes uncoupled (gun) Mutant Phenotype.

The ptm mutant of Arabidopsis does not show a genomes uncoupled mutant phenotype and PTM is therefore unlikely to function in chloroplast-to-nucleus signaling as previously reported

Wspomnienie o profesor Annie Karolinie Kołodziejczak (1962-2023)

W ostatnim czasie społeczność akademicką Wydziału Geografii Społeczno-Ekonomicznej i Gospodarki Przestrzennej Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu, dotknęła kolejna strata. Dnia 25 lutego 2023 r. zmarła Anna Karolina Kołodziejczak – profesor UAM i kierownik ZakładuGeografii Rolnictwa i Wsi (wcześniej: Zakładu Gospodarki Żywnościowej i Wsi). Od lat zmagała się z ciężką chorobą, jednak jej odejście było nagłe

DFT-Untersuchungen der EPR-Parameter von Bioradikalen

Die quantenchemische Modellierung von Parametern der elektronenparamagnetischen Resonanz (EPR) stellt, in Kombination mit Daten aus modernen Hochfeld-/Hochfrequenz (HF) EPR-Techniken, eine überaus wichtige analytische Methode dar, um Einblicke in die Radikal-Protein-Wechselwirkung zu gewinnen. Diese Wechselwirkung bestimmt zu einem großen Teil die Abläufe radikalischer biochemischer Prozesse. In dieser Arbeit untersuchten wir in einer Reihe von Dichtefunktionaltheorie (DFT)-Studien die EPR-Parameter diverser biologisch wichtiger Radikale sowie mehrerer durch Radikal-Protein-Wechselwirkungen im Photosystem I inspirierter Modellsysteme. Wir demonstrierten die Genauigkeit sowie die Kapazität unserer Methode, um Einblicke in die in vivo Umgebung und Reaktivität von Bioradikalen zu erhalten. Unser DFT-Ansatz zur Berechnung elektronischer g-Tensoren wurde auf Semichinonradikalanionen in verschiedenen Proteinumgebungen photosynthetischer Reaktionszentren angewandt. Supermolekulare Modelle wurden, basierend auf einer Kombination aus kristallographischen und quantenchemischen Strukturdaten, für die aktiven Zentren QA und QB bakterieller Reaktionszentren, für A1 des Photosystems I sowie für Ubisemichinon in gefrorenem 2-Propanol erstellt. Nach der Skalierung der berechneten ∆gx Komponenten um 0.92 stimmen die auf gradienten-korrigertem DFT-Niveau mit den bestenverfügbaren Spin-Bahn-Operatoren berechneten Komponenten ∆gx sowie ∆gy mit den Hochfeld-EPR-Referenzdaten innerhalb der experimentellen Genauigkeit in allen vier untersuchten Systemen überein. Der Einfluss verschiedener nichtkovalenter Wechselwirkungen zwischen dem Semichinon und dem Protein wurde durch das sukzessive Verkleinern der Modellsysteme studiert. Dabei wurde festgestellt, dass der Effekt der Wasserstoffbrückenbindung zu den beiden Carbonyl-Sauerstoff-Atomen der Semichinone wegen der kompensierenden Spinpolarisationseffekte nicht additiv ist. Der Effekt der Tryptophan-Semichinon -Stapelung hat auf QA und A1 unterschiedliche Auswirkungen. Dies konnte auf die andersartige Ausrichtung der wechselwirkenden Fragmente sowie auf die unterschiedliche Spinpolarisation zurückgeführt werden. Im nächsten Teil dieser Arbeit wurden Semichinone der so genannten „hoch-affinen“ Bindungsstelle der Chinoloxidase (QH) untersucht. Vor kurzem durchgeführte Multifrequenz-EPR-Studien der QH der Chinoloxidase legten asymmetrische Wasserstoffbrückenbindungen zum Semichinonradikalanion nahe. Eine einzelne Wasserstoffbrückenbindung zum O1 des Carbonyls war ein weiteres vorgeschlagenes Strukturmerkmal, das allerdings im Gegensatz zu früheren experimentellen Hinweisen stünde. Wir haben DFT Berechnungen der EPR-Parameter (g-Tensoren, 13C-, 1H- und 17O-Hyperfeinkopplungstensoren) einer großen Anzahl von supermolekularen Modellkomplexen durchgeführt, um detaillierte Einblicke in die Zusammenhänge zwischen Struktur, Umgebung und EPR-Parametern von Ubisemichinon-Radikalanionen zu gewinnen. Ein Bindungsmodell, das nur eine einzige Wasserstoffbrücke berücksichtigt, ist demnach weder in der Lage, die experimentell beobachteten niedrigen gx-Komponenten der g-Tensoren, noch die beobachtete große Asymmetrie von 13C-Carbonyl HFC-Tensoren zu erklären. Basierend auf einem detaillierten Vergleich zwischen Rechnung und Experiment wurde ein Modell mit zwei Wasserstoffbrückenbindungen zu O1 und einer Wasserstoffbrückenbindung zu O4 für QH vorgeschlagen. Ein Modell mit jeweils einer Wasserstoffbrückenbindung mehr kann jedoch ebenfalls nicht völlig ausgeschlossen werden. Zusätzlich wurden weitere erkannte Zusammenhänge zwischen EPR-Parametern und Wasserstoffbrückenbindungen von Ubisemichinonen in Proteinen diskutiert. Theoretische Untersuchungen bezüglich des Mechanismus des Elektronentransfers im Photosystem I gaben den Anstoß, relativ kleine rotierende molekulare Motoren, bestehend aus intramolekular verbundenen Dyaden, welche eine Chinoneinheit sowie eine Pyrrol- oder Indoleinheit verknüpfen, zu modellieren. Die Berechnungen zeigten, dass für einige Systeme, abhängig von der Länge und den Anknüpfungspunkten der verbundenen Ketten, eine Reduktion des Chinons zum Semichinonradikalanion oder Chinolatdianion mit einer reversiblen intramolekularen Neuorientierung weg von einer -Stapelung und hin zu einer T-Stapelung auftritt. Durch die Umstrukturierung wird eine Wasserstoffbrückenbindung der Pyrrol- oder Indol-N-H-Funktion zum Semichinon- oder Chinolat--Systems nach der Reduktion ausgebildet. In einigen Systemen bilden sich jedoch Wasserstoffbrückenbindungen zum Semichinon- oder Chinolat-Sauerstoffatom aus, die gegenüber der T-Stapelung bevorzugt werden. Die intramolekularen Wechselwirkungen verändern das Redoxpotential des Chinons. Der elektronische g-Tensor, welcher für die Semichinone berechnet wurde, beweist eindeutig das Vorhandensein dieser Wasserstoffbrückenbindung zum Semichinon. g-Tensoren stellen somit eine geeignete Kenngröße in der EPR Spektroskopie dar, um strittige Strukturen aufzuklären. Wir halten auch einen intramolekularer Protonentransfer im dianionischen Zustand für möglich. Im Gegensatz zu Semichinonen welche paramagnetische Zustände von Enzymen-Cofaktoren darstellen sind Glyclradikale echte Proteinradikale. Als Schritt zum tiefer gehenden Verständnis von EPR-Parametern des Glycylradikals in Proteinen wurden die Hyperfeinkopplungstensoren und insbesondere der g-Tensor des N-Acetylglycyls durch systematische hochgenaue quantenchemischen Berechnungen an diversen geeigneten Modellsystemen untersucht. Die quantitative Berechnung von g-Tensoren für solche Glycyl-ähnlichen Radikale ist eine enorme Herausforderung, insbesondere wegen der sehr kleinen g-Anisotropie. Diese ist zudem mit einer nichtsymmetrischen delokalisierten Spindichteverteilung auf verschiedene Atome des Moleküls verbunden, die mit vergleichbaren Spinbahneffekten zum g-Tensor beitragen. Die Wahl eines geeigneten Eichursprungs des magnetischen Vektorpotentials und geeigneter Spin-Bahn-Operatoren, gestaltete sich weitaus anspruchsvoller als in vorausgegangen Arbeiten zu g-Tensoren organischer Radikale. Umgebungseffekte, die durch supermolekulare Wasserstoffbrückenbindungs-Modelle berücksichtigt wurden, stellen sich hingegen als nicht so schwerwiegend heraus, zum Teil durch die gegenseitige Kompensierung des Einflusses von intramolekularen und intermolekularen Wasserstoffbrückenbindungen. Den größten Einfluss auf den g-Tensor übt die Konformation des Radikals aus. Die angewendete DFT Methode überschätzt systematisch sowohl die ∆gx als auch die ∆gy Komponente des g-Tensors. Dieses Ergebnis ist wichtig für Untersuchungen von Protein-Glycyl-Radikalen (siehe weiter unten). Die 1H und 13C Hyperfeinkopplungen hängen nur wenig von den gewählten supermolekularen Modellen ab und scheinen weniger empfindlich gegenüber der genauen Struktur und Umgebung des Moleküls zu sein. Die Anzahl der bekannten Enzyme, die als funktionelle Gruppe ein Glycyl-Radikal besitzen, wird immer größer. Wir führten in dieser Arbeit eine systematische quantenchemische Studie zur Spindichteverteilung, elektronischem g-Tensor und Hyperfeinkopplungskonstanten diverser Modelle von Protein-gebundenen Glycylradikalen durch. Wie schon bei N-Acetylglycyl gesehen (siehe oben) stellt auch hier die geringe g-Anisotropie dieses delokalisierten, asymmetrischen Systems selbst für moderne Rechenmethoden eine beträchtliche Herausforderung dar. Dies betrifft zum einen die Qualität der Strukturoptimierung, zum anderen die Wahl des Spin-Bahn-Operators und des Eichursprungs des magnetischen Vektorpotentials. Umgebungseffekte aufgrund der Ausbildung von Wasserstoffbrückenbindungen hängen in komplizierter Weise von den verschiedenen intramolekularen Wasserstoffbrückenbindungen verschiedener Konformationen des Radikals ab. Die jeweilige Konformation hat insgesamt gesehen die größte Auswirkung auf den berechneten g-Tensor (jedoch weniger auf den Hyperfeinkopplungstensor). Wir diskutierten dies im Zusammenhang verschiedener g-Tensoren, welche vor kurzem durch Hochfeld-EPR Messungen für drei verschiedene Enzyme erhalten wurden. Basierend auf den Resultaten der Kalibrierungsstudie an N-Acetylgylcyl, schlagen wir vor, dass das Glycylradikal, welches für die E.coli anaerobische Ribonucleotid Reductase (RNR) beobachtet wurde, eine gestreckte Konformation besitzt, die sich von derjenigen der entsprechenden Radikale der Pyruvat Format-Lyase (PFL) oder Benzylsuccinatsynthase (BSS) unterscheidet.Quantum chemical modeling of electron paramagnetic resonance (EPR) parameters, in combination with data from the modern high-field/high-frequency EPR (HF-EPR) techniques, constitutes an invaluable analytical tool for gaining insight into radical-protein interactions, which determine the specificity and directionality of the radical-mediated biochemical processes. This thesis reports a series of density functional (DFT) studies on EPR parameters of several biologically relevant radicals and a series of molecular devices inspired by radical-protein interaction in photosystem I (PS-I). We demonstrate our methodology’s accuracy and capacity to provide insight into the in vivo environment and reactivity of bioradicals. Our DFT approach for the calculation of electronic g-tensors has been applied to semiquinone radical anions in the different protein environments of photosynthetic reaction centers. Supermolecular models have been constructed, based on combined crystallographic and quantum chemical structure data, for the QA and QB active sites of bacterial reaction centers, for the A1 site of PS-I, as well as for ubisemiquinone in frozen 2-propanol. After scaling of the computed gx components by 0.92, both gx and gy components computed at gradient-corrected DFT level with accurate spin-orbit operators agree with HF-EPR reference data essentially to within experimental accuracy in all four systems studied. The influence of the various semiquinone-protein non-covalent interactions has been studied by successive removal of individual residues from the models. The effects of hydrogen bonding to the two carbonyl oxygen atoms of the semiquinones was found to be nonadditive, due to compensating spin-polarization effects. The effects of tryptophan-semiquinone -stacking are different for QA and A1 sites. This may be traced back to a different alignment of the interacting fragments and to differential spin polarization. In the next part of this work our DFT methodology has been applied to the semiquinone in the environment of the “high-affinity” binding site of quinol oxidase (QH site). Recent multi-frequency EPR studies of the QH binding site of quinol oxidase have suggested a very asymmetric hydrogen-bonding environment for the semiquinone radical anion state. Single-sided hydrogen bonding to the O1 carbonyl position was one of the proposals, which contrasts with some previous experimental indications. The density functional calculations of the EPR parameters (g-tensors, 13C, 1H, and 17O hyperfine tensors) for a wide variety of supermolecular model complexes have been used to provide insight into the detailed relations between structure, environment and EPR parameters of ubisemiquinone radical anions. A single-sided binding model is not able to account for the experimentally observed low gx component of the g-tensor nor for the observed magnitude of the asymmetry of the 13C carbonyl hyperfine coupling (HFC) tensors. Based on the detailed comparison between computation and experiment, a model with two hydrogen bonds to O1 and one hydrogen bond to O4 was suggested for the QH site, but a model with one more hydrogen bond on each side could not be excluded. Additionally, several general conclusions on the interrelations between EPR parameters and hydrogen bond patterns of ubisemiquinones in proteins were provided. The computational studies related to the mechanism of electron transfer in PS-I gave an impetus to the theoretical design, based on quantum-chemical calculations, of relatively small rotational molecular motors made up from intramolecularly connected dyads consisting of a quinone unit and a pyrrole or indole moiety. It was shown computationally for several systems, depending on the length and attachment points of the interconnecting chains, that a reduction of the quinone to the semiquinone radical anion or quinolate dianion states leads to a reversible intramolecular reorientation from a -stacked to a T-stacked arrangement. In the rearranged structures, a hydrogen bond from the pyrrole or indole N-H function to the semiquinone or quinolate -system is created upon reduction. In some systems, hydrogen bonds to the semiquinone or quinolate oxygen atoms are partly feasible and will be preferred over T-stacking. It was shown that the intramolecular interactions modify the quinone redox potentials. The electronic g-tensors computed for the semiquinone states reflected characteristically the presence and nature of hydrogen bonds to the semiquinone and were suggested as suitable EPR spectroscopic probes for the preferred structures. Intramolecular proton transfer was observed to be possible in the dianionic state. In contrast to semiquinones, which represent paramagnetic states of enzyme cofactors, glycyl radicals are genuine protein radicals. As a step towards an in-depth understanding of the EPR parameters of glycyl radicals in proteins, the hyperfine- tensors and, particularly, the g-tensor of N-acetylglcyl in the environment of a single crystal of N-acetylglycine have been studied by systematic state-of-the-art quantum chemical calculations on various suitable model systems. The quantitative computation of the g-tensors for such glycyl-derived radicals is a veritable challenge, mainly due to the very small g-anisotropy combined with a non-symmetrical, delocalized spin-density distribution and several atoms with comparable spin-orbit contributions to the g-tensors. The choice of gauge origin of the magnetic vector potential, and of approximate spin-orbit operators, both turn out to be more critical than found in previous studies of g-tensors for organic radicals. Environmental effects, included by supermolecular hydrogen-bonded models, were found to be moderate, due to a partial compensation between the influences from intramolecular and intermolecular hydrogen bonds. The largest effects on the g-tensor are caused by the conformation of the radical. The DFT methods employed systematically overestimate both the gx and gy components of the g-tensor. This is important for investigations on the protein-glycyl radicals (see next paragraph). The 1H and 13C hyperfine couplings depend only slightly on the supermolecular model chosen and appear less sensitive probes of detailed structure and environment. The number of enzymes that require a glycyl-based radical for their function is growing. Here we provide systematic quantum-chemical studies of spin-density distributions, electronic g-tensors, and hyperfine couplings of various models of protein-bound glycyl radicals. Similarly to what was found for N-acetylglycyl (see previous paragraph), the small g-anisotropy for this delocalized, unsymmetrical system presents appreciable challenges to state-of-the-art computational methodology. This pertains to the quality of structure optimization, as well as to the choice of spin-orbit Hamiltonian and gauge origin of the magnetic vector potential. Environmental effects due to hydrogen bonding are complicated and depend in a subtle fashion on the different intramolecular hydrogen bonding for different conformations of the radical. Indeed, the conformation has the largest overall effect on the computed g-tensors (less so on the hyperfine-tensors). We discuss this in the context of different g-tensors obtained by recent HF-EPR measurements for three different enzymes. Based on results of calibration study for N-acetylglycyl, we support that the glycyl radical observed for E.coli anaerobic ribonucleotide reductase (ARNR) has a fully extended conformation, which differs from those of the corresponding radicals in pyruvate formate-lyase (PFL) or benzylsuccinate synthase (BSS)

The role of tetrapyrroles in plastid-to-nucleus retrograde signalling in <i>Arabidopsis thaliana</i>

Since the majority of chloroplast proteins are encoded in the nucleus it is critical that the chloroplast can communicate with the nucleus to regulate their synthesis. Biogenic chloroplast-to-nucleus signalling pathways have been described at a response level through changes in nuclear gene expression, but the signalling components are essentially unknown. Various biogenic signals have been proposed including a recently hypothesized positive heme-related signal, a singlet oxygen (1O2)-mediated inhibitory signal resulting from mis-regulation of chlorophyll synthesis, and signals derived from chloroplast gene expression. Chloroplasts have also been implicated as a sensor of many environmental signals and must also convey this information to the nucleus. This project was undertaken to increase our understanding on mechanisms by which plastids signal to the nucleus during seedling development.Inhibition of photosynthetic gene expression after treatment with 2’2- dipyridyl (DP) and rescue of nuclear gene expression in the gun6-1D mutant following growth on norflurazon (NF), both support the model for plastid retrograde signalling with ferrochelatase 1 (FC1)-derived heme functioning as a positive plastid signal. One approach that has been taken was to identify new components of the chloroplast-tonucleus signalling pathways in the model plant Arabidopsis thaliana. While most of the treatments blocking chloroplast functions result in a down-regulation of nuclear gene expression, it was found that white light (WL)-grown seedlings of the chloroplast translation mutant prpl11-1 displayed elevated expression of some tetrapyrrole and photosynthesis-related genes (for example HEMA1, CP12-2). qPCR analyses showed that this phenotype was only partially reduced when chloroplast signalling was blocked by NF and lost when heme synthesis was blocked with DP. Physiological analyses showed prpl11 mutants have disturbed tetrapyrrole metabolism with reduced Pchlide, 5-aminolevulinic acid (ALA) synthesis and total heme levels and were unable to accumulate Pchlide after additional ALA feeding. This is partially supportive of a role for PRPL11 as a regulator redirecting tetrapyrrole distribution towards the heme branch. PRPL11 overexpressing plants were constructed to identify putative PRPL11-interacting proteins and preliminary evidence suggests an interaction of PRPL11 with Mg-chelatase. Mutant and overexpressor lines of GUN1 were also shown to affect tetrapyrrole metabolism and the elevated gene expression on NF and Lin seen for gun1 was lost after treatment with DP. This analysis revealed GUN1 is a negative regulator of tetrapyrrole synthesis and its retrograde signalling phenotype is tetrapyrrole dependent. The possible integration of tetrapyrrole synthesis and chloroplast protein synthesis in retrograde signalling to the nucleus is proposed.Feeding ALA to dark-grown seedlings resulted in 1O2 production in WL and blocked the induction of photosynthetic gene expression. Inhibition of these genes was also detected in flu, fc2-1 and fc2-2 mutants transferred from D to WL supporting the role of 1O2 in initiating an inhibitory retrograde signal. Genome-wide comparison of gene expression changes resulting from norflurazon (NF), a far red light pretreatment, and multiple abiotic stresses showed partial similarity between 1O2-dependent plastid signalling pathways and heat stress, and a strong overlap between drought stress and NF-induced transcriptomic changes. Further physiological analysis supports an interaction between these treatments. For example, exposure to heat shock blocked the induction of 1O2 marker genes and induction of selected drought and salt stress genes was inhibited when chloroplast signalling was blocked. Furthermore, this response was rescued in known retrograde signalling mutants