Studying nonlinear optical properties of the plant light-harvesting protein LHCII

Ultraschnelle Energietransferprozesse zwischen den Anregungszuständen organischer Pigmentmoleküle in photosynthetischen Lichtsammelkomplexen gehören zu den schnellsten bisher untersuchten biologischen Ereignissen. Diese Vorgänge wurden insbesondere auch für den Haupt-Antennenkomplex der höheren Pflanzen (LHCII) beobachtet, der mehr als die Hälfte des pflanzlichen Chlorophylls (Chl) bindet (5 Chl b und 7 Chl a pro Monomer). Offenbar ist dieser Pigment-Protein-Komplex entscheidend für Regulationsmechanismen verantwortlich, die eine schnelle Adaptation des Photosyntheseapparats an wechselnde Licht- bedingungen ermöglichen. Die Struktur von LHCII ist mit einer Auflösung von 3.4 Å bekannt und erlaubt (im Prinzip) die Berechnung des Anregungsenergietransfers auf Basis eines Förster-Mechanismus. In diesem Zusammenhang gibt es jedoch noch zahlreiche ungeklärte Fragen, die vor allem die Orientierung der Pigmente zueinander sowie deren mögliche starke (exzitonische) Wechselwirkung betreffen. Allerdings sind konventionelle spektroskopische Methoden nicht geeignet, diese Merkmale ausreichend aufzuklären. Aus diesem Grund wird in dieser Arbeit untersucht, inwieweit neuere laserspektroskopische Methoden wie die nichtlineare Polarisationsspektroskopie in der Frequenzdomäne (NLPF) zur Ermittlung unbekannter Parameter beitragen können. Anfänglich ergaben sich besonders Fragen der Anwendbarkeit der NLPF auf solche hoch- komplexen Untersuchungsobjekte sowie der Signifikanz eventuell erzielbarer Ergebnisse. Aufbauend auf einer parallel verfaßten Dissertation zu theoretischen Aspekten der NLPF- Methode [1] wurde daher ein vereinfachtes System modelliert, das die Heterogenität der individuellen Chl(e) im LHCII widerspiegelt. Die gewonnenen Resultate ließen vermuten, daß die reine Simulation von NLPF-Spektren nicht ausreicht, um eindeutige Aussagen über die Molekülparameter zu gewinnen. Um den benötigten zusätzlichen Erkenntnisgewinn zu erreichen, wurden daher Paralleluntersuchungen mit anderen laserspektroskopischen Methoden (nichtlineare Absorption mit fs-Pulsen, intensitätsabhängige NLPF, Einzelmolekülspektroskopie, Tieftemperatur-NLPF) sowie mit in vitro rekonstituierten Protein-Mutanten durchgeführt. Als Ergebnis konnte die Subbstruktur der Qy- Absorptionsbande der ersten angeregten Zustände der Chl(e) für LHCII ausreichend beschrieben werden. Darüber hinaus ergaben sich Aussagen zu exzitonischen Wechselwirkungen zwischen bestimmten Chl(en), die unter anderem Einfluß auf das Energie- transferverhalten haben. Diese zusätzlichen Untersuchungen erlaubten letztendlich eine Modellierung der bei Raum- temperatur an LHCII gemessenen NLPF-Spektren. Neben dem dabei implizit gewonnenen Verständnis der nichtlinearen optischen Eigenschaften im Bereich der Qy-Absorption ließen sich so Aussagen über bestimmte Modellparameter, besonders über die Orientierung von Übergangsdipolmomenten, ableiten. Abschließend wurde die Auswirkung der Erkenntnisse auf das Verständnis der Struktur-Funktionsbeziehungen für intra- und inter-komplexen Energietransfer erläutert.Ultra-fast excitation energy transfer (EET) between excited states of organic pigment molecules in photosynthetic antenna complexes belongs to the fastest observed biological processes. Such EET phenomena has been studied to a large extent for the main light- harvesting complex of the higher plants (LHCII), which appears to play an exceptional role for the regulatory function (i.e. light adaptation) of the plant photosynthetic apparatus. The structure of this pigment-protein complex harboring more than 50 % of the total chlorophyll (Chl) content is known with 3.4 Å resolution and reveals the binding sites of 5 Chl b and 7 Chl a per monomeric unit. Based on this structure analysis, EET calculations are (in principle) available on the molecular level under the assumption of Förster-type transfer. However, several molecular features like mutual pigment orientations and electronic interactions between their transition dipoles are still rather uncertain. Since conventional spectroscopic techniques can hardly reveal the corresponding parameters, this work was aimed at the evaluation of newly introduced laser spectroscopic techniques with respect to these questions. In the beginning, suitability and significance of the method when applied to highly complicated structures like pigment-protein complexes were studied by modeling heterogeneous, LHCII-like absorption systems in NLPF experiments. Based on recent improvements in the NLPF theory by a parallel theoretical investigation [1], these simulations clarified the sensitivity of the NLPF method on numerous physical parameters. As a major consequence, unambiguous evaluations of NLPF measurements appear to require substantial additional information about the investigated system. Accordingly, several supplementary methods like nonlinear absorption (using fs-pulses), intensity-dependent NLPF, single- molecule spectroscopy, and NLPF at low temperatures were employed. These investigations revealed unique information about excitonic interaction between certain Chl(s), including implications for the overall EET scheme. The sub-structure model for the Qy-absorption region of LHCII was further essentially improved by the analysis of reconstituted proteins with selectively modified Chl binding residues in the amino-acid sequence. The sum of all complementary investigations allowed finally the evaluation of room temperature NLPF measurements of trimeric LHCII. Due to the unique selectivity of the spectra to individual transition-dipole directions, several orientation parameters have been obtained. Under this point of view, the NLPF method has indeed revealed a high potential as compared to conventional techniques like circular dichroism spectroscopy. Moreover, the understanding of nonlinear phenomena in the Qy-absorption region of LHCII as a consequence of molecular interaction provides further knowledge for the application of other nonlinear optical experiments. Concluding, implications of the obtained results for the structure-function relationship of intra- and inter-complex EET were elucidated

The spatial distribution and plant specificity of Neuropterida in different forest sites in Southern Germany (Raphidioptera and Neuroptera).

In Wäldern unterschiedlicher Struktur wurde die Neuropteriden-Fauna mit Fallen im Kronenraum sowie in Bodennähe erfaßt. Die fünf Wälder bilden einen Gradienten hinsichtlich der Baumartenzusammensetzung, der vom fichtendominierten Wirtschaftswald über Wirtschaftswälder mit zunehmendem Laubholzanteil bis hin zu einem ungenutzten Laubwald reicht. In den Jahren 1995 bis 1997 wurden insgesamt 1396 Neuropterida aus 44 Arten der Familien Raphidiidae, Coniopterygidae, Hemerobiidae und Chrysopidae gefangen. Die meisten Individuen und Arten traten in Lufteklektoren im Kronenraum auf. Die Artenzusammensetzung unterschied sich sowohl zwischen den Wäldern als auch zwischen den Baumarten. Die meisten Arten wurden auf Eiche (Quercus petraea) gefangen, gefolgt von Lärche (Larix decidua), Fichte (Picea abies) und Buche (Fagus sylvatica). 18 Arten traten in den Fängen selten auf. Die häufigeren Arte können in drei Gruppe eingeteilt werden, die i) vornehmlich auf Nadelhölzern, ii) vornehmlich auf Laubhölzern oder iii) auf beiden Gehölzarten gefangen wurden.StichwörterNeuropterida, Raphidioptera, Coniopterygidae, Hemerobiidae, Chrysopidae, canopy fauna, spatial distribution, plant specificity.In Southern Germany the neuropterid fauna of five forest sites was sampled by a set of automatic traps both in the canopy and near the ground. The sites form a gradient regarding the composition of the tree species ranging from a spruce dominated forest, mixed forests with increasing percentages of decidous trees to a stand with oak and beech only. A total of 1396 Neuropterida were caught between 1995 to 1997 representing 44 species of Raphidiidae, Coniopterygidae, Hemerobiidae and Chrysopidae. Most species and specimens were caught with flight interception traps in the crown stratum. The assemblage of species differed from site to site and between tree species over all sites. Most species were caught on Quercus petraea followed by Larix decidua, Picea abies and Fagus sylvatica in a decreasing order. Eighteen species were seldom encountered. The more frequent species were divided into: i) coniferous associated species (10 sp.), ii) species of decidous trees (7 sp.), and iii) species with no clear preference (9 sp.).KeywordsNeuropterida, Raphidioptera, Coniopterygidae, Hemerobiidae, Chrysopidae, canopy fauna, spatial distribution, plant specificity

Ameloblastome, odontogene und nicht odontogene Kieferzysten in Leipzig in den Jahren 2000 bis 2010 - eine retrospektive Studie

Zysten und zystenähnliche Erkrankungen sind häufig auftretende Krankheiten des Ober- sowie Unterkiefers. Das Ziel der durchgeführten Studie war es, die Prävalenz und die topografische Verteilung von Kieferzysten für eine Leipziger Population darzustellen. Dafür wurden aus 4245 oralpathologischen Fällen der Jahre 2000 bis 2010 jene herausgefiltert, die einen Bezug zur Zielstellung aufwiesen. Es wurden Daten von 1336 Fällen (31,5%) ermittelt und retrospektiv ausgewertet. Die Auswertung erfolgte an Hand folgender Merkmale: Alter, histologische Beurteilung, Geschlecht, Größe, Lokalisation, Vorliegen eines Rezidivs, sowie entzündliche oder regressive Veränderung. Mit 932 Fällen stellten radikuläre Zysten die größte Gruppe (69,8%), gefolgt von follikulären Zysten (n=257; 19,2%), keratozystischen odontogenen Tumoren (n=62; 4,6%) sowie Residualzysten (n=54; 4,0%). Jeweils mit Anteilen kleiner als 1% wurden die folgenden Entitäten festgestellt: Ameloblastome (n=12), laterale parodontale Zysten (n=5), solitäre Knochenzysten (n=5), nasopalatinale Zysten (n=3), aneurysmatische Knochenzysten (n=2), paradentale Zysten (n=2), sowie Eruptionszysten als auch glanduläre odontogene Zysten (jeweils n=1). Mit 62,4% aller Patienten waren Männer signifikant häufiger betroffen (833 zu 502). 52,5% aller Zysten traten im Unterkiefer auf, damit signifikant öfter als im Oberkiefer (701 zu 603 Fälle). Die Altersspannweite reichte von einem bis zu 92 Jahren. Durchschnittliche trat eine Zyste erstmals mit 42,86 ± 17,30 Jahre (n=1335) auf. Weiterhin betrug die Durchschnittsgröße einer Zyste 1,17 ± 0,9 cm (n=1327). In 1101 Fällen (82,5%) konnte eine entzündliche Komponente histologisch nachgewiesen werden, vordergründig bei radikulären (n=932) sowie follikulären Zysten (n=106). Rezidive einer Erkrankung wurden in 17 Fällen beschrieben, besonders oft in keratozystischen odontogen Tumoren (n=8) sowie Ameloblastomen (n=4). Regressive Veränderungen konnten an 9 Zysten festgestellt werden, mit 4 Fällen am häufigsten bei keratozystischen odontogenen Tumoren. Die Prävalenz als auch die Verteilung der Kieferzysten in Leipzig zeigte sich in weiten Teilen sehr ähnlich zu den aus anderen Populationen

Planung als politische Praxis? Zum emotionalen Risikomanagement praktischen Verhaltens

Politisches Planen in der öffentlichen Verwaltung charakterisiere ich als ambivalent, unentscheidbar und graduell. Nicht zuletzt darum stellen sich Planungssituationen den planenden Individuen stets einzigartig dar. Deren Sinn für das situativ angemessene (politische) Verhalten mache ich in der emotionalen Rationalität aus. Anhand von vier das Planungshandeln prägenden Tendenzen, nämlich lösungsorientiert‑pragmatisch, schwach‑konzeptionell, strategisch‑einsam und politisch‑passiv zu sein, dämpfe ich allzu hohe Erwartungen an Planung als politische Praxis und verweise auf Ansätze einer politischeren Planungspraxis

Klimapolitik ganzheitlich denken

Die aktuelle Klima- und Energiepolitik ist stets auf der Suche nach effektiven Maßnahmen und technischen Lösungsansätzen zum Klimaschutz. Nicht selten werden bei der Umsetzung dieser Lösungen aber zusätzliche Emissionen verursacht. Durch die Analyse von Kohlenstoffdioxid-Vermeidungskosten können Klimaschutzmaßnah- men auf gesamtwirtschaftlicher Ebene bewertet werden

Length scales of interactions in magnetic, dielectric, and mechanical nanocomposites

It is investigated how figures of merits of nanocomposites are affected by structural and interaction length scales, Aside from macroscopic effects without characteristic lengths scales and atomic-scale quantum-mechanical interactions there are nanoscale interactions that reflect a competition between different energy contributions. We consider three systems, namely dielectric media, carbon-black reinforced rubbers and magnetic composites. In all cases, it is relatively easy to determine effective materials constants, which do not involve specific length scales. Nucleation and breakdown phenomena tend to occur on a nanoscale and yield a logarithmic dependence of figures of merit on the macroscopic system size. Essential system-specific differences arise because figures of merits are generally nonlinear energy integrals. Furthermore, different physical interactions yield different length scales. For example, the interaction in magnetic hardsoft composites reflects the competition between relativistic anisotropy and nonrelativistic exchange interactions, but such hierarchies of interactions are more difficult to establish in mechanical polymer composites and dielectric

Imaging of a patterned and buried molecular layer by coherent acoustic phonon spectroscopy

A molecular layer of aminopropyltriethoxysilane is patterned with a focused ion beam and subsequently covered by a gold film. The gold-polymer-substrate structures are afterwards imaged by ultrafast coherent acoustic phonon spectroscopy in reflection geometry. We demonstrate that the lateral structure of the covered polymer layer can be detected via the damping time of the vibrational mode of the gold film. Furthermore, we utilize Brillouin oscillations originating from the silicon substrate to map the structures and to estimate the molecular layer thickness.Fil: Hettich, Mike . University of Konstanz. Department of Physics and Center for Applied Photonics; AlemaniaFil: Jacob, Karl . University of Konstanz. Department of Physics and Center for Applied Photonics; AlemaniaFil: Ristow, Oliver . University of Konstanz. Department of Physics and Center for Applied Photonics; AlemaniaFil: He, Chuan . University of Konstanz. Department of Physics and Center for Applied Photonics; AlemaniaFil: Mayer, Jan . University of Konstanz. Department of Physics and Center for Applied Photonics; AlemaniaFil: Schubert, Martin . University of Konstanz. Department of Physics and Center for Applied Photonics; AlemaniaFil: Gusev, Vitalyi . Centre National de la Recherche Scientifique; FranciaFil: Bruchhausen, Axel Emerico. University of Konstanz. Department of Physics and Center for Applied Photonics; Alemania. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Area de Investigación y Aplicaciones No Nucleares. Gerencia de Física (Centro Atómico Bariloche); Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Area de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; ArgentinaFil: Dekorsy, Thomas . University of Konstanz. Department of Physics and Center for Applied Photonics; Alemani

FbsA, a fibrinogen-binding protein from Streptococcus agalactiae, mediates platelet aggregation

The bacterium Streptococcus agalactiae is an etiologic agent in the pathogenesis of endocarditis in humans. FbsA, a fibrinogen-binding protein produced by this pathogen, is considered an important virulence factor. In the present study we provide evidence that S agalactiae clinical isolates bearing FbsA attach to fibrinogen and elicit a fibrinogen-dependent aggregation of platelets. Mutants of S agalactiae lacking the fbsA gene lost the ability to attach to fibrinogen and to aggregate platelets. Plasmid-mediated expression of fbsA restored the capability for fibrinogen binding and platelet aggregation in S agalactiae fbsA mutants, and allowed Lactococcus lactis to interact with fibrinogen and to aggregate human platelets. Moreover, a monoclonal anti-FbsA antibody inhibited bacterial adherence to fibrinogen and S agalactiae-induced platelet aggregation. Platelet aggregation was inhibited by aspirin, prostaglandin E(1,) the peptide RGDS, and the antibody abciximab, demonstrating the specificity of platelet aggregation by S agalactiae and indicating an involvement of integrin glycoprotein IIb/IIIa in the induction of platelet aggregation. Aggregation was also dependent on anti-FbsA IgG and could be inhibited by an antibody against the platelet FcgammaRIIA receptor. These findings indicate that FbsA is a crucial factor in S agalactiae-induced platelet aggregation and may therefore play an important role in S agalactiae-induced endocarditis