Quantitative Untersuchungen krankheitsspezifischer oder krankheitsassoziierter metabolischer Signaturen in humanen Körperflüssigkeiten („Clinical Metabolomics“) haben zum Ziel neue Ansätze für diagnostische oder therapeutische Konzepte zu entwickeln. Die simultane quantitative Analytik von Aminosäuren (AS) und Acylcarnitinen (AC) mittels Tandem-Massenspektrometrie (MS/MS) ermöglicht die Erfassung wichtiger Stoffwechselwege des humanen Metabolismus. Hierzu zählen der Stoffwechsel der ketogenen AS, des Harnstoffzyklus oder der β-Oxidation langkettiger Fettsäuren. Allerdings wird die Konzentration der verschiedenen metabolischen Parameter in humanen Körperflüssigkeiten durch eine Vielzahl präanalytischer in vitro Störfaktoren und in vivo Einflussgrößen beeinflusst. Diese können zu signifikanten Veränderungen der Laborergebnisse führen. Im Rahmen meiner Promotionsarbeit wurden in vitro Störfaktoren (Probenmaterial, Lagerung u. a.) und in vivo Einflussgrößen (Ernährung, physische Aktivität) untersucht und ein standardisiertes Präanalytik-Protokoll entwickelt. Dazu wurden pro Probe 3 µL Trockenblut (TB), 10 µL Serum oder Plasma nach Butylierung mittels Elektrospray-Ionisations-MS/MS analysiert und jeweils 26 AS und 35 AC in 1,5 Minuten simultan bestimmt. Als Ergebnis der zahlreichen systematischen Präanalytik-Untersuchungen konnten signifikante Konzentrationsunterschiede der Metabolite zwischen kapillärer und venöser Blutentnahme sowie in Abhängigkeit des Hämatokrits gefunden werden. Im Vergleich zu Serum und antikoaguliertem Plasma (EDTA, Citrat, Heparin) waren die Konzentrationen der langkettigen AC im TB 5-fach höher. Nahrungsaufnahme und körperliche Aktivität führten ebenfalls zu signifikanten Veränderungen der AS- und AC-Konzentrationen. Durch Optimierung des Probenaufarbeitungsprotokolls konnte die Variabilität zwischen den Messtagen für 17 AS und 6 AC auf < 20 % gesenkt werden. Die Ergebnisse meiner Promotionsarbeit unterstreichen den Einfluss präanalytischer Faktoren auf die Metabolomanalytik. Durch Etablierung und Einhaltung standardisierter präanalytischer Protokolle kann die präanalytische Varianz der Ergebnisse deutlich verringert werden. Sie stellen somit eine wichtige Voraussetzung für eine qualitativ hochwertige Metabolomanalytik im Rahmen klinischer Studien zur Identifizierung neuer Biomarker dar.

The human diet of the local population in the province Uíge, Angola mainly consists of carbohydrate rich plants originating from America or Asia. Acidic soils lead to various deficiency syndromes and low livestock yield. The aim of this study is to evaluate the nutritional potential of 14 native plants from Africa (Aframomum alboviolaceum, Aframomum angustifolium, Aframomum giganteum, Antidesma venosum, Clitandra cymulosa, Landolphia buchananii, Landolphia lanceolata, Landolphia owariensis, Oncoba welwitschii, Parinari capensis, Piper umbellatum, Pseudospondias microcarpa, Tristemma mauritianum, Vitex madiensis subsp. madiensis). The amino acid composition, beta-carotene, vitamin B1, B2, C and E content was determined for the respective edible plant part. Fruits of P. capensis were found to be rich in beta-carotene. The pulp of O. welwitschii shows a high nutritional value (high in vitamin B1, B2, C, E and in indispensable amino acids). Leaves of P. umbellatum are determined as convenient substitutes for the human nutrition containing beta-carotene, vitamin B1, B2, C and E. The integration and cultivation of studied plants indicate positive health effects, supplying different amounts of frequently lacking vitamins and beneficial ratios of indispensable amino acids. Studies examining dependencies between site location, ripeness, storage or transportation are urgently needed as they directly influence the micronutrient content.

Ausgangspunkte der vorliegenden Arbeit waren stereoselektive Synthesen von Reissert-Verbindungen über chirale N-Acylisochinoliniumsalze. Es galt die Konfiguration der erhaltenen Produkte zu beweisen und deren Synthesepotential zu erforschen. Ein Ziel dieser Arbeit war es, weiterführende Reaktionen für die Synthese von alkaloidanalogen Substanzen zu entwickeln. Es gelang, die Reissert-Reaktion mit Chlorameisensäurementhylester erfolgreich auf andere Heterocyclen als Isochinolin auszudehnen. Die Annahme eine stereoselektiven Verlaufes mußte korrigiert werden. Das Reissert-Produkt konnte mit einer großen Anzahl von Alkylhalogeniden in 1-Position alkyliert werden. Die Cyanogruppe konnte in zwei Verfahren abgewandelt werden. Die Behandlung des Reissert-Produktes und der alkylierten Verbindungen mit Säuren, Halogen und Grignard-Reagenzien führte zu verschiedenen interessanten Cyclisierungen. Es gelang, die Reissert-Reaktion auf elektronenreiche Aromaten und metallorganische Reagenzien als Nucleophile zu erweitern. Es gelang eine asymmetrische C-C-Knüpfung mit Zink-Nucleophilen sowie Grignard-Verbindungen. 4-Bromsubstituierte Mannich-Produkte konnten erfolgreich in einer Suzuki-Kupplung zu 4-arylsubstituierten Isochinolinaddukten umgesetzt werden. Es gelang die Hydrierung der Enamindoppelbindung und die Abspaltung des chiralen Auxiliars auf zwei verschiedenen Wegen. Während Additionsreaktionen an die 1-Position von 2-Menthyloxcarbonylisochinoliniumsalzen im wesentlichen nicht stereoselektiv verliefen, konnte beim Einsatz von geschützten Aminosäurefluoriden als chirale Auxiliare Diastereoselektivitäten bis zu 6:1 erzielt werden. Der Einsatz der elektronenreichen Aromaten als Nucleophile führte zu Mannich-Produkten in guten Ausbeuten. Auch der Einsatz von Grignard-Reagenzien als Nucleophile konnte erfolgreich getestet werden. Hiermit ist die erste stereoselektive Addition von elektronenreichen Aromaten an cyclische Iminiumsalze gelungen. / Starting points of the present work were stereoselective syntheses of Reissert compounds about chiral N-acylisoquinoliniumsalts. It was a matter of proving the configuration of the preserved products and of investigating synthesis potential. A purpose of this work was to develop continuing reactions for the synthesis of alkaloide-analogous substances. One succeeded in expanding the Reissert reaction with menthylchloroformat successfully to other heterocycles than isoquinoline. The acceptance a stereoselective course had to be corrected. The Reissert product could be alkylated with a big number of alkylhalides in 1 position. The Cyanogroup could be modified in two procedures. The treatment of the Reissert product and the alkylated compounds with acids, halogens and Grignard reagents led to different interesting cyclisations. One succeeded in extending the Reissert reaction to electronrich aromatic and heteroaromatic compounds and metal-organic reagents as nucleophiles. An asymmetrical C-C-bondformation with Zink-nucleophiles as well as Grignard compounds succeeded. 4-Bromine-substituted Mannich products could be transformed successfully in a Suzuki coupling to 4-arylsubstituted isoquinolineadducts. The hydrogenation of the enamindoublebond and the splitting off chirale auxiliary on two different ways succeeded. While addition reactions ran to the 1 position of 2-Menthyloxcarbonylisoquinoliniumsalts basically not stereoselectively, could be achieved by the application by protected Aminosäurefluoriden as chirale auxiliaries slide stereo selectivities up to 6:1. The application of the electronrich aromatics as nucleophiles led to Mannich products in good exploiting. Also the application of Grignard reagents as nucleophiles could be tested successfully. Herewith the first stereoselective addition from electronrich aromatics to cyclic iminiumsalts has succeeded.

The purpose of this study was the investigation of several transport systems expressed at the BBB. The identification and functional characterization of such transport systems is essential to provide a basis for strategies to regulate drug disposition into the brain. Immortalized rat brain endothelial cells (RBE4 cells) have been used in this study as an in vitro model of the BBB. The present study has shown that the RBE4 cells are a suitable model of the BBB for transporter studies. These cells do express the amino acid transport systems L and y+, which are known to be present at the BBB. The uptake of L-tryptophan, a neutral amino acid transported by system L, exhibited a half saturation constant (Kt) of 31 µM and a maximal velocity rate (Vmax) of about 1 nmol/mg/min in RBE4 cells. The kinetic constants of the L-arginine uptake, representing system y+ transport activity, into RBE4 cells were determined with a Kt value of about 55 µM and a Vmax of 0.56 nmol/mg/min. Furthermore the expression of two sodium dependent transporters, the 5-HT transporter (SERT) and the organic cation/carnitine transporter OCTN2, was shown at the RBE4 cells. Uptake studies with radiolabeled 5-HT exhibited a saturable, sodium dependent transport at RBE4 cells with a Kt value of about 0.40 µM and a Vmax of about 52 fmol/mg/min. L-carnitine and TEA (tetraethylammonium) are known to be transported by the OCTN2 transporter. The uptake of L-carnitine into RBE4 cells was shown to be sodium dependent and saturable with a Kt value of 54 µM and a maximal velocity of about 3.6 pmol/mg/min. In contrast, the organic cation TEA follows a sodium independent uptake mechanism at RBE4 cells. Also a sodium independent choline uptake into the cells was discovered but the molecular identity remained unknown. This saturable choline transport exhibited a Kt value of about 22 µM and a maximal velocity of about 52 pmol/mg/min.

The purpose of this study was the investigation of several transport systems expressed at the BBB. The identification and functional characterization of such transport systems is essential to provide a basis for strategies to regulate drug disposition into the brain. Immortalized rat brain endothelial cells (RBE4 cells) have been used in this study as an in vitro model of the BBB. The present study has shown that the RBE4 cells are a suitable model of the BBB for transporter studies. These cells do express the amino acid transport systems L and y+, which are known to be present at the BBB. The uptake of L-tryptophan, a neutral amino acid transported by system L, exhibited a half saturation constant (Kt) of 31 µM and a maximal velocity rate (Vmax) of about 1 nmol/mg/min in RBE4 cells. The kinetic constants of the L-arginine uptake, representing system y+ transport activity, into RBE4 cells were determined with a Kt value of about 55 µM and a Vmax of 0.56 nmol/mg/min. Furthermore the expression of two sodium dependent transporters, the 5-HT transporter (SERT) and the organic cation/carnitine transporter OCTN2, was shown at the RBE4 cells. Uptake studies with radiolabeled 5-HT exhibited a saturable, sodium dependent transport at RBE4 cells with a Kt value of about 0.40 µM and a Vmax of about 52 fmol/mg/min. L-carnitine and TEA (tetraethylammonium) are known to be transported by the OCTN2 transporter. The uptake of L-carnitine into RBE4 cells was shown to be sodium dependent and saturable with a Kt value of 54 µM and a maximal velocity of about 3.6 pmol/mg/min. In contrast, the organic cation TEA follows a sodium independent uptake mechanism at RBE4 cells. Also a sodium independent choline uptake into the cells was discovered but the molecular identity remained unknown. This saturable choline transport exhibited a Kt value of about 22 µM and a maximal velocity of about 52 pmol/mg/min.

Die Schwammskelette der Ordnung Verongida zeichnen sich durch das Fehlen mineralischer Komponenten aus. Stattdessen bestehen sie aus Spongin, einem kollagenartigen Protein, und Chitin. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden die aus solch einem Chitin-Protein-Komplex bestehenden Skelette der Schwammspezies Aplysina cavernicola und Ianthella basta aus der Ordnung Verongida untersucht. Aufgrund ihrer morphologischen Unterschiede wurde für jede Schwammart eine eigene Methode zur Isolierung der Schwammskelette entwickelt. Die isolierten Skelette konnten anschließend mit verschiedenen Methoden wie REM, ATR-FTIR-Spektroskopie und NMR-Spektroskopie charakterisiert werden. Weiterhin wurde eine Methode zur Extraktion und Analyse der in den Skeletten befindlichen Aminosäuren mittels GC-MS entwickelt. Die Untersuchungen zeigten deutlich, dass es sich bei Spongin um ein kollagenartiges und halogeniertes Protein handelt, welches je nach Schwammart Unterschiede in der Aminosäurezusammensetzung aufweist. Darüber hinaus gelang es zum ersten Mal das Chitin aus dem Chitin-Protein-Komplex mittels Phosphorsäure zu entfernen. Aus den gewonnenen Erkenntnissen konnte abschließend ein Modell zum Aufbau des Chitin-Protein-Komplexes in der Schwammspezies Aplysina cavernicola entwickelt werden.

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Die Adsorption von Additiven an den Oberflächen eines Kristallisates wird als eine hauptsächliche Ursache für die Beeinflussung von Kristallwachstum und Morphologie angesehen und spielt bei vielen Kristallisationsprozessen eine entscheidende Rolle. Gerade für die Calciumsulfate, die im Millionen-Tonnen-Maßstab jährlich in Deutschland verarbeitet werden, stellt der Additiv-Einsatz einen Hauptkostenfaktor dar, während gleichzeitig die Additivwirkung mechanistisch nicht ausreichend gut verstanden und damit derzeit nicht vorhersagbar ist. Zur Erlangung eines besseren Verständnisses wurden mit Hilfe von molekulardynamischen Computersimulationen die Prozesse in den Grenzflächen zwischen festen Calciumsulfaten und wässriger Additivlösung auf atomarer Ebene analysiert. Wesentlicher Untersuchungsschwerpunkt war dabei die Rolle des polaren Lösungsmittels Wasser auf die Wechselwirkung zwischen verschiedenen ionischen Additivspezies und den Salzkristallen.

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