Legumes being the most important crops worldwide are limited in terms of adaptability and productivity mainly by the abiotic stresses. In this study, the aim was to understand tolerance mechanisms of lentil cultivars under drought stress by physiological and biochemical analyses. This study was carried out with six Turkish Lentil cultivars (Seyran, Kafkas, Malazgirt, &Ccedil / agil, &Ccedil / ift&ccedil / i, &Ouml / zbek) subjected to drought stresses (10% and 15% PEG) and their physiological and biochemical properties were examined to select drought-tolerant and drought-sensitive cultivars. Drought stress was applied for 5 days to 7 days-grown lentil plants. 12-days old, stressed and control plant shoots and roots were analyzed in terms of physiological and biochemical parameters (length, fresh weight, ion leakage, proline, MDA and H

Adipositas und das polyzystische Ovarsyndrom (PCOS) sind häufig Gründe für Anovulation, Infertilität und unerfüllten Kinderwunsch. Sowohl Adipositas als auch das PCOS können zu einem Ungleichgewicht zwischen Anti- und Prooxidanzien im menschlichen Körper führen. Durch Übergewicht der Prooxidanzien ensteht oxidativer Stress. Reaktive Sauerstoffspezies (reactive oxygen species, ROS) fallen vermehrt an und oxidieren Lipoproteine zu „oxidized low density lipoproteins“ (oxLDL). Durch Bindung von oxLDL an den „lectin-like oxidized low-density lipoprotein receptor-1 (LOX-1)“ wird Apoptose und Autophagie induziert. Wir vermuten, dass sich diese Prozesse auch in der Follikelflüssigkeit (FF), dem Milieu der Eizelle, abspielen und zum Absterben reifender Follikel und somit zur Anovulation und Infertilität führen. Das Ziel dieser Arbeit war es, zu untersuchen, welchen Einfluss Adipositas, hormonelle Stimulation und PCOS auf die enzymatischen Antioxidanzien Superoxiddismutase (SOD), Katalase, Glutathionperoxidase (GPx) und Glutathionreduktase (GR) sowie auf den oxLDL-Spiegel haben. Es wurden Serum und FF von Frauen unter IVF (in vitro Fertilisation) -Therapie untersucht, die anhand ihres Body Mass Index (BMI), des Taille-Hüft-Quotienten (T/H-Quotient) sowie des PCOS in vier Gruppen eingeteilt wurden. Die Konzentration an oxLDL als Repräsentant des oxidativen Systems und die Aktivität der Enzyme SOD, Katalase, GPx und GR, Repräsentaten des antioxidativen Systems, wurden im Serum vor Stimulationsbeginn und zum Zeitpunkt der Follikelpunktion sowie in der FF gemessen. Adipöse Frauen mit und ohne PCOS hatten höhere Konzentrationen an oxLDL in der FF als normalgewichtige. Die oxLDL-Konzentrationen der FF waren 1000-fach niedriger als die der Seren. Interessanterweise waren auch die Katalase-Aktivitäten in der FF adipöser Frauen mit und ohne PCOS höher als die der normalgewichtigen. Zusammenfassend lässt sich folgern, dass erhöhte oxLDL-Konzentrationen in der FF von adipösen Frauen, unabhängig vom Vorliegen eines PCOS, mit einer gesteigerten Katalase-Aktivität und einer niedrigeren IVF-Erfolgsrate assoziiert sind.

Gesteigerter oxidativer Stress ist ein typisches Zeichen in der Pathogenese der Herzinsuffi-zienz. Anhand von 2 Rattenmodellen sollen charakteristische Veränderungen des enzymatischen antioxidativen Systems, repräsentiert durch die Glutathionperoxidase (GSH-Px) und Superoxiddismutase (SOD) sowie Änderungen im Hitzeschockproteinsystem (Hsp) untersucht werden, für das stellvertretend Hsp25 und Hsp72 bestimmt wurden. Daneben wurde die Lipidperoxidation durch die Konzentration von Thiobarbitursäure-reaktiven Substanzen (TBARS) quantifiziert. Im ersten Rattenmodell, der Hypertonie-induzierten Herzinsuffizienz durch permanente Renin-Angiotensin-System-Aktivierung in doppelt transgenen Ratten konnte eine linksventrikuläre Hypertrophie mit CK-Isoenzym-Shift mit vermehrter Expression von CK-MB und -BB beobachtet werden. Es kam in beiden Ventrikeln der transgenen Tiere zu einer Zunahme der Lipidperoxidation begleitet von einer Erniedrigung der Serum-Vitamin E-Konzentration durch Verbrauch. SOD und Hsp72 blieben unverändert. Durch die biventrikuläre Zunahme der GSH-Px-Aktivität bei linksventrikulär erhöhtem Hsp25-Gehalt konnte die Toleranz gegenüber Hypoxie/Reoxygenierungsstress erhöht werden. In der 2. Teilstudie - der Myokardinfarkt-induzierten Herzinsuffizienz - wurden die Parameter oxidativer Schädigung und antioxidativen Schutzes im Akutstadium (14-16h) und 3, 6 und 9 Wochen nach experimentellem Infarkt (MI) bestimmt. In der Akutphase zeigten sich in beiden Ventri-keln und im Papillarmuskel gesteigerte GSH-Px- und SOD-Aktivitäten, ohne dass kardiale Hypertrophie vorlag. Hsp72 und Hsp25 waren während der Akutphase nach MI im Papillar-muskel und im linken Ventrikel erhöht. In der Folge resultiert eine verbesserte kontraktile Funktion bei experimentellem Hypoxie/Reoxygenierungsstress. Damit gelang es erstmals eine Selbstprotektion des Myokards während eines akuten MI nachzuweisen. Erst ab der 6. Woche trat kardiale Hypertrophie auf, begleitet vom charakteristischen CK-Isoenzym-Shift. Während die SOD und die Hitzeschockproteine nach der akuten Phase auf das Niveau der Kontrollen absanken, blieb die hohe GSH-Px-Aktivität im linken Ventrikel über den gesamten Untersuchungszeitraum bestehen, bei zunehmender Toleranz des Herzens gegenüber Hypoxie/Reoxygenierungsstress. Die vorgelegten tierexperimentellen Untersuchungen zeigen, dass das Herz sowohl unter akut als auch unter chronisch gesteigertem oxidativen Stress Mechanismen zur Selbstprotektion aktivieren kann, die eine Prävention bzw. Minimierung von Schädigungsreaktionen durch Sauerstoffradikale ermöglichen. / Elevated oxidative stress is typical in the pathogenesis of heart failure. Characteristical changes in antioxidant enzyme status, represented by glutathionperoxidase (GSH-Px) and superoxide dismutase (SOD), and changes in heat shock protein status (Hsp), denoted by Hsp25 and Hsp72, have been revealed in two different rat-models. Lipidperoxidation was quantified by the concentration of thiobarbituric acid reactive substances (TBARS). In the first model of heart failure caused by permanent activation of renin-angiotensin system in double transgenic rat, leftventricular hypertrophy accompanied by a shift of creatine kinase (CK) isoenzyme pattern to higher concentration of fetale CK-MB an -BB-isoforms was found. Higher TBARS concentrations and lower alpha-tocopherol levels caused by consumption have been measured. SOD and Hsp72 remained unchanged. The tolerance against experimental hypoxia/reoxygenation was improved by higher levels of GSH-Px and Hsp25 in both right and left ventricular tissue. In the second study of heart failure caused by experimental myocardial infarction (MI) the parameters of oxidant demolishing and antioxidant defence were evaluated under acute condi-tions (14-16h) and 3, 6 and 9 weeks after infarction. In the acute period higher activities of GSH-Px and SOD in non-hypertrophied left and right ventricular tissue and papillary muscle have been reported. Leftventricular and papillary muscle Hsp25 and Hsp72 content showed higher levels 14-16 hours after MI compared with controls, improving the contractile function in hypoxia/reoxygenation experiments. These findings suggest for the first time a myocardial self-protection after acute myocardial infarction. 6 and 9 weeks after MI leftventricular hyper-trophy occurred attended by the characteristic CK-isoenzymeshift. While SOD-activity and Hsp-content decreased to the levels of the controls, GSH-Px remained on higher altitude in leftventricular tissue in all examined periods after MI. This was accompanied by better toler-ance against hypoxia/reoxygenation stress. These findings of experimental-induced heart failure show the activation of myocardial self protecting mechanisms under acute and chronic oxidative stress conditions, minimizing or even preventing demolishing reactions of oxygen radicals.

Die antioxidativen Enzyme Katalase (KAT), Glutathion-Peroxidase (GPX), Glutathion-Reduktase (GR), Superoxid-Dismutase (SOD) und Glutathion-S-Transferase (GST) sind an der intrazellulären Abwehr von oxidativem Stress beteiligt. Diverse Arbeitsgruppen fanden eine Hochregulation der antioxidativen Enzyme (AOEs) nach Exposition auf Ozon. In der vorliegenden Studie sollte an einem von Schierhorn und Mitarbeitern entwickelten Kulturmodell der nasalen Mukosa des Menschen untersucht werden, ob Aktivitätsänderungen der AOEs nach Ozonexposition in vitro zu verzeichnen sind. Zu diesem Zweck wurde die nasale Mukosa von 67 Patienten, die sich wegen nasaler Atmungsbehinderung einer Conchotomie unterzogen hatten, 24 Stunden bei 37 °C und 5% CO2 kultiviert und parallel unter den selben Bedingungen einer zusätzlichen Ozonkonzentration von 120 ppb ausgesetzt. Tendenzielle Aktivitätsänderungen durch Ozon ließen sich bei der GPX (13.8 auf 17.7 mU/mg Protein, 28% Steigerung) und der SOD (8.4 auf 9.7 U/mg Protein, 15% Steigerung) feststellen. Diese Aktivitätszunahmen wiesen jedoch keine Signifikanz auf. Aktivtätsänderungen bei KAT, GR und GST durch die Ozonexposition wurden nicht gefunden. Alter der Patienten, Geschlecht und Zigarettenrauchen nahmen den Ergebnissen dieser Studie nach keinen Einfluß auf die Regulation der AOEs nach Ozonexposition. Die Deletion der Glutathion-S-Transferase M1, die bei etwa 50% der mitteleuropäischen Bevölkerung zu finden ist, veränderte die Regulation der SOD nach in vitro Ozonexposition. Die GST-defizienten Patienten dieser Studie beantworteten die Ozonexposition mit einer signifikanten Hochregulation der SOD (p / Antioxidant enzymes as catalase (CAT), glutathione peroxidase (GPX), superoxide dismutase (SOD) and glutathione S-transferase (GST) are thought the primary cellular defense mechanism against reactive oxygen species. Ozone, a highly reactive oxidant, is known to cause respiratory symptoms at ambiental doses. A number of studies have shown the mucosa of the respiratory tract to be the first target site of ozone toxicity. Other animal studies demonstrated an upregulation of mucosal antioxidant enzymes after ozone exposition. Concerning to the antioxidant defense mechanisms of the human nasal mucosa no studies are found so far. The purpose of this study was to determine if in vitro ozone exposure of human nasal mucosa results in changes in the activity of CAT, GPX, SOD, GST and glutathione reductase (GR). Nasal mucosa from 67 patients was cultivated in a specially designed in vitro organ culture and exposed to 120 ppb ozone for 24 hours. The results were compared with the histamin release which is known to be upregulated from human nasal mucosa after ozone exposition (60-200 ppb).

Adipositas und das polyzystische Ovarsyndrom (PCOS) sind häufig Gründe für Anovulation, Infertilität und unerfüllten Kinderwunsch. Sowohl Adipositas als auch das PCOS können zu einem Ungleichgewicht zwischen Anti- und Prooxidanzien im menschlichen Körper führen. Durch Übergewicht der Prooxidanzien ensteht oxidativer Stress. Reaktive Sauerstoffspezies (reactive oxygen species, ROS) fallen vermehrt an und oxidieren Lipoproteine zu „oxidized low density lipoproteins“ (oxLDL). Durch Bindung von oxLDL an den „lectin-like oxidized low-density lipoprotein receptor-1 (LOX-1)“ wird Apoptose und Autophagie induziert. Wir vermuten, dass sich diese Prozesse auch in der Follikelflüssigkeit (FF), dem Milieu der Eizelle, abspielen und zum Absterben reifender Follikel und somit zur Anovulation und Infertilität führen. Das Ziel dieser Arbeit war es, zu untersuchen, welchen Einfluss Adipositas, hormonelle Stimulation und PCOS auf die enzymatischen Antioxidanzien Superoxiddismutase (SOD), Katalase, Glutathionperoxidase (GPx) und Glutathionreduktase (GR) sowie auf den oxLDL-Spiegel haben. Es wurden Serum und FF von Frauen unter IVF (in vitro Fertilisation) -Therapie untersucht, die anhand ihres Body Mass Index (BMI), des Taille-Hüft-Quotienten (T/H-Quotient) sowie des PCOS in vier Gruppen eingeteilt wurden. Die Konzentration an oxLDL als Repräsentant des oxidativen Systems und die Aktivität der Enzyme SOD, Katalase, GPx und GR, Repräsentaten des antioxidativen Systems, wurden im Serum vor Stimulationsbeginn und zum Zeitpunkt der Follikelpunktion sowie in der FF gemessen. Adipöse Frauen mit und ohne PCOS hatten höhere Konzentrationen an oxLDL in der FF als normalgewichtige. Die oxLDL-Konzentrationen der FF waren 1000-fach niedriger als die der Seren. Interessanterweise waren auch die Katalase-Aktivitäten in der FF adipöser Frauen mit und ohne PCOS höher als die der normalgewichtigen. Zusammenfassend lässt sich folgern, dass erhöhte oxLDL-Konzentrationen in der FF von adipösen Frauen, unabhängig vom Vorliegen eines PCOS, mit einer gesteigerten Katalase-Aktivität und einer niedrigeren IVF-Erfolgsrate assoziiert sind.:Inhaltsverzeichnis Bibliographie III Abkürzungsverzeichnis IV 1. Einleitung 1 1.1. Infertilität 1 1.2. PCOS 2 1.2.1. Definition des PCOS 2 1.2.2. PCOS und Adipositas 3 1.3. Oxidativer Stress 4 1.3.1. Reaktive Sauerstoffspezies 4 1.3.2. Superoxiddismutase (SOD) – Schutz vor Superoxidradikalen 5 1.3.3. Katalase – Schutz vor H2O2 5 1.3.4. Glutathionperoxidase (GPx) und Glutathionreduktase (GR) 5 1.4. Oxidativer Stress, „oxidized low density lipoprotein“(oxLDL) und 6 Adipositas 1.5. Oxidativer Stress, antioxidative Enzyme und Infertilität 7 1.6. Ziele der Arbeit 9 2. Material und Methoden 10 2.1. Patientinnen und Material 10 2.2. Methoden 12 2.2.1. Follikelspektrumanalyse – Kontamination mit Blutbestandteilen 12 2.2.2. Proteinbestimmung 12 2.2.3. Bestimmung der SOD-Aktivität 13 2.2.4. Bestimmung der Katalase-Aktivität 14 2.2.5. Bestimmung der GPx-Aktivität 15 2.2.6. Bestimmung der GR-Aktivität 16 2.2.7. Bestimmung der oxLDL-Konzentration mittels ELISA 17 2.3. Statistische Auswertung 18 3. Ergebnisse 19 3.1. Vergleich der Proteinkonzentrationen in Seren und FF 19 3.2. Erhöhte SOD-Aktivität in der FF im Vergleich zum Serum 20 3.3. Erhöhte Katalase-Aktivität bei Adipositas unabhängig vom PCOS-Status 21 3.4. Erhöhte GPx-Aktivität bei adipösen Patientinnen ohne PCOS 22 3.5. Erhöhte GR-Aktivität bei Adipositas unabhängig vom PCOS-Status 23 3.6. Erhöhte oxLDL-Konzentrationen in der FF adipöser Patientinnen 25 unabhängig vom PCOS-Status 3.7. Schwangerschaftsrate der vier Patientengruppen 26 4. Diskussion 28 4.1. Das oxidative System 28 4.1.1. LOX-1 und oxLDL – Stand der Forschung 28 4.1.2. OxLDL – Diskussion der Methode 29 4.1.3. OxLDL – Konzentration im Serum 30 4.1.4. Einfluss der hormonellen Stimulationstherapie auf oxLDL 31 4.1.5. OxLDL – Konzentration in der FF 32 4.1.6. Oxidativer Status - Zusammenfassung 34 4.2. Das antioxidative System 34 4.2.1. SOD-Aktivität im Serum 35 4.2.2. SOD-Aktivität in der FF 35 4.2.2. Katalase, ein klinischer Parameter zur Bestimmung des 36 oxidativen Stress? 4.2.3. Zelltod als Ursache für erhöhte Enzymaktivitäten bei Adipositas? 36 4.2.5. Grenzen der Studie 37 4.3. Schlussfolgerung und Ausblick 38 5. Zusammenfassung 40 6. Literaturverzeichnis 44 7. Anhang 59 7.1. Tabellenverzeichnis 59 7.2. Abbildungsverzeichnis 59 7.3. Eidesstattliche Versicherung 60 7.4. Werdegang 61 7.5. Danksagung 63

An Herzinsuffizienz sind in Deutschland weit mehr als 1 Mio. Menschen erkrankt. Ihre Häufigkeit steigt stetig an. Die Herzinsuffizienz wird als dominierende Herz-Kreislauf-Erkrankung des 21. Jahrhunderts angesehen. Die Hauptursache der Herzinsuffizienz ist die koronare Herzerkrankung besonderes nach stattgehabtem Myokardinfarkt. Sowohl für den akuten Myokardinfarkt als auch für die sich auf dieser Basis entwickelnde Herzinsuffizienz werden Veränderungen im Stoffwechsel der Sauerstoffradikale als pathophysiologisch bedeutsam angesehen. Es wird angenommen, dass als Folge der akuten Myokardischämie oxidativer Stress im Myokard hervorgerufen wird. Dieser kann über die akute Infarktphase hinaus prolongieren. Dadurch werden Mechanismen induziert (Hypertrophie und Apoptose, Störung myokardialer Signaltransduktion), die letztlich zur Herzinsuffizienz führen. Folgerichtig sollten therapeutische Maßnahmen, die zu einer Minimierung von oxidativem Stress führen, protektiv wirken. Im Rahmen dieser Arbeit wurde am Modell des Ligaturinfarktes der Ratte gezeigt, dass es in der Akutphase des Infarktes (30-36 h nach Ligatur) zu gesteigertem oxidativen Stress kommt. Dieser ließ sich anhand gesteigerter myokardialer Konzentration an Lipidperoxiden, die mit einer verminderten Konzentration antioxidativer Enzyme im Herz kombiniert war, dokumentieren. Werden solche Tiere 6 Wochen nach Ligatur untersucht, weisen sie im Herz im Vergleich zu scheinoperierten Tieren eine signifikant erhöhte Konzentration von Lipidperoxiden als Zeichen gesteigerten oxidativen Stresses auf. Parallel dazu werden typische Zeichen einer Herzinsuffizienz (Herzhypertrophie, erhöhter LVEDP, verminderte Kontraktilität) beobachtet. Wurden solche Tiere beginnend nach der akuten Myokardphase mit dem ACE-Hemmer Ramipril und dem Beta-Blocker Metoprolol behandelt - von beiden ist bekannt, dass sie protektiv in den Stoffwechsel der Sauerstoffradikale eingreifen können - wurde ein geringerer myokardialer oxidativer Stress beobachtet, der mit einer verminderten Ausprägung der morphologischen und funktionellen Herzinsuffizienzzeichen einherging. Die kombinierte Gabe von Beta-Blocker und ACE-Hemmer erwies sich dabei sowohl in der Reduktion von oxidativem Stress als auch in ihrem Einfluss auf Herzfunktion und Morphologie den Einzeltherapien überlegen. Als wesentlich für die Reduktion von oxidativem Stress durch Beta-Blockade und ACE-Hemmung wurde die kompensatorische Zunahme des enzymatischen antioxidativen Schutzes im Herz (GSH-Px, SOD) ausgewiesen. / In Germany, more than 1 million people suffer from heart failure and the incidence is continuously growing. Consequently, heart failure is accepted to be the dominant disease of the heart and circulatory system in the 21st century. The main reason for heart failure is coronary heart disease in general, and especially myocardial infarction (MI). Changes in the oxygen radical metabolism are thought to be essential in the pathogenesis of myocardial infarction and heart failure as its important consequence. It is supposed that, as a result of myocardial ischemia, oxidative stress arises in the heart, which can activate and prolong mechanisms (hypertrophy, apoptosis, disturbed signal transduction) well documented to result in heart failure. Consequently, treatment, which reduces the myocardial oxidative stress, should be beneficial. Using the model of ligature infarction in rats, our study shows increased myocardial oxidative stress in the acute phase of MI (30-36 h after ligature) documented by increased concentration of lipid peroxides (LPO) combined with reduced activity of the antioxidative enzymes. When the animals were analyzed 6 weeks after ligature in comparison to sham operated animals, increased oxidative stress and in parallel typical signs for heart failure (myocardial hypertrophy, increased LVEDP, reduced contractility) were observed. Treatment of the animals starting after acute myocardial infarction with the ACE-inhibitor Ramipril and the beta-blocker Metoprolol - both are known to interfere protectively with the oxygen radical metabolism - reduced the myocardial oxidative stress and the morphological and functional signs of failing heart. This effect was most impressive after combined treatment with Metoprolol and Ramipril. The elevated enzymatic antioxidative defense (GSH-Px, SOD) which we found in the heart after beta-blockade and ACE inhibition could be the reason.