Strukturelle Basis signalinduzierter Änderungen in Phytochrom B sowie der Phytochrom-assoziierten Proteinphosphatase PAPP5

Pflanzen haben auf Grund ihrer sessilen Lebensweise im Laufe der Evolution komplexe Mechanismen entwickelt, um ihr Überleben zu sichern. Speziell Licht ist sowohl für die Photosynthese als auch die Aufnahme von Informationen über die Umgebung essentiell. Hierfür haben Pflanzen verschiedene Photorezeptoren ent-wickelt, von denen die Phytochrome die am besten charakterisierten Vertreter darstellen. Durch die Absorption von rotem Licht findet eine reversible Umwandlung des Grundzustandes Pr (engl.: Red) in die in Pflanzen aktive Form Pfr (engl.: Far-red) statt. Für Pflanzen konnte bislang nur eine Kristallstruktur im Pr Zustand von Phytochrom B erhalten werden. Diese Arbeit bietet eine detaillierte Analyse der konformationellen Änderungen des photosensorischen Moduls von Arabidopsis thaliana (At) PhyB zwischen der Pr und der Pfr Form durch Wasserstoff-Deuterium-Austausch Messungen. Des Weiteren konnten ein Einfluss der N-terminalen Erweiterung (NTE) auf den Chromophor nachgewiesen werden und mithilfe der Vermessung einer Deletionsvariante ohne NTE mittels Wasserstoff-Deuterium-Austausch erstmals ein Packungsmodell für die N-terminale Erweiterung von PhyB entwickelt werden. Weiterhin konnte die Struktur einer mit Phytochromen interagierende Phosphatase, PAPP5, gelöst und die Interaktion mit dem NTE von PhyB nachgewiesen werden. Die Struktur von PAPP5 zeigt eine Autoinhibition durch die N-terminale TPR Domäne so-wie das C-terminale inhibierende Motiv. Hierbei konnten die verantwortlichen Reste in der TPR Domäne und in dem C-terminalen Motivs identifiziert werden. CD-spek-troskopische Messungen und Wasserstoff-Deuterium-Austausch-Experimente liefer-ten Daten zur Entwicklung eines Modells der PAPP5-Aktivierung durch Fettsäuren. Ein weiterer Aspekt dieser Arbeit bestand darin ein Hybridsystem zu entwickeln, das einen einfacheren Zugang zur biophysikalischen Analyse pflanzlicher Phytochrome ermöglicht. Hierfür wurden die PAS und GAF Domäne des cyanobakteriellen Phytochroms SynCph1 mit der PHY Domäne aus PhyB fusioniert. Zwar zeigte das Hybrid keine vollständige Photokonversion, dennoch war es in der Lage eine lichtabhängige Wechselwirkung mit der Phosphatase PAPP2c einzugehen

Quantendynamik größerer Moleküle anhand reduziert-dimensionaler Modelle: Methoden und Anwendungen eines universellen Zugangs

Die exakte quantenmechanische Behandlung molekularer Systeme mit mehr als drei oder vier Atomen ist noch heute eine große Herausforderung. Die Ursache dafür liegt in dem nicht-lokalen Charakter der Quantenmechanik, der eine exponentielle Skalierung des numerischen Aufwands mit der Anzahl der Freiheitsgrade bewirkt. Reduziert-dimensionale Modelle sind ein hervorragendes Mittel, um dieses Problem zu umgehen, da sie es erlauben, sich lediglich auf die Freiheitsgrade zu konzentrieren, die entscheidend an einer Reaktion beteiligt sind. Allerdings sind die meisten Programme in diesem Forschungsgebiet nicht universell einsetzbar, sondern müssen für jedes neu betrachtete System umgeschrieben werden. In dieser Arbeit wurde ein allgemeines Programm zur Lösung der zeitabhängigen und zeitunabhängigen Schrödingergleichung beliebiger Systeme entwickelt. Insbesondere existiert keine Einschränkung bezüglich der Anzahl und Art der Freiheitsgrade, die exakt behandelt werden. Für größere Systeme können drei reduziert-dimensionale Modelle unterschiedlicher Güte eingesetzt werden. Des Weiteren kann die Geometrie des Moleküls sehr komfortabel über eine Z-Matrix angegeben werden, wie es auch in vielen Quantenchemie-Programmen üblich ist. Um die korrekte Arbeitsweise des neuen Programms zu überprüfen, wurden dessen Ergebnisse mit denen anderer, bereits etablierter Programme und mit Ergebnissen der veröffentlichten Literatur verglichen. Die Vergleiche beinhalteten das Photoelektronenspektrum von FH_2^-, die nicht-adiabatische Dynamik von Pyrazin und hoch angeregete Schwingungszustände von HCN. Als Anwendungsbeispiel wurde der Doppelprotonentransfer im Pyrazol-Guanidin"-system untersucht. Die Potentialenergiefläche dieses Systems zeigt eine sehr ungewöhnliche plateauartige Region nahezu konstanter Energie in der Wechselwirkungsregion anstelle eines wohldefinierten Übergangszustands. Bis dato wurden diese sogenannten Plateaureaktionen nur im Rahmen klassisch-dynamischer Rechnungen untersucht. Im Zuge dieser Arbeit konnten diese Rechnungen auf die quantenmechanische Ebene erweitert werden, wozu u.a. die kumulative Reaktionswahrscheinlichkeit berechnet wurde. Die Ergebnisse zeigen, dass sich diese Systeme auch im quantenmechanischen Bild von den Lehrbuchfällen ein- und mehrstufiger Reaktionsmechanismen unterscheiden. Des Weiteren wurde der intramolekulare Protonentransfer von Malonaldehyd (MA) untersucht, um die Ergebnisse der berechneten Tunnelaufspaltung mit den experimentell bestimmten Werten von 21.59 cm^-1 für MA und 2.91 cm^-1 für das deuterierte Isotop zu vergleichen. Dazu wurden zunächst mehrere eindimensionale Rechnung unter Verwendung verschiedener reduziert-dimensionaler Modelle durchgeführt. Das Versagen der Modelle zeigte, dass es sich um einen mehrdimensionalen Tunnelprozess handelt, der nicht nur durch eine Reaktionskoordinate beschrieben werden kann. In Konsequenz wurden mehr Freiheitsgrade exakt behandelt und die berechneten Tunnelaufspaltungen ergaben sich zu 22.6 cm^-1 für MA und 3.3 cm^-1 für das Isotop. Diese Werte stimmen sehr gut mit dem Experiment überein

Guidance support for undergraduate university students

The implications of the rapid political, social, economic and technological changes at present occurring both in South Africa and internationally demand a review of the traditional approach to university training with regard to its relevance in terms of preparing students both for life in general and for the successful practising of a future career in particular. The Information Age requires that a shift take place from the teaching only of the mastery skills of previous eras to the encompassing of life or core skills that can be adapted to changing circumstances. As it cannot be assumed that students will acquire these skills incidentally or vicariously, they need to be consciously and deliberately taught in order to provide graduates with the ability to adjust to and cope with the uncertainties of the future. Universities as a whole need to become involved in an alternative approach to higher education. The aims of this study are: To employ a life-skills questionnaire that may be used as a diagnostic medium designed to ascertain if and where problem areas lie with regard to university entrants so as to facilitate addressing of said problem areas To ascertain the needs and expectations of both employers and private practitioners in order to identify where the training of graduates falls short of the above with respect to life skills, and to establish what steps both employers and the self-employed are having to take to remedy the situation To suggest the concept of relevant Guidance Support as a means to both address and redress problems surrounding issues of insufficient training of graduates with respect to life or core skills. The study comprises a title and concept elucidation, methodological justification, formulation of the problem and research hypotheses, an exposition of the aim of the study and an outline of the programme. Perspective is gained on the level of life skills present in university entrants via the presentation of a Life Skills Questionnaire and its possible uses are discussed. A survey of the needs of both employers and the self-employed, comprising a literature review, a Life Skills Questionnaire aimed at deans of faculties and councils and personal or telephonic interviews, revealed that graduates are insufficiently prepared to meet the demands of the world of work in terms of life competencies and skills. The concept of Guidance Support, concomitant with the notion of establishing a guidance support department is explored. The value of considering such a concept is covered, followed by a discussion of the functions and the advantages to a university of a guidance support department. The study contains a number of recommendations with regard to promoting the training of graduates sufficiently skilled to meet the demands of the world of work.Thesis (PhD)--University of Pretoria, 2013.Educational Psychologyunrestricte

Nonpathological Extracellular Amyloid Is Present during Normal Epididymal Sperm Maturation

Amyloids are aggregated proteins characterized by a specific cross-β-sheet structure and are typically associated with neurodegenerative diseases including Alzheimer's disease. Recently, however, several nonpathological amyloids have been found in intracellular organelles of normal mammalian tissues suggesting that amyloid may also carry out biological functions. We previously have shown that the epididymal cystatin CRES (cystatin-related epididymal spermatogenic), cst8, a reproductive-specific member of the cystatin superfamily of cysteine protease inhibitors, forms amyloid in vitro suggesting that CRES amyloid may also form in vivo within the epididymal lumen. Here we show that amyloid structures containing CRES are a component of the normal mouse epididymal lumen without any apparent cytotoxic effects on spermatozoa and that these structures change along the length of the tubule. These studies suggest the presence of a functional amyloid structure that may carry out roles in sperm maturation or maintenance of the luminal milieu and which itself may undergo maturational changes along the epididymis. In contrast to previous examples of functional amyloid which were intracellular, our studies now show that nonpathological/functional amyloid can also be extracellular. The presence of an extracellular and nonpathological amyloid in the epididymis suggests that similar amyloid structures may be present in other organ systems and may carry out distinctive tissue-specific functions

HIV-1 Enhancing Effect of Prostatic Acid Phosphatase Peptides Is Reduced in Human Seminal Plasma

We recently reported that HIV-1 infection can be inhibited by innate antimicrobial components of human seminal plasma (SP). Conversely, naturally occurring peptidic fragments from the SP-derived prostatic acid phosphatase (PAP) have been reported to form amyloid fibrils called “SEVI” and enhance HIV-1 infection in vitro. In order to understand the biological consequence of this proviral effect, we extended these studies in the presence of human SP. PAP-derived peptides were agitated to form SEVI and incubated in the presence or absence of SP. While PAP-derived peptides and SEVI alone were proviral, the presence of 1% SP ablated their proviral activity in several different anti-HIV-1 assays. The anti-HIV-1 activity of SP was concentration dependent and was reduced following filtration. Supraphysiological concentrations of PAP peptides and SEVI incubated with diluted SP were degraded within hours, with SP exhibiting proteolytic activity at dilutions as high as 1∶200. Sub-physiological concentrations of two prominent proteases of SP, prostate-specific antigen (PSA) and matriptase, could degrade physiological and supraphysiological concentrations of PAP peptides and SEVI. While human SP is a complex biological fluid, containing both antiviral and proviral factors, our results suggest that PAP peptides and SEVI may be subject to naturally occurring proteolytic components capable of reducing their proviral activity

The role of ETG modes in JET-ILW pedestals with varying levels of power and fuelling

We present the results of GENE gyrokinetic calculations based on a series of JET-ITER-like-wall (ILW) type I ELMy H-mode discharges operating with similar experimental inputs but at different levels of power and gas fuelling. We show that turbulence due to electron-temperature-gradient (ETGs) modes produces a significant amount of heat flux in four JET-ILW discharges, and, when combined with neoclassical simulations, is able to reproduce the experimental heat flux for the two low gas pulses. The simulations plausibly reproduce the high-gas heat fluxes as well, although power balance analysis is complicated by short ELM cycles. By independently varying the normalised temperature gradients (omega(T)(e)) and normalised density gradients (omega(ne )) around their experimental values, we demonstrate that it is the ratio of these two quantities eta(e) = omega(Te)/omega(ne) that determines the location of the peak in the ETG growth rate and heat flux spectra. The heat flux increases rapidly as eta(e) increases above the experimental point, suggesting that ETGs limit the temperature gradient in these pulses. When quantities are normalised using the minor radius, only increases in omega(Te) produce appreciable increases in the ETG growth rates, as well as the largest increases in turbulent heat flux which follow scalings similar to that of critical balance theory. However, when the heat flux is normalised to the electron gyro-Bohm heat flux using the temperature gradient scale length L-Te, it follows a linear trend in correspondence with previous work by different authors

Spectroscopic camera analysis of the roles of molecularly assisted reaction chains during detachment in JET L-mode plasmas

The roles of the molecularly assisted ionization (MAI), recombination (MAR) and dissociation (MAD) reaction chains with respect to the purely atomic ionization and recombination processes were studied experimentally during detachment in low-confinement mode (L-mode) plasmas in JET with the help of experimentally inferred divertor plasma and neutral conditions, extracted previously from filtered camera observations of deuterium Balmer emission, and the reaction coefficients provided by the ADAS, AMJUEL and H2VIBR atomic and molecular databases. The direct contribution of MAI and MAR in the outer divertor particle balance was found to be inferior to the electron-atom ionization (EAI) and electron-ion recombination (EIR). Near the outer strike point, a strong atom source due to the D+2-driven MAD was, however, observed to correlate with the onset of detachment at outer strike point temperatures of Te,osp = 0.9-2.0 eV via increased plasma-neutral interactions before the increasing dominance of EIR at Te,osp < 0.9 eV, followed by increasing degree of detachment. The analysis was supported by predictions from EDGE2D-EIRENE simulations which were in qualitative agreement with the experimental observations

Shattered pellet injection experiments at JET in support of the ITER disruption mitigation system design

A series of experiments have been executed at JET to assess the efficacy of the newly installed shattered pellet injection (SPI) system in mitigating the effects of disruptions. Issues, important for the ITER disruption mitigation system, such as thermal load mitigation, avoidance of runaway electron (RE) formation, radiation asymmetries during thermal quench mitigation, electromagnetic load control and RE energy dissipation have been addressed over a large parameter range. The efficiency of the mitigation has been examined for the various SPI injection strategies. The paper summarises the results from these JET SPI experiments and discusses their implications for the ITER disruption mitigation scheme