Kaiserslautern - Fachbereich Chemie
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Chemische und sensorische Auswirkungen physikalischer Konzentrierungsverfahren auf Most und Wein
(2003)
In dieser Arbeit wurden die Auswirkungen weinbaulicher und kellerwirtschaftlicher Anreicherungsverfahren mit der traditionellen Anreicherung durch Saccharose und der unbehandelten Variante verglichen. Die Auswirkungen wurden analytisch und sensorisch erfasst. Die physikalischen Mostkonzentrierungsverfahren zeichnen sich dadurch aus, dass nicht flüchtige Mostinhaltsstoffe mit einem Molekulargewicht größer als 80g/Mol in erwartetem Maße angereichert werden. Diese Anreicherung ist auch im Wein sowohl analytisch als auch sensorisch feststellbar. Ausnahmen von diesem Anreicherungsverhalten bilden Kalium und Weinsäure, die während des Konzentrierungsvorganges als Weinstein ausfallen. Somit steigt auch die titrierbare Säure nicht in theoretisch erwartbarem Maße und der pH-Wert bleibt nahezu gleich wie beim unbehandelten Most bzw. Wein. Die üblicherweise angewendeten, weil kostengünstigeren und auch für Qualitätswein b.A. zugelassenen physikalischen Konzentrierungsverfahren sind Umkehrosmose (UO) und Vakuumverdampfung (VD). Beide Verfahren eignen sich gleichermaßen zur Anwendung an geklärten Weiß- und Rotmosten. Das Wasser (Permeat bzw. Destillat) wird schonend dem Most entzogen. Dabei treten Verluste von maximal 2% der nicht flüchtigen Inhaltsstoffe auf. Bei den Rotweinen zeigen beide Verfahren die gleichen Effekte. Nach Maischeerwärmung werden die Moste durch die physikalische Konzentrierung in ihrem Phenolgehalt sofort angereichert. Auch bei der Maischegärung werden die Phenolgehalte gegenüber der Saccharoseanreicherung angehoben, aber indirekt über ein reduziertes Saft/Maische-Verhältnis. Mit einem Saftentzug von der Maische können vergleichbare Effekte erzielt werden. Dies führt im Vergleich zur Saccharoseanreicherung zu analytisch reicheren und sensorisch signifikant besser bewerteten Rotweinen. Bei den Weißweinen nach UO- bzw. VD-Mostkonzentrierung im Vergleich zur Saccharosekontrolle besticht vor allem die Aromaintensität dadurch, dass glycosidisch gebundene Vorläufersubstanzen aufkonzentriert und die Aglyca verstärkt freigesetzt werden. Die Weine werden fruchtiger und vollmundiger. In der sensorischen Gesamtbeurteilung der konzentrierten Weißweine im Vergleich zur traditionellen Saccharoseanreicherung werden die genannten positiven Effekte durch die meist zu spitze Säure und einem als unharmonisch, eindimensional und zu breit empfundenen Geschmack überlagert. Deswegen werden nur selten signifikante Verbesserungen erreicht. Von UO werden auch im Most frei vorliegende Aromastoffe mit einem Molekulargewicht größer 80g/Mol angereichert, während bei der VD flüchtige Inhaltsstoffe bereits zu Beginn des Konzentrierungsvorganges zum Großteil ins Destillat übergehen. Bei VD werden deutliche Verluste der freien Terpene, C6-Alkohole und 2-Phenylethanol festgestellt. Das führt bei den Estern, die diese Verbindungen als Alkoholkomponente enthalten zu einer stark eingeschränkten Bildung während der Gärung. Daher ist die Konzentrierung von aromaintensiven Mosten mittels VD nicht ratsam. Die Anwendung der Gefrierkonzentrierung (Kryoextraktion) zeigt die höchste Verlustrate an Mostinhaltsstoffen in das abgetrennte Eiswasser (3% Zucker und 9-11% organische Säuren). Bei den Weißweinen erbringt die Gefrierkonzentrierung sowohl im Aromabereich (Terpenanreicherung) als auch bei der Sensorik der jungen Weine deutliche Vorteile gegenüber der traditionellen Saccharoseanreicherung. Im Rotweinbereich haben sich die Verfahren nicht bewährt. Die Mostkonzentrierung von unreifem oder nicht gesundem Material ist nicht ratsam. Zum einen ist die Mostkonzentrierung beschränkt auf eine Anhebung im Gesamtalkoholgehalt von 2%vol. Dies führt bei Mostgewichten zwischen 50°Oe und 70°Oe nicht zu selbstständigen Weinen. Zum anderen werden Unreifefaktoren und Fäulnisparameter zumindest mit dem UO-Verfahren (hier am Beispiel von C6-Alkohlen und 1-Octen-3-ol nachgewiesen) analytisch angereichert, was in Grenzfällen zu einer Intensivierung dieser unerwünschten Eigenschaften führen kann. Durchschnittlich ist mit Mehrkosten von 50 Cent pro Liter mostkonzentriertem Wein gegenüber herkömmlicher Saccharoseanreicherung zu rechnen. Die bislang noch nicht erlaubte Weinkonzentrierung mittels UO bringt gute Ergebnisse bei der Verdichtung von qualitativ hochwertigen Weinen. Dieses Verfahren kann aber nicht als nachträgliches Alkoholanreicherungsverfahren dienen, da der Alkohol zu einem Großteil permeirt und die Anreicherung im Wein nur etwa halb so stark ist wie die der übrigen Inhaltsstoffe.
Die Tyrosinphosphorylierung von Proteinen ist ein wichtiges Schlüsselelement bei der Regulation zellulärer Signalwege und wird durch antagonistisch wirkende Proteintyrosin-kinasen und Proteintyrosinphosphatasen in einem dynamischen Gleichgewicht gehalten. Trotz der Erkenntnis, dass Phosphatasen an der Regulation essentieller zellulärer Vorgänge beteiligt sind, ist über die Funktion und Regulation individueller Phosphatasen nur wenig bekannt. In der vorliegenden Arbeit sollte die physiologische Rolle der Proteintyrosinphosphatase BDP1 untersucht werden. Einen Schwerpunkt bildete hierbei die Negativregulation der Rezeptortyrosinkinase HER2 sowie der HER2-vermittelten Signaltransduktion durch BDP1. Es konnte gezeigt werden, dass die Überexpression von BDP1 die Liganden-induzierte Tyrosinphosphorylierung von HER2 und des Adaptorproteins Gab1 inhibierte und die Aktivierung von MAP-Kinasen reduzierte. Dagegen erhöhte die Unterdrückung der endogenen BDP1-Expression den Phosphorylierungsstatus von HER2. Die Koexpression von BDP1 und HER2 in Brustkrebszelllinien sowie die Assoziation von HER2 mit einer Substrat-bindenden Mutante von BDP1 deuten zusätzlich darauf hin, dass BDP1 ein Regulator der Aktivität von HER2 ist und damit die erste Phosphatase, die mit der Kontrolle des HER-Signals in Verbindung gebracht wird. Weiterhin wurde die BDP1-Expression während der schwangerschaftsinduzierten Differenzierung der murinen Brustdrüse analysiert. Die Untersuchungen zeigten, dass BDP1 in duktalen und alveolaren Brustepithelzellen exprimiert wird. Die Expression der Phosphatase konnte während der Differenzierung der Brustepithelzelllinie HC11 durch Prolaktin und Dexamethason induziert werden. Zusammen mit der Existenz von Stat5- und Glukokortikoidrezeptor-Bindestellen in der Promotorregion von bdp1 sowie der verminderten Expression der Phosphatase im Brustgewebe Stat5-defizienter Mäuse weist dies auf eine Expressionskontrolle des BDP1-Gens durch Schwangerschaftshormone hin und suggeriert eine Rolle der Phosphatase im Differenzierungsprozess der Brustdrüse. Im letzten Teil der Arbeit wurde die Bindung von BDP1 an das Adaptorprotein Grb2 untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass die Interaktion zur Hyperphosphorylierung der Phosphatase führte. Dies konnte zumindest teilweise auf eine Grb2-vermittelte Wechselwirkung von BDP1 mit der Tyrosinkinase c-Abl zurückgeführt werden. Zusammengenommen liefern die vorgestellten Ergebnisse neue Daten zur Funktion, Expression und Regulation von BDP1 und tragen entscheidend zur Charakterisierung der biologischen Funktion dieser Phosphatase bei.
Die enorme Reaktivität des Tetrahedrans [{Cp'''Fe}2(µ-CO)(µ-eta2:2-P2)] (1) konnte durch die Komplexierung eines der beiden Phosphoratome mit dem 16VE-Übergangsmetall-Fragment {W(CO)5}herabgesetzt werden. Die Oxidation von [{Cp'''Fe}2(µ-CO)(µ-eta2:2-P2)] (1) mit Schwefel und Selen führt bereits bei Raumtemperatur zu den pseudo-Tripeldeckerkomplexen vom Typ [{Cp'''Fe}2(µ-eta4:4-P2X2)] (2,3) mit einem P2X2-Mitteldeck (X = S, Se). Die vier Hauptgruppenelemente liegen als trapezoid angeordnete Kette vor (RSA), ähnlich der P4-Kette in den Komplexen vom Typ [{CpRFe}2(µ-eta4:4-P4)] (4). Unter Photolyse-Bedingungen erhält man durch Abspaltung der verbrückenden CO-Gruppe aus 1 den bereits von Eichhorn [11,38] charakterisierten Bicyclus [{Cp'''Fe}2(µ-P)2] (5), der in situ mit Schwefel und Selen zu den selben Oxidationsprodukten 2 beziehungsweise 3 reagiert (vgl. voranstehend). Die Komplexierung beider Phosphoratome in den pseudo-Tripeldeckerkomplexen 2 und 3 mit [W(CO)6] ist möglich, wobei die einfach komplexierte Verbindung [{Cp'''Fe}2(µ3-eta4:4:1-P2X2){W(CO)5}] (6,7) (X = S, Se) die P2X2-Struktureinheit des Eduktes beibehält, wäh-rend bei der Zweifachkomplexierung ein stark verzerrtes trigonales Prisma entsteht. Die beiden {W(CO)5}-Fragmente sind in [Cp'''2Fe2P2X2{W(CO)5}2] (8,9) (X = S, Se) symmetrisch an dieses Polyedergerüst koordiniert. Im Fall des Selens entsteht noch eine dritte Verbindung, deren zentrales Strukturelement ein P2Se2Fe-Fünfring ist, in welchem das Fe-Atom etwas nach unten abknickt und neben einem η5-koordinierten Cp'''-Ring eine terminale CO-Bindung aufweist. In Verbindung [Cp'''Fe(µ4-eta4:2:1:1-P2Se2)Fe(CO) Cp'''{W(CO)5}2] (10) sind die beiden Phosphoratome zusätzlich komplexiert. Die Langzeitthermolyse des [{In''(OC)2Fe}2(µ-eta1:1-P4)]-Butterfly-Komplexes (11) mit dem zweikernigen [{Cp'''Fe(CO)2}2] (12) liefert drei pseudo-Tripeldeckerkomplexe [{Cp'''Fe}2(µ-eta4:4-P4)] (4a), [{In''Fe}2(µ-eta4:4-P4)] (4b) und [{Cp'''Fe}{In''Fe}(µ-eta4:4-P4)] (4c). Bei der Umsetzung des Cp'''-Derivates 4a mit [W(CO)6] können zwei strukturisomere Komplexierungsprodukte 31P-NMR-spektroskopisch nachgewiesen werden. Durch fraktionierende Kristallisation gelangt man zu einer analysenreinen Substanz, die röntgenstrukturanalytisch als der alternierend koordinierte Komplex [{Cp'''Fe}2(µ4-eta4:4:1:1-P4){W(CO)5}2] (13) charakterisiert werden kann. Bei dem Versuch, ein Ruthenium-Dimer vom Typ [{CpRRu(CO)2}2] (14) mit dem Tri-tert-butyl-Cyclopentadienylliganden zu synthetisieren, erhält man nur Verbindung [{Cp'''Ru}2(µ-CO)(µ-O)] (15), dessen thermische Umsetzung mit weißem Phosphor zu einem weiteren pseudo-Tripeldeckerkomplex [{Cp'''Ru}2(µ-eta4:4-P4)] (16) mit einem P4-Mitteldeck führt.
Mit dem sterisch anspruchsvollen Di-tert-butyl-Indenylliganden kann alternativ zu den bisher verwendeten alkyl-und silylsubstituierten Cyclopentadienylen der komplette Syntheseweg für die P4-Butterflykomplexe vom Typ [{CpR(OC)2Fe}2(µ-eta1:1-P4)] (2) durchgeführt werden. Die Langzeitthermolyse von [{In''(OC)2Fe}2(µ-eta1:1-P4)] (2b) liefert neben den seit langem bekannten Decarbonylierungsprodukten [{In''Fe}2(µ-eta4:4-P4)] (10b) und [In''Fe(eta5-P5)] (1b) auch den erst seit kurzem bekannten tetrahedranähnlichen Komplex 9b als äußerst instabile Verbindung. Die photolytisch induzierte Decarbonylierung von 9a führt zu einer strukturell außergewöhnlichen Verbindung mit zwei gewinkelten µ-P-Liganden im nahezu planaren Fe2P2-Vierring und einem Signal für beide Phosphoratome im extremen Tieffeld bei delta = 1406.9 ppm. Thermische Umsetzungen des Tetraphosphabicyclobutan-Komplexes 2b mit einem vierfachen Überschuß an Alkin oder Phosphaalkin liefern in Abhängigkeit vom Substituentenmuster interessante Polyphospholyl-Verbindungen. Symmetrisch substituierte Alkine führen nahezu ausschließlich zur Bildung der Sandwichkomplexe [In''Fe(eta5-{P3(CR)2})] (14b,15b) mit einem eta5-koordinierten 1,2,3-Triphospholylliganden in sehr guten Ausbeuten. Bei unsymmetrisch substituierten Alkinen tritt im Fall von elektronenziehenden Substituenten am Kohlenstoff-Atom die Synthese von Sandwichkomplexen mit einem Monophospholylliganden 17 dazu in Konkurrenz. Desweiteren entsteht das phosphorfreie, verzerrte Tetrahedran [{In''Fe}2(µ-CO)(µ-C2PhH)] (19). Donor-Substituenten am Kohlenstoff-Atom wie tert-Butyl- oder Trimethylsilylgruppen dagegen verhindern die Bildung der Monophosphaferrocene 17 vollständig. Die Reaktion von 2b mit einem Phosphaalkin beruht auf dem gleichen Prinzip und führt ebenfalls zu Sandwichkomplexen mit einem Polyphospholylliganden. Neben dem 1,2,4-Triphospha- 28 und dem 1,2,3,4-Tetraphosphaferrocen 29 wird die Bildung des Komplexes 27 mit einem 1,3-Diphosphet als eta^4-koordiniertem Ligand beobachtet. Dieser ist auf die Cycloaddition zweier Phosphaalkin-Einheiten zurückzuführen, während [In''Fe(eta5-{P3(C2{(C6H10)CH3}2)})] (28) und [In''Fe(eta5-{P4(C{C6H10}CH3)})] (29) durch den Einbau von P=C-R in das Tetraphosphabicyclobutan-Gerüst entstehen. Die Komplexierung eines oder mehrerer Phosphoratome im Mono- oder 1,2,3-Triphosphaferrocen mit ÜM-Fragmenten vom Typ {M(CO)5} (M = W, Cr) gelingt problemlos bei Raumtemperatur. Versuche zur Oxidation von 14b oder 17b mit Schwefel und Reduktion mit Kalium führten ausnahmslos zur unspezifischen Zersetzung des Eduktes. Das Aufstockungsverfahren nach Rybinskaya zur Bildung von 30 VE-Tripeldeckerkomplexen hat Hilt schon 1999 am 1,2,3-Triphosphaferrocen erfolgreich durchgeführt. Diese Reaktion konnte ebenso auf den Monophospholyl-Eisen(II)-Komplex 17b übertragen werden.
Clusters bridge the gap between single atoms or molecules and the condensed phase and it is the challenge of cluster science to obtain a deeper understanding of the molecular foundation of the observed cluster specific properties/reactivities and their dependence on size. The electronic structure of hydrated magnesium monocations [Mg,nH2O]+, n<20, exhibits a strong cluster size dependency. With increasing number of H2O ligands the SOMO evolves from a quasi-valence state (n=3-5), in which the singly occupied molecular orbital (SOMO) is not yet detached from the metal atom and has distinct sp-hybrid character, to a contact ion pair state. For larger clusters (n=17,19) these ion pair states are best described as solvent separated ion pair states, which are formed by a hydrated dication and a hydrated electron. With growing cluster size the SOMO moves away from the magnesium ion to the cluster surface, where it is localized through mutual attractive interactions between the electron density and dangling H-atoms of H2O ligands forming "molecular tweezers" HO-H (e-) H-OH. In case of the hydrated aluminum monocations [Al,nH2O]+,n=20, different isomers of the formal stoichiometry [Al,20H2O]+ were investigated by using gradient-corrected DFT (BLYP) and three different basic structures for [Al,20H2O]+ were identified: (a) [AlI(H2O)20]+ with a threefold coordinated AlI; (b) [HAlIII(OH)(H2O)19]+ with a fourfold coordinated AlIII; (c) [HAlIII(OH)(H2O)19]+ with a fivefold coordinated AlIII. In ground state [AlI(H2O)20]+ (a) which contains aluminum in oxidation state +1 the 3s2 valence electrons remain located at the aluminium monocation. Different than for open shell magnesium monocations no electron transfer into the hydration shell is observed for closed shell AlI. However, clusters of type (a) are high energy isomers (DE»+190 kJ mol-1) and the activation barrier for reaction into cluster type (b) or (c) is only approximately 14 kJ mol-1. The performed ab initio calculations reveal that unlike in [Mg,nH2O]+, n=7-17, for which H atom eliminiation is found to be the result of an intracluster redoxreaction, in [Al,nH2O]+,n=20, H2 is formed in an intracluster acid-base reaction. In [Mg,nH2O]+, n>17, the magnesium dication was found to coexist with a hydrated electron in larger cluster sizes. This proves that intermolecular electron delocalization - previously almost exclusively studied in (H2O)n- and (NH3)n- clusters - can also be an important issue for water clusters doped with an open shell metal cation or a metal anion. Structures and stabilities of hydrated magnesium water cluster anions with the formal stoichiometry [Mg,nH2O]-, n=1-11, were investigated by application of various correlated ab initio methods (MP2, CCSD, CCSD(T)). Metal cations surely have high relevance in numerous biological processes, and as most biological processes take place in aqueous solution hydrated metal ions will be involved. However, in biological systems solvent molecules (i.e. water) compete with different solvated chelate ligands for coordination sites at the metal ion and the solvent and chelate ligands are in mutual interactions with each other and the metal ion. These interactions were investigated for the hydration of ZnII/carnosine complexes by application of FT-ICR-MS, gas-phase H/D exchange experiments and supporting ab initio calculations. In the last chapter of this work the Free Electron Laser IR Multi Photon Dissocition (FEL-IR-MPD) spectra of mass selected cationic niobium acetonitrile complexes with the formal stoichiometry [Nb,nCH3CN]+, n=4-5, in the spectral range 780 – 2500 cm-1 are reported. In case of n=4 the recorded vibrational bands are close to those of the free CH3CN molecule and the experimental spectra do not contain any evident indication of a potential reaction beyond complex formation. By comparison with B3LYP calculated IR absorption spectra the recorded spectra are assigned to high spin (quintet, S=2), planar [NbI(NCCH3)4]+. In [Nb,nCH3CN]+, n=5, new vibrational bands shifted away from those of the acetonitrile monomer are observed between 1300 – 1550 cm-1. These bands are evidence of a chemical modification due to an intramolecular reaction. Screening on the basis of B3LYP calculated IR absorption spectra allow for an assignment of the recorded spectra to the metallacyclic species [NbIII(NCCH3)3(N=C(CH3)C(CH3)=N)]+ (triplet, S=1), which has formed in a internal reductive nitrile coupling reaction from [NbI(NCCH3)5]+. Calculated reaction coordinates explain the experimentally observed differences in reactivity between ground state [NbI(NCCH3)4]+ and [NbI(NCCH3)5]+. The reductive nitrile coupling reaction is exothermic and accessible (Ea=49 kJ mol-1) only in [NbI(NCCH3)5]+, whereas in [NbI(NCCH3)4]+ the reaction is found to be endothermic and retarded by significantly higher activation barriers (Ea>116 kJ mol-1).
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden ausgewählte weit- bis superweitporige Molekularsiebe mit unbekannter bzw. ungewöhnlicher Porenarchitektur hergestellt, chemisch-physikalisch charakterisiert und in sauer sowie bifunktionell katalysierten Testreaktionen erprobt. Untersucht wurde Zeolith ZSM-25, der zu den 12-Ring-Molekularsieben gezählt wird, dessen genaue Struktur aber bis heute unbekannt ist. Es konnte gezeigt werden, dass dieses Molekularsieb nur eine sehr kleine innere spezifische Oberfläche besitzt. Weiterhin wurden die Synthese und die Eigenschaften von Zeolith NU-87, der aus einem Porensystem von sich kreuzenden 10- und 12-Ring-Kanälen aufgebaut ist, untersucht. Sowohl im Produktspektrum der Ethylbenzol-Disproportionierung als auch bei der bifunktionell katalysierten n-Decan-Isomerisierung konnten Bestätigungen für die ungewöhnliche Porenarchitektur gefunden werden. Für Zeolith ZSM-12 wurde der Aluminiumgehalt variiert und die erhaltenen Katalysatoren in der Ethylbenzol-Disproportionierung getestet. Dabei konnte anhand der Veränderungen in den Selektivitäten für die drei Diethylbenzol-Isomere gezeigt werden, dass das eindimensionale Porensystem dieses Zeoliths mit zunehmender Katalysators-Laufzeit immer stärker verkokt. Zeolith SSZ-24 ist isostrukturell zum Alumophosphat AlPO4-5 und wurde in der vorliegenden Arbeit erstmals direkt (d.h. über Hydrothermalsynthese) hergestellt. Der Zeolith zeigt in der Disproportionierung von Ethylbenzol nur eine geringe katalytische Aktivität. Einen Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit stellte die Synthese und Charakterisierung von Molekularsieben mit IFR-Topologie (Silikat-Polymorph ITQ-4, Alumosilikat MCM-58, Gallosilikat [Ga] MCM-58, Borosilikat SSZ 42) dar. In der Disproportionierung von Ethylbenzol erwiesen sich HMCM-58 und [Ga] HMCM-58 als hochaktive Katalysatoren mit Umsätzen nahe dem berechneten thermodynamischen Gleichgewicht. Bifunktionelle Katalysatoren mit IFR-Struktur wurden in der Isomerisierung von n-Decan untersucht. Der superweitporige Zeolith UTD-1 (DON-Topologie) konnte mit einer selbst modifizierten Literaturvorschrift als Borosilikat hergestellt werden. Dieses wurde anschließend in das entsprechende Alumo- bzw. Gallosilikat überführt. In der Disproportionierung von Ethylbenzol und der Isomerisierung von n-Decan zeigten die Alumo- und das Gallosilikat-Katalysatoren nur eine sehr geringe katalytische Aktivität.
Der oxidative Stress wurde in Patienten mit unterschiedlichen Erkrankungen / Therapien nachgewiesen, bei denen ein erhöhter oxidativer Stress aus der Literatur zum Teil bereits bekannt ist,. Patienten mit chronischem Nierenversagen, die mit der Nierenersatztherapie Hämodialyse (HD) behandelt wurden, wurden sowohl vor als auch während der Behandlung untersucht und mit gesunden Probanden verglichen: Hierzu wurden die Konzentrationen von Harnsäure (photometrisch) und MDA im Plasma (HPLC / Fluoreszenz, Thiobarbitursäurederivat), sowie das Ausmaß des MDA-dG-Adduktes M1dG (Immunoslotblot) und (oxidativer) DNA-Schäden mit dem Comet Assay in Leukozyten untersucht. Der Gehalt an Glutathion wurde im Vollblut mit einem kinetischen, photometrischen Test bestimmt. Der Einfluss verschiedener Dialysemembranen und der Anämiebehandlung mit einem Eisen-Präparat auf den oxidativen Stress wurde mit den Markern oxidative DNA-Schädigung und MDA-Bildung im Plasma geprüft. Ein Faktor für die Biokompatibilität der speziell modifizierten MARS-Membran zur Therapie von Patienten mit akutem Leberversagen wurde mit der herkömmlicher Dialysemembranen mit Hilfe des Comet Assay verglichen. Das Ausmaß (oxidativer) DNA-Schäden durch das Nierenersatzverfahren Transplantation wurde dem der HD gegenübergestellt. In einer Pilotstudie wurde die antioxidative Wirksamkeit eines Mischfruchtsaftes an gesunden Probanden anhand der Endpunkte DNA-Schädigung und MDA-Bildung geprüft. Vor HD zeigte sich im Vergleich zu den gesunden Kontrollen ein starker oxidativer Stress in den Blutzellen, hauptsächlich auf DNA-Ebene. Während der HD wurde in den Blutzellen eine Belastung der antioxidativen Abwehr beobachtet, die sich aber weder auf DNA-Ebene noch in einer verstärkten LPO im Plasma äußerte. Die starke Elimination der Harnsäure wirkte sich ebenfalls nicht auf die anderen Marker im Plasma oder den Blutzellen aus. Somit hatte der Verlust der Harnsäure im Plasma keinen messbaren oxidativen Effekt. Die Untersuchung der oxidativen DNA-Schäden mit dem Comet Assay war der empfindlichste Marker zum Nachweis des oxidativen Stress. Die Untersuchung des Einflusses der Dialysemembran zeigte eine geringere Induktion von oxidativem Stress und damit eine höhere Biokompatibilität der synthetischen Polysulfonmembran (Fresenius F8) und der halbsynthetischen, Vitamin E-beschichteten Cellulosemembran (Terumo E15) im Vergleich zur halbsynthetischen, diacetylierten Cellulosemembran (Baxter DICEA170). Die Infusion eines Eisen-Präparates beeinflusste das Ausmaß der Plasma-MDA-Bildung und der oxidativen DNA-Schädigung stärker als die HD-Membran. Der oxidative Stress wurde bei diesen dialyseassoziierten Einflussfaktoren über unterschiedliche Wege ausgelöst: Die Eisen-Infusion kann über die Fentonreaktion die Generierung von ROS induzieren, die dann weitere Zellbestandteile – zuerst im Plasma, dann in den Leukozyten – schädigen. Die Dialysemembranen stimulieren die Leukozyten in unterschiedlichem Maße zur ROS-Produktion, die sich hauptsächlich auf Ebene der DNA auswirkt. Diese Ergebnisse bestätigten sowohl den in der Literatur beschriebenen erhöhten oxidativen Stress in HD-Patienten im Vergleich zu gesunden Probanden, als auch die modulierenden Eigenschaften der Dialysemembran und der Anämiebehandlung. Um die langfristige Konsequenz dieser dialysebedingten Einflüsse für die Folgeerkrankungen besser verstehen zu können, sollten sie in prospektiven Studien weiter untersucht und mit der Morbidität für Atherosklerose und Krebs korreliert werden. Die Membran der MARS-Therapie löste keine zusätzlichen oxidativen DNA-Schäden aus. Hier könnte der Comet Assay klinische prognostische / diagnostische Parameter ergänzen, was in weiteren Untersuchungen noch abgeklärt werden muss. Die Nierentransplantation verstärkte den oxidativen Stress im Vergleich zur Ersatztherapie HD. Die ersten Ergebnisse zeigten nach Intervention mit dem Mischfruchtsaft leicht verringerte oxidative DNA-Schäden. Diese Wirkung sollte an einem größeren Kollektiv mit verschiedenen Dosierungen überprüft werden. Zusammenfassend sind HD-Patienten eine Population, deren erhöhter oxidativer Stress mit unterschiedlichen Markern verfolgt werden kann. Erstmals wurde die besondere Eignung des Comet Assays zur Erfassung oxidativer DNA-Schäden in HD-Patienten nachgewiesen. Zwei Arten von oxidativen Ereignissen scheinen bei diesen Patienten eine Rolle zu spielen: ein latenter dialysemembranabhängiger, leukozytenvermittelter oxidativer Stress und eine aus den Eiseninfusionen resultierende Überlastung der antioxidativen Abwehr.
In dieser Arbeit wurden neue hocheffiziente photorefraktive Gläser auf Basis des Chromophors IDOP20 entwickelt. Der Chromophor wurde zunächst anhand der Kerr-Gütezahl auf seine Eignung für PR-Anwendungen überprüft. Es konnte eine relativ große Kerr-Gütezahl bestimmt werden. Durch die sterisch anspruchsvollen 3,3’-Dimethylmethylen-Gruppen wird in diesem Chromophor die Neigung zur Dimerenbildung weitgehend unterdrückt. Für mehrere photorefraktive Gläser mit IDOP20 als elektrooptischem Chromophor konnten sehr hohe Verstärkungskoeffizienten Gamma erzielt werden. Für das Glas der Zusammensetzung IDOP20:2BNCM:DPP:TPD:TNFM 30:25:20:24:1 Gew.-% wurde mit einer Nettoverstärkung von Gamma_net = 178 1/cm ein der bisher größten Werte bei einer Feldstärke von E = 45 V/µm erzielt. Weiterhin konnte der Polymeranteil in den photorefraktiven Gläsern vollständig durch glasbildende Co-Chromophore ersetzt werden. Dadurch wurde die Phasenseparation und Kristallbildung in den photorefraktiven Gläsern unterdrückt und die Stabilität und die optische Qualität der Gläser verbessert. Die glasbildenden Eigenschaften von IDOP20 wurden durch dynamische Differenz-Kalorimetrie-Messungen nachgewiesen werden. Der Chromophor bildet einen Charge-Transfer-Komplex mit dem Sensibilisator TNFM. Weitere quasistationäre und zeitabhängige holographische und ellipsometrische Messungen wurden an einem Glas mit zugesetztem Weichmacher DPP (zur Herabsetzung der Glasübergangstemperatur) der Zusammensetzung IDOP20:DPP:TNFM 69:30:1 Gew.-% durchgeführt. Dabei konnte eine Brechungsindexmodulation von Delta n = 0.009 bei einer Feldstärke 60 V/µm ermittelt werden. In zeitabhängigen Messungen wurde ein monoexponentieller Verlauf des photorefraktiven Gitteraufbaus beobachtet. Weiterhin wurde eine sehr starke Temperaturabhängigkeit der Antwortzeiten festgestellt und die Dynamik der Molekülorientierung als zeitbestimmender Prozess identifiziert. Die photorefraktive Leistung der IDOP20-Gläser wurde im Vergleich zu ATOP1-Gläsern diskutiert.
Marker für oxidativen Streß in unterschiedlichen Testsystemen wurden etabliert bzw. entwickelt, um eine Schädigung durch Ozon in vitro und in vivo zu untersuchen. Durch den Plasmid-Relaxations-Assay wurde an isolierter Plasmid-DNA eine zeitabhängige Schädigung durch Ozon nachgewiesen. Das durch zusätzliche Inkubation mit Reparaturenzymen erhaltene Schadensprofil unterscheidet sich von bisher beschriebenen Profilen dahingehend, daß es überwiegend zur Induktion von FPG- und Endonuklease III sensitiven Läsionen kommt. Dies deutet auf eine Reaktion von Ozon per se in diesem Testsystem hin. An isolierten HL-60 Zellen, die gegenüber 8 mg/m³ Ozon für 30 min exponiert waren, wurde die Induktion von Strangbrüchen und FPG-sensitiven Läsionen mittels eines mit Reparaturenzymen modifizierten Comet-Assays nachgewiesen. Das Verhältnis zwischen Strangbrüchen und FPG-sensitven Läsionen betrug 1 : 2, was auch in diesem Testsystem auf die Reaktion von Ozon per se hindeutet. Zur Messung von 8-oxodG im Urin wurde eine Methode mit hoher Präzision (VK 3,5 % für Wiederholanalysen) entwickelt, welche auf Immunoaffinitätschromatographie am bisher für diesen Einsatz nicht beschriebenen Antikörper 1F7 kombiniert mit HPLC-ECD (Gradientenelution) basiert. Zur Validierung der Methode wurden Vergleichsmessungen im Rahmen eines internationalen Ringversuchs durchgeführt. Die Ergebnisse belegen die prinzipielle Vergleichbarkeit des hier beschriebenen Verfahrens mit LC-MS-MS, Carbon Column HPLC-ECD und ELISA, wobei es mit ELISA zu einer bis zu fünffachen Überschätzung der Meßwerte kam, die jedoch gut mit den anderen Methoden korrelierten. Zum Nachweis von 8-oxodG in DNA wurde eine Methode entwickelt, welche die Artefakt-bildung während der DNA-Isolierung mittels Isopropanolfraktionierung in Anwesenheit von NaI sowie während der DNA-Hydrolyse minimiert und die Quantifizierung mittels HPLC-ECD erlaubt. Die für humane Kontrollproben (Blut) erhaltenen Werte lagen in einer Größenordnung, welche auf Basis eines Vergleichs mit Daten aus einem internationalen Ringversuch die Richtigkeit der Werte belegt. Die Richtigkeit der chromatographischen Analysenergebnisse für 8-oxodG wurde durch Teil-nahme an einem internationalen Ringversuch mit Vergleichsmessungen von Standards gezeigt. Zum Nachweis von Malondialdehyd im Blutplasma wurde ein spezifisches Verfahren entwic-kelt, welches die Messung durch HPLC-FlD nach Derivatisierung mit Thiobarbitur-säure erlaubt. Um die Induktion von oxidativem Streß durch Ozon in vivo zu untersuchen, wurde ein Tierexperiment an Ratten durchgeführt, welche gegenüber unterschiedlichen Ozonkonzentrationen für max. 12 Wochen exponiert wurden. Für die Ausscheidung von 8-oxodG im wöchentlich gewonnen 24-Stundenurin konnte kein Unterschied zwischen den verschiedenen Expositionsgruppen nachgewiesen werden. Dies ist möglicherweise auch auf die hohe Streuung der Einzelwerte zurückzuführen, die nicht methodisch begründet ist. Der Nachweis von 8-oxodG in lymphozytärer DNA schlug fehl, was auf die schlechte Qualität der Blutproben zurückzuführen ist. Im terminal gewonnen Lungengewebe wurde ein dosisabhängiger Anstieg der 8-oxodG Konzentration ab einer Ozonkonzentration von 500 µg/m³ beobachtet, der für eine Expositionskonzentration von 1000 µg/m³ gegenüber Raumluft und 200 µg/m³ statistisch signifikant war (p < 0,05). Für Malondialdehyd im Blutplasma konnte keine dosisabhängige Zunahme durch Ozonexposition nachgewiesen werden. Die gegenüber 1000 µg/m³ Ozon exponierten Tiere zeigten jedoch eine gegenüber den anderen Gruppen signifikant niedrigere Malondialdehydkonzentration im Plasma (p < 0,05). Dies ist vermutlich auf die Induktion der antioxidativen Abwehr zurückzuführen, wie sie für ozonexponierte Ratten bereits beschrieben wurde. Die Induktion von Nitrotyrosin im Lungengewebe ozonexponierter Tier konnte nicht nachgewiesen werden. Dies ist auf die Abwesenheit der Entzündungsreaktion, die für akute Ozon-exposition beschrieben ist, zurückzuführen. Der nicht- oder minimal-invasive Nachweis dieser Effekte in vivo in Körperflüs-sigkeiten war mit den untersuchten Biomarkern nicht möglich.
Apoptose in Rattenhepatozyten in Primärkultur- Einfluss von TCDD und polychlorierten Biphenylen
(2003)
Zur Untersuchung der Beeinflussung des apoptotischen Zelltodes durch nicht-dioxinartige polychlorierte Biphenyle in primären Rattenhepatozyten wurden Experimente in Kollagengel- Sandwich-Kultur durchgeführt. Die Auslösung von Apoptose erfolgte mittels Behandlung der Zellen mit UV-Licht. Hierzu wurden die PCB-Kongenere 28, 138 und 183 ausgewählt, als Referenzsubstanz diente Phenobarbital. Es konnte festgestellt werden, dass alle verwendeten PCBs sowie Phenobarbital die UV-induzierte Apoptose konzentrationsabhängig signifikant hemmen. Im Rahmen dieser Studie zeigte sich für die maximalen Hemmeffekte gegenüber der bestrahlten Kontrolle die Reihenfolge PCB 138 (38,7%) > Phenobarbital (30,7%) > PCBs 28, 183 (jeweils 29,1%). Die basale (spontane) Apoptose wurde insgesamt weitaus schwächer beeinflusst. Zur eingehenderen Wirkungscharakterisierung dieser PCBs wäre eine Verifikation der gefundenen Ergebnisse anhand eines Tierexperimentes mit Hinblick auf mögliche tumorpromovierende Effekte dieser Substanzen in der Rattenleber von Interesse. Im weiteren Verlauf der Arbeit wurde versucht, einen Assay zu etablieren, der als biochemischer Marker für Apoptose in primären Rattenhepatozyten eingesetzt werden sollte. In Studien zur DNA-Fragmentierung (DNA-ladder) konnte keine Abhängigkeit der DNAFragmentierung von der eingesetzten UV-Dosis detektiert werden. Somit konnte diese Methode nicht zur Charakterisierung einer Beeinflussung der Apoptose eingesetzt werden. Untersuchungen zur Beeinflussung der Gallensäure-induzierten Caspase-3-Aktivität durch Phenobarbital zeigten keine signifikanten Effekte auf die Caspase-3-Aktivität. Zudem zeichneten sich die Versuche durch eine hohe Schwankungsbreite sowie eine geringe Reproduzierbarkeit aus, so dass keine klare Aussage getroffen werden konnte. Eine biochemische Nachweismethode der Apoptose und deren Beeinflussung durch Xenobiotika konnte somit im zeitlichen Rahmen dieser Arbeit nicht etabliert werden. Abschließend wurde in vorliegender Arbeit der Einfluss von TCDD auf die Apoptose sowie auf die Induktion der 7-Ethoxyresorufin-O-deethylase (EROD)-Aktivität als funktionellem Parameter für die CYP1A-Isoenzym-Induktion in primären Rattenhepatozyten der Stämme Han/Wistar und Long-Evans studiert. In Untersuchungen zum Einfluss von TCDD auf die durch UV-Strahlung ausgelöste Apoptose in Han/Wistar-Hepatozyten konnten keine signifikanten Effekte beobachtet werden. Die maximale Induzierbarkeit der Apoptose lag mit ca. 2,6% deutlich unterhalb der für Hepatozyten des Wistar-Stammes gefundenen Werte. Bei analogen Experimenten mit Long-Evans- Hepatzoyten zeigte sich, dass die Apoptose in diesem Zelltyp nicht induzierbar war. Die Ergebnisse zeigen ferner, dass in beiden Zelltypen eine konzentrationsabhängige Steigerung der EROD-Aktivität festgestellt werden konnte. Die hierbei ermittelten EC50-Werte betrugen für beide Zelltypen ca. 5 x 10-12 M und entsprechen somit annähernd den bereits von Schmitz et al. (1995) publizierten Daten (2 x 10-11 M) für primäre Wistar-Rattenhepatozyten. Die maximale Induktionshöhe lag jedoch in Long-Evans-Hepatozyten deutlich niedriger als in Zellen des Han/Wistar-Stammes.