Tannine gehören zu den phenolhaltigen Verbindungen und galten in der Tierernährung bisher als sekundäre unerwünschte Pflanzeninhaltsstoffe. Sie werden in der Regel in zwei Hauptgruppen eingeteilt: kondensierte und hydrolisierbare Tannine. Im Mittelpunkt der vorliegenden Untersuchungen stand die Quantifizierung der Reduzierung der Proteolyse während der Silierung in Folge der Zulage von tanninhaltigen Pflanzenextrakten unterschiedlicher Herkunft zum Siliergut. Zu diesem Zweck wurden zunächst in Silierversuchen zwei tanninhaltige Pflanzenextrakte unterschiedlicher botanischer Herkunft (Mimosa und Quebracho) alleine sowie in Kombination mit Silierzusätzen dem Ausgangsmaterial am Beispiel Weidelgras (Lolium perenne L.) zugesetzt. Folgend wurden die Effekte unterschiedlicher Konzentrationen der beiden tanninhaltigen Pflanzenextrakte sowie die Effekte bei unterschiedlichen TM-Gehalten des Siliergutes auf den Umfang der Proteolyse am Beispiel der Luzerne (Medicago sativa L.) geprüft. In den Versuchen konnte gezeigt werden, dass die Tannine einen deutlichen Einfluss auf die Proteolyse während der Silierung insbesondere in den ersten Tagen hatten. Die Beurteilung der Effekte der Zulage von tanninhaltigen Pflanzenextrakten basierte unter anderem auf Veränderungen der Parameter der Rohproteinfraktionierung nach dem Cornell Net Carbohydrate and Protein System (CNCPS). Durch den Zusatz von tanninhaltigen Pflanzenextrakten konnte der Abbau von schwer- und mittellöslichen Rohproteinfraktionen (Fraktionen B1-B3) zur leichtlöslichen Rohproteinfraktion (Fraktion A) signifikant minimiert werden, parallel stieg der Gehalt der pansenstabilen Rohproteinfraktionen. Die Effekte unterschiedlicher TM-Gehalte in den Silierversuchen mit Luzerne (Medicago sativa L.) zeigten, dass die eingesetzten tanninhaltigen Pflanzenextrakte unabhängig von ihrer botanischen Zusammensetzung in ihrer Wirkung umso höher waren je geringer der TM-Gehalt war. / Tannins belong to phenol compounds and have traditionally been classified as antinutritive substances in animal nutrition. Tannins are usually divided into two groups: hydrolyzed and condensed tannins. The present study focused on reducing proteolysis during ensilage by supplementing tannin extracts from different botanical sources. Ensilage studies were carried out with Lolium perenne dominated forage and two different tanniniferous extracts (Mimosa and Quebracho) alone as well as in combination with silage additives. In a second study, the effects of different tannin concentrations and two different dry matter levels on proteolysis during ensilage were tested with alfalfa (Medicago sativa L.). The results show that tannin extracts definitely reduce proteolysis during the first days of ensilage. The protein fractionation of the Cornell Net Carbohydrate and Protein System (CNCPS) was used as indicator. Degradations from slightly soluble (B1 – B3) to easily soluble (A) fractions were significantly reduced by the addition of tannin extracts. At the same time, the level of rumen undegradable true protein was increased. The alfalfa study used different dry matter levels showing that by supplementing tannin extracts the wetter the silage was, the clearer the effect on reducing proteolysis.

Die Dicklegung der Milch, ausgehend von der hydrolytischen Spaltung des κ-Caseins, stellt den ersten essentiellen Schritt in der Käseherstellung dar. Dabei finden Gerinnungsenzyme verschiedener Herkunft Anwendung, deren neueste Varianten auf Grundlage des aktuellen Forschungsstandes umfassend charakterisiert werden. Verschiedene Kälberlabpräparate, mikrobielle Gerinnungsenzyme aus Rhizomucor miehei und mit Hilfe von gentechnisch modifizierten Mikroorganismen gewonnenes Chymosin (FPC) aus Rind und Kamel werden mittels HPLC und Elektrophorese hinsichtlich ihrer Zusammensetzung analysiert. Die neueste Generation mikrobieller Enzyme weist im Gegensatz zur herkömmlichen Variante keine Nebenkomponenten und damit einen höheren Aufreinigungsgrad auf. Die unspezifische proteolytische Aktivität wird durch fluorimetrische Quantifizierung der in 12 % TCA löslichen Stickstoffkomponenten bestimmt, die nach Inkubation rekonstituierter Magermilch bei 32 °C und pH 6,5 über 24 h mit den Enzymen freigesetzt werden. Mikrobielle Gerinnungsenzyme besitzen eine signifikant höhere unspezifische proteolytische Aktivität gegenüber chymosinbasierten Präparaten, deren Auswirkung sich bei Erhöhung der zugegebenen Enzymmenge besonders ausgeprägt darstellen. Oszillationsrheometrische Analysen lassen bei gleicher Enzymaktivität eine geringere Gelfestigkeit nach 40 min bei Einsatz von mikrobiellen Präparaten im Vergleich zu Kälberlab und bovinem FPC erkennen. Zusätzlich wird eine Abhängigkeit der Flockungszeit und der Gelfestigkeit vom eingesetzten Substrat beobachtet, die für Chymosin aus Kamel besonders stark ausgeprägt ist. Die Substratspezifität dieses Enzyms ist weder mit der des bovinen Chymosins noch mit der der mikrobiellen Gerinnungsenzyme identisch. Im Rahmen von Käsungsversuchen im Labor-, Pilot- und Industriemaßstab wird eine signifikant höhere Käseausbeute (0,50 - 1,19 %) bei Verwendung vom traditionellem Kälberlab im Vergleich zur neuesten Generation der kommerziellen mikrobiellen Substitute ermittelt. Im Verlaufe der Reifung von Schnittkäse wird durch mikrobielles Gerinnungsenzym gegenüber Kälberlab eine signifikant höhere Menge an Nichtproteinstickstoff freigesetzt sowie ein unterschiedliches Profil an Proteinabbauprodukten gebildet. Die höhere proteolytische Aktivität resultiert in einer signifikant stärker ausgeprägten Bitterkeit der mit mikrobiellem Gerinnungsenzym hergestellten Käse nach 12 Wochen Reifungszeit. / Clotting of milk caused by hydrolytic cleavage of κ-casein is the first important step in cheese milk processing. This cleavage is caused by clotting enzymes of different origin, which are comprehensively characterized by considering results of latest investigations. The composition of selected calf rennets, microbial coagulants derived from Rhizomucor miehei and genetically engineered chymosin (FPC) derived from cow and camel is analyzed by HPLC and electrophoresis. In contrast to conventional products, the latest generation of microbial coagulants does not show minor components in a detectable amount because of a sufficient purification. The unspecific proteolytic activity is determined by fluorimetric quantification of 12 % tricloric-acid-soluble nitrogen, which is released by the enzymes from reconstituted skim milk, pH 6.5, after incubation at 32 °C for 24 h. Microbial coagulants show a significantly higher unspecific proteolysis as compared to chymosin-based clotting enzymes, especially when the enzymes are added in amount higher than used during cheese-making. Small amplitude oscillation rheometry analysis showed a lower gel firmness after 40 min of gelling when microbial coagulants were applied instead of calf rennet or FPC. Furthermore, flocculation time, gel formation time and gel firmness additionally depends on the test substrate, and this dependency is exceptionally pronounced when camel chymosin was used. The substrate specificity of this enzyme is neither identical to that of bovine chymosin nor to that of microbial coagulants. Cheese making experiments in laboratory-, pilot- and commercial-scale revealed a significantly higher cheese yield (0.50 - 1.19 %) when using calf rennet instead of microbial coagulant of the latest generation. During ripening of semi-hard cheese a higher amount of non-protein-nitrogen was released and a different electrophoretic casein degradation profile was generated when using microbial enzymes. Enhanced proteolysis is responsible for a significantly higher pronounced bitterness of microbial produced cheese after 12 weeks of maturation.

München, Techn. University, Diss., 2005.

Die Dicklegung der Milch, ausgehend von der hydrolytischen Spaltung des κ-Caseins, stellt den ersten essentiellen Schritt in der Käseherstellung dar. Dabei finden Gerinnungsenzyme verschiedener Herkunft Anwendung, deren neueste Varianten auf Grundlage des aktuellen Forschungsstandes umfassend charakterisiert werden. Verschiedene Kälberlabpräparate, mikrobielle Gerinnungsenzyme aus Rhizomucor miehei und mit Hilfe von gentechnisch modifizierten Mikroorganismen gewonnenes Chymosin (FPC) aus Rind und Kamel werden mittels HPLC und Elektrophorese hinsichtlich ihrer Zusammensetzung analysiert. Die neueste Generation mikrobieller Enzyme weist im Gegensatz zur herkömmlichen Variante keine Nebenkomponenten und damit einen höheren Aufreinigungsgrad auf. Die unspezifische proteolytische Aktivität wird durch fluorimetrische Quantifizierung der in 12 % TCA löslichen Stickstoffkomponenten bestimmt, die nach Inkubation rekonstituierter Magermilch bei 32 °C und pH 6,5 über 24 h mit den Enzymen freigesetzt werden. Mikrobielle Gerinnungsenzyme besitzen eine signifikant höhere unspezifische proteolytische Aktivität gegenüber chymosinbasierten Präparaten, deren Auswirkung sich bei Erhöhung der zugegebenen Enzymmenge besonders ausgeprägt darstellen. Oszillationsrheometrische Analysen lassen bei gleicher Enzymaktivität eine geringere Gelfestigkeit nach 40 min bei Einsatz von mikrobiellen Präparaten im Vergleich zu Kälberlab und bovinem FPC erkennen. Zusätzlich wird eine Abhängigkeit der Flockungszeit und der Gelfestigkeit vom eingesetzten Substrat beobachtet, die für Chymosin aus Kamel besonders stark ausgeprägt ist. Die Substratspezifität dieses Enzyms ist weder mit der des bovinen Chymosins noch mit der der mikrobiellen Gerinnungsenzyme identisch. Im Rahmen von Käsungsversuchen im Labor-, Pilot- und Industriemaßstab wird eine signifikant höhere Käseausbeute (0,50 - 1,19 %) bei Verwendung vom traditionellem Kälberlab im Vergleich zur neuesten Generation der kommerziellen mikrobiellen Substitute ermittelt. Im Verlaufe der Reifung von Schnittkäse wird durch mikrobielles Gerinnungsenzym gegenüber Kälberlab eine signifikant höhere Menge an Nichtproteinstickstoff freigesetzt sowie ein unterschiedliches Profil an Proteinabbauprodukten gebildet. Die höhere proteolytische Aktivität resultiert in einer signifikant stärker ausgeprägten Bitterkeit der mit mikrobiellem Gerinnungsenzym hergestellten Käse nach 12 Wochen Reifungszeit. / Clotting of milk caused by hydrolytic cleavage of κ-casein is the first important step in cheese milk processing. This cleavage is caused by clotting enzymes of different origin, which are comprehensively characterized by considering results of latest investigations. The composition of selected calf rennets, microbial coagulants derived from Rhizomucor miehei and genetically engineered chymosin (FPC) derived from cow and camel is analyzed by HPLC and electrophoresis. In contrast to conventional products, the latest generation of microbial coagulants does not show minor components in a detectable amount because of a sufficient purification. The unspecific proteolytic activity is determined by fluorimetric quantification of 12 % tricloric-acid-soluble nitrogen, which is released by the enzymes from reconstituted skim milk, pH 6.5, after incubation at 32 °C for 24 h. Microbial coagulants show a significantly higher unspecific proteolysis as compared to chymosin-based clotting enzymes, especially when the enzymes are added in amount higher than used during cheese-making. Small amplitude oscillation rheometry analysis showed a lower gel firmness after 40 min of gelling when microbial coagulants were applied instead of calf rennet or FPC. Furthermore, flocculation time, gel formation time and gel firmness additionally depends on the test substrate, and this dependency is exceptionally pronounced when camel chymosin was used. The substrate specificity of this enzyme is neither identical to that of bovine chymosin nor to that of microbial coagulants. Cheese making experiments in laboratory-, pilot- and commercial-scale revealed a significantly higher cheese yield (0.50 - 1.19 %) when using calf rennet instead of microbial coagulant of the latest generation. During ripening of semi-hard cheese a higher amount of non-protein-nitrogen was released and a different electrophoretic casein degradation profile was generated when using microbial enzymes. Enhanced proteolysis is responsible for a significantly higher pronounced bitterness of microbial produced cheese after 12 weeks of maturation.

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Das Enzym 11beta-HSD1 stellt im intrazellulären Glucocorticoidstoffwechsel eine wichtige Prärezeptorkontrolle dar. Es reguliert die intrazelluläre Cortisolkonzentration durch die enzymatische Umwandlung des aus dem Blutkreislauf aufgenommenen und hormonell inaktiven Cortisons zum aktiven Cortisol. Die Bedeutung einer erhöhten 11beta-HSD1 Expression und Aktivität bei der Entstehung von Übergewicht und Insulinresistenz wurde bisher vorwiegend in Leber und Fettgewebe untersucht und nachgewiesen. Wenig erforscht sind die Funktionen der 11beta-HSD1 im Muskelgewebe. In dieser Arbeit wurde die Funktion und Regulation der 11beta-HSD1 im Skelettmuskel mithilfe der murinen Skelettmuskelzelllinie C2C12 und primärer humaner Myoblasten untersucht. Es konnte demonstriert werden, dass die 11beta-HSD1 in Abhängigkeit des Differenzierungsgrades exprimiert wird und als Oxo-Reduktase aktiv ist, sowie selbst einen Regulator der Differenzierung darstellt. Es zeigte sich ein Feed-Forward-Mechanismus des Cortisons, das die 11beta-HSD1 in den Skelettmuskelzellen akut und chronisch induzierte, sowie eine gleichzeitige Veränderung der GRalpha- und MRalpha-Expressionen gegenregulatorisch zur 11beta-HSD1. Die Daten aus der Mauszelllinie konnten zum größten Teil in primären humanen Myoblasten bestätigt werden. Zudem konnten mehrere Transkriptionsfaktoren wie CREB, Myogenin und MEF-2c identifiziert werden, die in den verschiedenen Phasen der Differenzierung unterschiedliche Relevanz für die Regulation der 11beta-HSD1 Promotoraktivität hatten. Des Weiteren wurden die Proteolyserate und die Expression der E3-Ubiquitin-Ligasen Atrogin-1 und MuRF-1 11beta-HSD1-abhängig durch Cortison induziert. Trotz alledem führte eine Langzeit-Stimulation mit Cortison zu einer 11beta-HSD1-abhängigen Induktion der Differenzierung mit einer Veränderung der Muskelfasertypen in Richtung langsam-zuckender Muskelfasern, was eine Bedeutung für das klinische Bild der glucocorticoid-induzierten Muskelatrophie haben kann. / The enzyme 11beta-HSD1 functions as an important pre-receptor control of intracellular glucocorticoid action regulating the intracellular cortisol concentration by enzymatic conversion of the hormonal inactive cortisone up-taken from blood circulation to the active cortisol. A pivotal role of an increased 11beta-HSD1 expression and activity for the development of overweight and insulin resistance has been analysed and demonstrated particularly in liver and adipose tissue. However, the functions of 11beta-HSD1 in skeletal muscle tissue are rarely investigated. For analysis of function and regulation of the 11beta-HSD1 in skeletal muscle the murine skeletal muscle cell line C2C12 as well as primary human myoblasts from healthy volunteers were used. 11beta-HSD1 was shown to be expressed and functionally active as oxo-reductase in human and murine skeletal muscle cells dependent on the differentiation but as well to function as a regulator of differentiation itself. The stimulation experiments revealed a feed-forward-mechanism of cortisone that induced 11beta-HSD1 acutely and chronically. Concurrently, GRalpha and MRalpha were expressed contra-regulatory to 11beta-HSD1. For the most part these data were confirmed in human primary myoblasts. Several transcription factors as CREB, Myogenin and MEF-2c were identified having different relevance for regulation of 11beta-HSD1 promoter activity during the different phases of differentiation. Furthermore, treatment with cortisone increased protein degradation and expression of the two E3-ubiquitin-ligases Atrogin-1 and MuRF-1 in an 11beta-HSD1-dependent way. Nonetheless, a long-term stimulation by cortisone revealed an 11beta-HSD1-dependent induction of differentiation accompanied by modification of muscle fiber type composition towards slow-twitch muscle fibers that may play a role for the clinical picture of glucocorticoid-induced muscle atrophy.

Die meisten Cyanobakterien und Chloroplasten von Rotalgen verfügen über Phycobilisomen, große lichtsammelnde Multiproteinkomplexe, die an der cytoplasmatischen Seite der Thylakoidmembran gebunden vorliegen. Unter stickstofflimitierten Bedingungen werden die Phycobilisomen proteolytisch abgebaut. Dieser Prozess schützt vor Fotoschäden unter den gegebenen Stressbedingungen und liefert gleichzeitig einen großen Vorrat an Stickstoff enthaltenden Substanzen. Das Gen nblA, welches in allen Phycobilisomen enthaltenden Organismen vorkommt, kodiert für ein Polypeptid von ungefähr 7 kDa, das eine Schlüsselrolle im Abbau der Phycobilisomen einnimmt. Die Wirkungsweise von NblA dabei wird jedoch bisher kaum verstanden. Ein Selenomethioninderivat von NblA des filamentösen Cyanobakteriums Anabaena sp. PCC 7120 wurde in Escherichia coli rekombinant hergestellt, gereinigt und kristallisiert. Die Röntgenkristallstruktur von NblA wurde mithilfe der single-wavelength anomalous dispersion-Methode bis zu einer Auflösung von 1,8 Angstrom bestimmt. Das finale Modell verfügt über einen kristallographischen R-Wert von 18,2% und einen freien R-Wert von 21,7%. Das kleine NblA-Protein von 65 Aminosäuren besteht aus zwei alpha-Helices, die in einem ca. 37°-Winkel in einer antiparallelen, V-förmigen Anordnung zueinander stehen. Zwei dieser Monomere bilden die grundlegende strukturelle Einheit von NblA, ein vier-Helix-Bündel, bei dem sich die Spitzen der "Vs" auf der gleichen Seite des Dimers überlagern und über eine nicht-kristallographische zweizählige Achse miteinander verknüpft sind. Auf der Grundlage von Bindungsstudien und der Kenntnis der NblA-Struktur konnte ein Modell für die Bindung von NblA an die Phycobilisomenstruktur postuliert werden. / Cyanobacterial light harvesting complexes, the phycobilisomes, are proteolytically degraded when the organisms are starved for combined nitrogen, a process referred to as chlorosis or bleaching. Gene nblA, present in all phycobilisome-containing organisms, encodes a protein of about 7 kDa that plays a key role in phycobilisome degradation. To gain deeper insights into the mode of action of NblA in this degradation process the crystal structure of NblA was determined and a model of its binding to phycobilisomes was proposed. For this purpose, NblA from Anabaena sp. PCC 7120 was produced as selenomethionine NblA derivative in Escherichia coli B834 (DE3), purified and crystalized. NblA crystals grew as long, but thin rods and belong to the monoclinic space group P2(1) with cell parameters of a = 43.2 A, b = 95.9 A, c = 104.8 A and Beta = 97.0°. They contain twelve NblA monomers in the asymmetric unit. The crystal structure with a resolution of 1.8 A was determined using the single-wavelength anomalous dispersion (SAD) technique and refined to final values for Rwork and Rfree of 0.182 and 0.217, respectively. The small NblA polypeptide of 65 amino acids consists of two alpha-helices which are assembled at a ~37° angle in an antiparallel, V-shaped arrangement. Two NblA monomers form the basic structural unit of NblA, a four-helix bundle with the tips of the V superimposing on the same side of a dimer. The dimer is formed by two molecules related by a non-crystallographic dyad axis. Based on the crystal structure presented here, pull-down experiments, and peptide scan data a model of binding of NblA to phycobilisomes was proposed. Considering the entire phycobilisome structure, NblA is predicted to bind via its amino acids Leu51 and Lys53 to the trimer-trimer interface of the phycobiliprotein hexamers.

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