Systeme von Vorlandbecken repräsentieren bedeutende geologische Archive und dienen dem Verständnis von Rückkopplungen zwischen oberflächennahen und tektonischen Prozessen. Außerdem dokumentieren sie die Entwicklung unmittelbar angrenzender Bergketten. Die sedimentären Abfolgen in Vorlandbecken reflektieren das Gleichgewicht zwischen tektonischer Subsidenz, der Bildung langzeitlichen Akkommodationsraumes und des Sedimenteintrages, welcher wiederum die Wirksamkeit von Erosions- und Massenneuverteilungsprozessen wiederspiegelt. Um die Effekte von Klima und Tektonik in einem solchen System zu erforschen, untersuchte ich die Oligo-Miozänen Sedimente in den Vorlandbecken der südlichen Elburs Bergkette, einem intrakontinentalen Gebirge in Nord-Iran, das im Zuge der Arabisch-Eurasischen Kontinent-Kollision herausgehoben wurde. In dieser Studie der Vorlandbeckensedimente wurden Datierungstechniken angewandt (40Ar/39Ar, (U-Th)/He Thermochronologie und Magnetostratigraphie), die Sedimente und deren Herkunft analysiert und die Tonmineralogie, sowie Sauerstoff- und Kohlenstoffisotope untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass auf einer Zeitskala von 105 bis 106 Jahren eine systematische Korrelation zwischen „coarsening upward“ Zyklen und den sedimentären Akkumulationsraten besteht. Während sukzessiver Überschiebungsphasen werden die durch Hebung der Bergkette bereitgestellten groben Kornfraktionen in proximale Bereiche des Beckens geliefert und feinkörnige Fazies in distalen Beckenregionen abgelagert. Variationen in der Sedimentherkunft in Phasen größerer tektonischer Aktivität zeugen von erosionaler Abdeckung und/oder der Umorganisation natürlicher Entwässerungsstrukturen. Außerdem zeigen die Untersuchungen an stabilen Isotopen, dass die verstärkte tektonische Aktivität das Anwachsen der Topographie förderte und damit die Wirksamkeit einer topographischen Barriere erhöhte. Wenn aufgrund nachlassender Beckenabsenkung die grobe Kornfraktion nicht vollständig im Nahbereich des Beckens aufgenommen werden kann breitet sie sich in ferne Beckenregionen aus. Im Elburs wird die verringerte Subsidenz durch eine interne Hebung des Vorlandes hervorgerufen und ist mit einer lateralen Stapelung von Flussbetten assoziiert. Dokumentiert wird dies anhand konsequenten Schichtwachstums, tektonischer Schrägstellung und sedimentärer Umlagerung. Gleichzeitig nehmen die Sedimentationsraten zu. Die Sauerstoff-Isotope der Paläoböden zeigen, dass dieser Anstieg mit einer Phase feuchteren Klimas einhergeht, wodurch Oberflächenprozesse effizienter werden und Heraushebungssraten steigen, was eine positive Rückkopplung erzeugt. Des Weiteren zeigen die isotopischen und sedimentären Daten, dass seit 10-9 Millionen Jahren (Ma) das Klima durch saisonalen Anstieg der Niederschläge zunehmend feuchter wurde. Da bedeutende klimatische Veränderungen zu dieser Zeit auch im Mittelmeerraum und Asien beobachtet wurden, ist anzunehmen, dass die klimatische Veränderung, die im Elburs Gebirge beobachtet wird, höchstwahrscheinlich Änderungen der atmosphärischen Zirkulationen der nördlichen Hemisphäre reflektiert. Aus den Ergebnissen dieser Studie lassen sich zusätzliche Implikationen für die Entwicklung des Elburs Gebirges und die Arabisch-Eurasische kontinentale Kollisionszone ableiten. Die orogen-weite Hauptdeformation propagierte nicht gleichmäßig nach Süden, sondern seit dem Oligozän schrittweise vorwärts und rückwärts. Insbesondere von ~17,5 bis 6,2 Ma wurde das Gebirge durch eine Kombination aus frontaler Akkretion und interner Keildeformation in Schritten von 0,7 bis 2 Millionen Jahren herausgehoben. Darüber hinaus deuten die Sedimentherkunftsdaten darauf hin, dass sich noch vor 10-9 Ma die Haupteinengungsrichtung von NW-SE nach NNE-SSW veränderte. Regional erlaubt die Geschichte der untersuchten Becken und angrenzenden Gebirgszüge Rückschlüsse auf ein neues geodynamisches Model zur Entwicklung der Arabisch-Eurasischen kontinentalen Kollisionszone. Zahlreiche Sedimentbecken des Elburs Gebirges und anderer Lokalitäten der Arabisch-Eurasischen Deformationszone belegen einen Wechsel von einem tensionalen zu einem kompressionalen tektonischen Regime vor ~36 Ma . Dieser Wechsel könnte den Beginn der Subduktion von gedehnter arabischer kontinentaler Lithosphäre unter Zentral-Iran bedeuten, was zu einer moderaten Plattenkopplung und Deformation von Unter- sowie Oberplatte geführt hat. Der Anstieg der Deformationsraten im südlichen Elburs Gebirge seit ~17,5 Ma lässt vermuten, dass die Oberplatte, wahrscheinlich aufgrund steigender Plattenkopplung, seit dem frühen Miozän signifikant deformiert wurde. Diese Veränderung könnte der Subduktion mächtigerer arabischer kontinentaler Lithosphäre zugeschrieben werden und den Anfang echter kontinentaler Kollision bedeuten. Dieses Model erklärt daher die Zeitverzögerung zwischen der Initiation der Arabisch-Eurasischen kontinentalen Kollision (Eozän-Oligozän) and dem Beginn ausgedehnter Deformation in der Kollisionszone (Miozän). / Foreland-basin systems are excellent archives to decipher the feedbacks between surface and tectonic processes in orogens. The sedimentary architecture of a foreland-basin system reflects the balance between tectonic subsidence causing long-term accommodation space and sediment influx corresponding to efficiency of erosion and mass-redistribution processes. In order to explore the effects of climatic and tectonic forcing in such a system, I investigated the Oligo-Miocene foreland-basin sediments of the southern Alborz mountains, an intracontinental orogen in northern Iran, related to the Arabia-Eurasia continental collision. This work includes absolute dating methods such as 40Ar/39Ar and zircon (U-Th)/He thermochronology, magnetostratigraphy, sedimentological analysis, sandstone and conglomerate provenance study, carbon and oxygen isotope analysis, and clay mineralogy study. Results show a systematic correlation between coarsening-upward cycles and sediment accumulation rates in the basin on 105 to 106yr time scales. During thrust loading phases, the coarse-grained fraction supplied by the uplifting range is stored in the proximal part of the basin (sedimentary facies retrogradation), while fine-grained sediments are deposited in distal sectors. Variations in sediment provenance during these phases of enhanced tectonic activity give evidence for erosional unroofing phases and/or drainage-reorganization events. In addition, enhanced tectonic activity promoted the growth of topography and associated orographic barrier effects, as demonstrated by sedimentologic indicators and the analysis of stable C and O isotopes from calcareous paleosols and lacustrine/palustrine samples. Extensive progradation of coarse-grained deposits occurs during phases of decreased subsidence, when the coarse-grained fraction supplied by the uplifting range cannot be completely stored in the proximal part of the basin. In this environment, a reduction in basin subsidence is associated with laterally stacked fluvial channel deposits, and is related to intra-foreland uplift, as documented by growth strata, tectonic tilting, and sediment reworking. Increase in sediment accumulation rate associated with progradation of vertically-stacked coarse-grained fluvial channels also occurs. Paleosol O-isotope data shows that this increase is related to wetter climatic phases, suggesting that surface processes are more efficient and exhumation rates increase, giving rise to a positive feedback. Furthermore, isotopic and sedimentologic data show that starting from 10-9 Ma, climate became less arid with an increase in seasonality of precipitation. Because important changes were also recorded in the Mediterranean Sea and Asia at that time, the evidence for climatic variability observed in the Alborz mountains most likely reflects changes in Northern Hemisphere atmospheric circulation patterns. This study has additional implications for the evolution of the Alborz mountains and the Arabia-Eurasia continental collision zone. At the orogenic scale, the locus of deformation did not move steadily southward, but stepped forward and backward since Oligocene time. In particular, from ~ 17.5 to 6.2 Ma the orogen grew by a combination of frontal accretion and wedge-internal deformation on time scales of ca. 0.7 to 2 m.y. Moreover, the provenance data suggest that prior to 10-9 Ma the shortening direction changed from NW-SE to NNE-SSW, in agreement with structural data. On the scale of the entire collision zone, the evolution of the studied basins and adjacent mountain ranges suggests a new geodynamic model for the evolution of the Arabia-Eurasia continental collision zone. Numerous sedimentary basins in the Alborz mountains and in other locations of the Arabia-Eurasia collision zone record a change from a tensional (transtensional) to a compressional (transpressional) tectonic setting by ~ 36 Ma. I interpret this to reflect the onset of subduction of the stretched Arabian continental lithosphere beneath central Iran, leading to moderate plate coupling and lower- and upper-plate deformation (soft continental collision). The increase in deformation rates in the southern Alborz mountains from ~ 17.5 Ma suggests that significant upper-plate deformation must have started by the early Miocene most likely in response to an increase in degree of plate coupling. I suggest that this was related to the subduction of thicker Arabian continental lithosphere and the consequent onset of hard continental collision. This model reconciles the apparent lag time of 15-20 m.y between the late Eocene to early Oligocene age for the initial Arabia-Eurasia continental collision and the onset of widespread deformation across the collision zone to the north in early to late Miocene time.

In der Pathogenese der hepatischen Enzephalopathie nimmt die systemische Hyperam-moniämie eine zentrale Stellung ein. Es konnte kürzlich gezeigt werden, dass der Dünndarm in der postprandialen Hyperammoniämie bei Patienten mit Leberzirrhose eine wichtige Rolle spielt. Somit wird das über die Pfortader der Leber zugeführte Ammonium nicht ausschließlich von Bakterien im Kolon produziert, sondern entstammt in relevanter Menge, beim Versuchstier zu etwa 50%, dem Glutaminstoffwechsel der Dünndarmmukosa . Unter pathologischen Verhältnissen wie bei einer Leberzirrhose und dem Vorliegen portosystemischer Umgehungskreisläufe führt die intestinale Ammoniogenese zur systemischen Hyperammoniämie und hepatischen Enzephalopathie. Hauptziele dieser Studie waren zu untersuchen, welche Stickstoffgruppe des Glutaminmoleküls der intestinalen Ammoniogenese dient, welche Rolle die zweite Stickstoffgruppe des Glutamins spielt, welche anderen Metabolite als Produkte des intestinalen Glutaminmetabolismus entstehen. Wir untersuchten 2 Gruppen à 4 Patienten mit Leberzirrhose, bei denen zuvor ein transju-gulärer intrahepatischer portosystemischer Stent-Shunt (TIPS) angelegt worden war. Die Patienten erhielten während 240 min über eine nasoduodenale Sonde eine Nährlösung bestehend aus markiertem Glutamin, Kohlenhydraten und Fetten. Entweder die Amino- oder Amid-Gruppe des Glutamins war durch das stabile Stickstoff-Isotope (15 N) markiert. Je drei Blutentnahmen wurden aus einem arteriellen, einem Mesenterialvenen- und einem Hepatalvenenkatheter vor (-10, -5 und 0 min) und während der Nährlösungsapplikation (150, 195 und 240 min) entnommen. Die Messung der quantitativen Ammoniumkonzentration erfolgte enzymatisch. Die Aminosäurenkonzentrationen wurde mittels HPLC bestimmt. Die Anreicherung des markierten Stickstoffs im Ammonium und in den Aminosäuren erfolgte mittels GC-MS. Der Transfer des markierten Stickstoffs aus der Amid-Gruppe des Glutamins auf das Ammonium war signifikant höher als aus der Amino-Gruppe (1.66 +/- 0.15 MPE vs 0.05 +/- 0.15 MPE). Dagegen war der Transfer auf die Amino-Gruppen anderer Aminosäuren wie Ala-nin, Serin, Glycin und Prolin nach der Applikation von Amino-markiertem Glutamin signifikant höher als der nach der Applikation von Amid-markiertem Glutamin. Aus diesen Daten kann geschlossen werden, dass das durch den Dünndarm produzierte Ammonium überwiegend aus der Deamidierung des Glutamins über die Gluaminase-Reaktion entstammt. / Systemic hyperammonemia plays a central role in the pathogenesis of the hepatic encephalopathy. Recently it could be demonstrated, that the small intestine is an important source of postfeeding hyperammonemia in patients with cirrhosis. The portal venous ammonia load forms partly, in animals up to 50 %, from glutamine metabolism in small intestine. Under pathologic conditions as in liver cirrhosis with portal-systemic shunting, however, this ammonia load causes systemic hyperammonemia. The Main goals of our study were to investigate, which nitrogen group of glutamine molecule serves the intestinal am-moniogenesis, what role the secound nitrogen group of glutamine plays, and which metabolites are produced within the intestinal glutamine metabolism. We investigate 2 Groups of 4 patients each with liver cirrhosis who had received a transjugular intrahepatic porto-systemic stent-shunt (TIPS) before. The patients got a nutrient solution containing labelled glutamine, carbohydrate and fat over 240 min via a nasoduodenal tube. The glutamine molecule was labelled on its amid or amino group respectively with the stable 15 N-isotope. Blood was taken from an arterial, a mesenterial venous and a hepatic venous catheter before (-10, -5 and 0 min) and during (150, 195 and 240 min) application of the nutrient solution. Ammonia concentrations were measured enzymatically, the concentration of the amino acids by HPLC. The enrichment of the labelled nitrogen in ammonia and amino acids was measured by GC-MS. The amount of labelled nitrogen of the amid group which was transferred to ammonia was significantly higher than the labelled nitrogen transferred from amino group (1.66 +/- 0.15 MPE vs 0.05 +/- 0.15 MPE). In contrast the amino nitrogen was significantly transferred to the amino acids such as alanine, serine, glycine and proline. We conclude that the ammonia produced by small intestine predominantly originates from The amid nitrogen of glutamine by deamidation via glutaminase pathway.

An einer rieselfeldbürtigen Altlast werden Ausbreitungs- und Abbaumechanismen von Ammonium basierend auf hydrogeochemischen Parametern und stabilen Isotopen identifiziert und modelliert. Da das Rieselfeld seit fast 20 Jahren geschlossen ist, können auch die Dekontaminationsprozesse untersucht werden. Die Ammoniumausbreitung wird durch Kationenaustausch gesteuert, der durch Eintrag und Akkumulation von abwasserbürtigem organischem Material (OM) zusätzlich erhöht ist. Die stabilen Isotope von Ammonium und Nitrat zeigen vollständigen Abbau des reaktiv verfügbaren Ammoniums durch Nitrifikation in der aeroben Zone direkt an der Schadstoffquelle an. Das entstehende Nitrat wird abstromig durch heterotrophe Denitrifikation abgebaut. Wie die reaktive Stofftransportmodellierung zeigt, sind die am oberen Rand der Fahne im Abstrom des Rieselfeldes auftretenden erhöhten delta15N-Signaturen von Ammonium entweder auf dortige Nitrifikation oder Anammox nahe der Schadstoffquelle zurückzuführen. Das akkumulierte OM liefert durch seine Austauschwirksamkeit zusätzliches Ammonium während der Dekontaminationsphase. Andererseits ermöglicht eingelöstes DOC die Entfernung des sekundären Nitrats durch heterotrophe Denitrifikation. Sollte OM aufgebraucht werden, besteht die Gefahr der Ausbreitung von Nitrat. Sollte innerhalb der Ammoniumfahne Sulfidminerale akkumuliert worden sein, bestünde dann die Gefahr erhöhter Sulfatfrachten durch autotrophe Denitrifikation. Es kann gezeigt werden, dass mit einem reaktiven Multikomponenten-Transportmodell das Langzeitverhalten von Ammonium im Feldmaßstab besser simuliert werden kann als mit einem auf Sorptionsisothermen (Henry, Freundlich) beruhenden Transportmodell. Prognosesimulationen liefern einen deutlich längeren Dekontaminationszeitraum bei Verwendung des reaktiven Modells. Die Anwendbarkeit der Sorptionsisothermen im Feldmaßstab ist deshalb, vor allem bei der Ermittlung von Dekontaminationszeiträumen, grundsätzlich in Frage zu stellen. / Using the example of a contaminant site caused by sewage farm operation ammonium fate and attenuation are identified and modelled based upon hydrogeochemical parameters and stable isotopes. A feature of the site is the chance to investigate the decontamination processes in a contaminant source, which was closed 20 years ago. The ammonium plume migration is controlled by cation exchange, which is increased due to infiltration and accumulation of sewage based organic matter (OM). Complete nitrification of available, i.e. desorbed, ammonium in the aerobic zone directly below the sewage farm is detectable based upon stable isotopes of ammonium and nitrate. The secondary nitrate is degraded downstream the contamination source by heterotrophic denitrification. It is shown by reactive contaminant transport modelling, that increased delta15N signatures at the upper fringe of the plume downstream of the source are caused by nitrification on site or by Anammox close to the contaminant source. The exchange affecting accumulated OM cause a release of additional ammonium. On the other hand DOC dissolved from OM facilitates degradation of secondary nitrate due to heterotrophic denitrification. In the case of depleted OM the risk of nitrate migration is arising. In the case of accumulated sulphide minerals which are precipitated due to redox processes during the sewage water infiltration, there may be a risk of increased sulphate loads due to autotrophic denitrification. It can be shown that a reactive multicomponent transport model is better suited to simulate the long term migration of ammonium in field scale than a transport model based on sorption isotherms (Henry, Freundlich). With regard to the aquifer decontamination the application of the reactive transport model yields a longer future decontamination period than the simple retardation model. Hence the applicability of sorption isotherms in field scale is doubtful, especially for investigations of aquifer decontamination.

Die Entstehung von Tumoren und damit einhergehenden Veränderungen wurden insbesondere im letzten Jahrzehnt kontrovers diskutiert. Bisher standen nur wenige Datensätze mit ausreichender Datendichte zur Verfügung um eine umfassende Untersuchung der Regulation des Stoffwechsels durchzuführen. Die in dieser Arbeit zusammengefassten Projekte adressieren verschiedene Aspekte der Stoffwechselregulation und beschreiben die Verknüpfung von Zellkulturexperimenten mit innovativen Hochdurchsatz-Technologien, komplexer Datenanalyse und Computer-basierter Modellierung zur Bestimmung der Stoffwechselflüsse in eukaryotischen Zellen. Die Kombination von GC-MS und LC-MS basierten Technologien ermöglicht die quantitative Analyse des zentralen Kohlenstoffwechsels. Markierungsexperimente mit stabilen Isotopen (pSIRM) erlauben die dynamische Analyse der Stoffwechselaktivität. In verschiedenen Projekten wurden das Proteom und Metabolom von Krebszellen, humanen Stammzellen (hESCs), induzierten pluripotenten Stammzellen (iPS) und deren dazugehörigen differenzierten Vorläufer- oder Nachfolgerzellen bestimmt. Die multivariate, statistische Analyse der Daten ermöglichte die Differenzierung verschiedener Zelltypen basierend auf der Kombination aller quantitativ bestimmten Daten. Quantitative Bestimmungen der Poolgrössen, Isotopeninkorporationen, sowie der extrazellulären Raten in neuronalen, pluripotenten Vorläuferzellen (Luhmes d0) und Neuronen (Luhmes d6) ermöglichte die Bestimmung der Stoffwechselflusskarte beider Zelltypen unter Verwendung der instationären metabolischenen Flussanalyse (INST-MFA). Die Etablierung einer Qualitätskontrolle für GC-MS basierte Daten (MTXQC), sowie die Zuordnung der GC-MS Fragmente zur Molekülstruktur, ermöglichten den Ausbau des Netzwerkes des zentralen Kohlenstoffwechsels und die Implementierung der Daten für die metabolische Flussanalyse. / Metabolic reprogramming of the central carbon metabolism (CCM) is highly debated during the last decade. It describes the rearrangement of nutrient consumption for providing energy and building blocks for cellular proliferation and maintenance. So far, only sparse data are available for an in-depth analysis of metabolic reprogramming events. The herein summarised projects address metabolic programming from different perspectives and show the implementation of cell culture experiments, cutting-edge high-throughput technologies, bioinformatics, and computational modelling into one workflow providing the determination of metabolic flux maps of mammalian cells. The combination of GC-MS and LC-MS-based methodologies enable the quantitative analysis of proteins and metabolites of the CCM. Pulsed stable isotope-resolved metabolomics (pSIRM) experiments allow monitoring the fate of nutrients within the network of the CCM. The time-dependent and position-specific incorporation of carbon-13 leads to an indirect measurement of the metabolic flux, the only one functional readout of a cell. High-throughput technologies were applied in four projects to gain insights in metabolic reprogramming in cancer cell lines, human embryonic stem cells (hESCs), induced pluripotent stem (iPS) cells and their derived fibroblasts. A global principal component analysis demonstrated the discrimination of phenotypes by different classes of quantitative data. The comparison of metabolic and protein levels confirms the presence of the Warburg effect in both cell types. Though, the executing enzymes vary regarding their isoenzyme identity and expression levels. Methodological improvements provided the implementation of GC-MS derived data for INST-MFA. The mapping of GC-MS derived fragments to the molecule structure enables an extension of the CCM network. Robustness of the input data has been improved by the development of a R-scripting based quality control tool (MTXQC).

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