Theisenschlamm ist ein Abfallprodukt, welches beim langjährigen Abbau von Kupferschiefer in Mitteldeutschland entstand. Insbesondere im Mansfelder Gebiet wird die Menge an Theisenschlamm auf ca. 220 000 Tonnen geschätzt. (Roloff, P. (1999): Mansfeld. Die Geschichte des Berg- und Hüttenwesens, Verein Mansfelder Berg- und Hüttenleute e.V., Eisleben) Die vorherrschenden Elemente im Theisenschlamm sind Zink und Blei in sulfidischer Form. Theisenschlamm enthält neben toxischen Elementen wie Arsen, Antimon und Quecksilber auch für die Elektronikindustrie wichtige Elemente wie Silber, Rhenium und Germanium. (Roloff, P. (1999): Mansfeld. Die Geschichte des Berg- und Hüttenwesens, Verein Mansfelder Berg- und Hüttenleute e.V., Eisleben) Eine Rohstoffgewinnung mittels Bioleaching wird derzeit am Institut für Biowissenschaften an der TU Bergakademie untersucht. Schwefelbakterien, wie Acidithiobacillus ferrooxidans, werden dabei hinsichtlich ihrer Fähigkeit untersucht, unlösliche Erzmineralien des Theisenschlamms zu wasserlöslichen Salzen umzuwandeln. In Bezug auf die mikrobielle Laugung ist dies vor allem für das Element Schwefel interessant, da der Sulfid-Abbauweg noch weitgehend ungeklärt ist. Die Charakterisierung der Schwefelspezies des Theisenschlamms erfolgt mittels ETV-ICP-OES.:1 Theisenschlamm 1.1 Entstehung 1.2 Vorkommen 1.3 Chemische Zusammensetzung und Eigenschaften 1.4 Toxizität des Theisenschlamms und dessen Auswirkung auf die Umwelt 2 Bioleaching des Theisenschlamms 3 Messverfahren 3.1 ICP OES und ETV-ICP OES 3.2 Röntgendiffraktometrie 3.3 Thermogravimetrie 4 Methodik 4.1 Löslichkeitsversuche 4.1.1 Sequentielle Extraktion 4.1.2 Löslichkeit von Theisenschlamm in Wasser und Methanol 4.1.3 Löslichkeit von Theisenschlamm in 7 °C und 20 °C Ammoniak-Lösung 4.2 Aufschluss mit Salzsäure und Salpetersäure 4.3 Entmineralisierung 4.4 Messungen mittels ICP OES 4.5 Messungen mittels IC 4.6 Messungen mittels ETV-ICP OES 4.7 Messung mittels IR-Spektroskopie 4.8 Messung mittels Röntgendiffraktometrie 4.9 Messung mittels Thermogravimetrie 5 Ergebnisse und Diskussion 5.1 Untersuchung des unbehandelten Theisenschlamms 5.2 Untersuchung des Theisenschlamms behandelt mit Wasser 5.3 Untersuchung des Theisenschlamms behandelt mit Wasser und Methanol 5.4 Untersuchung des Theisenschlamms behandelt mit Salzsäure 5.5 Untersuchung des Theisenschlamms behandelt mit Salpetersäure 5.6 Untersuchung des Theisenschlamms behandelt mit Ammoniak-Lösung 5.7 Untersuchung der sequentiellen Extraktion von Theisenschlamm 5.8 Untersuchung des Theisenschlamms behandelt mit Flusssäure 5.9 Untersuchung des Theisenschlamms mit Königswasserextraktion 6 Auswertung der Bioleaching-Daten mittels ETV-ICP OES 7 Zusammenfassung und Ausblick

Chemische Synthese und Charakterisierung von Sauerstoff- und Schwefel-Heteroporphyrinen und ihren Mn(II)-, Co(II)-, Cu(II)-, Zn(II)- und Pd(II)-Komplexen. Strukturelle und spektroskopische Beschreibung der Liganden und Komplexe durch Röntgendiffraktometrie, EXAFS, NMR, UVVIS, Fluoreszenzspektroskopie, CV unf MS. Darstellung und Beschreibung dendritischer Heteroporphyrinmoleküle.

Chemische Synthese und Charakterisierung von Sauerstoff- und Schwefel-Heteroporphyrinen und ihren Mn(II)-, Co(II)-, Cu(II)-, Zn(II)- und Pd(II)-Komplexen. Strukturelle und spektroskopische Beschreibung der Liganden und Komplexe durch Röntgendiffraktometrie, EXAFS, NMR, UVVIS, Fluoreszenzspektroskopie, CV unf MS. Darstellung und Beschreibung dendritischer Heteroporphyrinmoleküle.

This study introduces a method for multiparallel analysis of small organic compounds in the unicellular green alga Chlamydomonas reinhardtii, one of the premier model organisms in cell biology. The comprehensive study of the changes of metabolite composition, or metabolomics, in response to environmental, genetic or developmental signals is an important complement of other functional genomic techniques in the effort to develop an understanding of how genes, proteins and metabolites are all integrated into a seamless and dynamic network to sustain cellular functions. The sample preparation protocol was optimized to quickly inactivate enzymatic activity, achieve maximum extraction capacity and process large sample quantities. As a result of the rapid sampling, extraction and analysis by gas chromatography coupled to time-of-flight mass spectrometry (GC-TOF) more than 800 analytes from a single sample can be measured, of which over a 100 could be positively identified. As part of the analysis of GC-TOF raw data, aliquot ratio analysis to systematically remove artifact signals and tools for the use of principal component analysis (PCA) on metabolomic datasets are proposed. Cells subjected to nitrogen (N), phosphorus (P), sulfur (S) or iron (Fe) depleted growth conditions develop highly distinctive metabolite profiles with metabolites implicated in many different processes being affected in their concentration during adaptation to nutrient deprivation. Metabolite profiling allowed characterization of both specific and general responses to nutrient deprivation at the metabolite level. Modulation of the substrates for N-assimilation and the oxidative pentose phosphate pathway indicated a priority for maintaining the capability for immediate activation of N assimilation even under conditions of decreased metabolic activity and arrested growth, while the rise in 4-hydroxyproline in S deprived cells could be related to enhanced degradation of proteins of the cell wall. The adaptation to sulfur deficiency was analyzed with greater temporal resolution and responses of wild-type cells were compared with mutant cells deficient in SAC1, an important regulator of the sulfur deficiency response. Whereas concurrent metabolite depletion and accumulation occurs during adaptation to S deprivation in wild-type cells, the sac1 mutant strain is characterized by a massive incapability to sustain many processes that normally lead to transient or permanent accumulation of the levels of certain metabolites or recovery of metabolite levels after initial down-regulation. For most of the steps in arginine biosynthesis in Chlamydomonas mutants have been isolated that are deficient in the respective enzyme activities. Three strains deficient in the activities of N-acetylglutamate-5-phosphate reductase (arg1), N2 acetylornithine-aminotransferase (arg9), and argininosuccinate lyase (arg2), respectively, were analyzed with regard to activation of endogenous arginine biosynthesis after withdrawal of externally supplied arginine. Enzymatic blocks in the arginine biosynthetic pathway could be characterized by precursor accumulation, like the amassment of argininosuccinate in arg2 cells, and depletion of intermediates occurring downstream of the enzymatic block, e.g. N2-acetylornithine, ornithine, and argininosuccinate depletion in arg9 cells. The unexpected finding of substantial levels of the arginine pathway intermediates N-acetylornithine, citrulline, and argininosuccinate downstream the enzymatic block in arg1 cells provided an explanation for the residual growth capacity of these cells in the absence of external arginine sources. The presence of these compounds, together with the unusual accumulation of N-Acetylglutamate, the first intermediate that commits the glutamate backbone to ornithine and arginine biosynthesis, in arg1 cells suggests that alternative pathways, possibly involving the activity of ornithine aminotransferase, may be active when the default reaction sequence to produce ornithine via acetylation of glutamate is disabled. / Entwicklung und Anwendung von Methoden zur multiparallelen Analyse von Metaboliten in der einzelligen Grünalge Chlamydomonas reinhardtii, einem der wichtigsten Modellorganismen der Zellbiologie, sind Gegenstand dieser Arbeit. Metabolomanalyse, die umfassende Analyse von Veränderungen der Konzentrationen von Stoffwechselprodukten durch Umweltreize oder genetische und entwicklungsbedingte Signale, ist ein wichtiges Komplement anderer Genomanalysemethoden, um die Integration von Genen, Proteinen und Metaboliten in ein nahtloses und dynamisches Netzwerk zur Aufrechterhaltung der Lebensfunktionen eines Organismus zu verstehen. Die Methode wurde im Hinblick auf schnelle Inaktivierung enzymatischer Aktivität, Maximierung der Extraktionskapazität und Behandlung großer Probenmengen optimiert. Im Ergebnis der Probenaufarbeitung, Extraktion und Analyse mittels Gaschromatographie und Time-Of-Flight-Massenspektrometrie konnten mehr als 800 analytische Signale in Einzelproben dargestellt werden, von denen über 100 identifiziert werden konnten. Die Arbeit stellt methodische Innovationen zur systematischen Erkennung von Artefakten in GC-MS Chromatogrammen und Werkzeuge zur Anwendung der Hauptkomponentenanalyse auf Metabolom-Daten vor. Zellen unter Stickstoff- (N), Phosphor- (P), Schwefel- (S), oder Eisen- (Fe) Mangel zeigen deutliche Unterschiede in ihrer Metabolitenausstattung. Die Anpassung an die einzelnen Nährstoffmangelsituationen ist durch spezifische Änderungen einer Reihe von Metaboliten zentraler Prozesse des Primärstoffwechsels gekennzeichnet. Die Konzentrationsänderungen von Substraten für die Stickstoffassimilation und den oxidativen Pentosephosphatweg deuten darauf hin, dass die Fähigkeit zur schnellen Aktivierung der N-Assimilation auch unter Bedingungen herabgesetzter Stoffwechsel- und Wachstumsaktivität aufrechterhalten wird. Die Akkumulation von 4-Hydroxyprolin unter Schwefelmangel könnte im Zusammenhang stehen mit der Degradation von Proteinen der Chlamydomonas-Zellwand, deren wesentlicher Bestandteil hydroxyprolinreiche Glykoproteine sind und die unter Schwefelmangel aktiv umgebaut wird. Die Anpassung an Schwefelmangel wurde mit größerer zeitlicher Auflösung in Wildtyp-Zellen und Zellen des sac1-Stammes untersucht. SAC1 ist ein zentraler Regulator der Schwefelmangelantwort in Chlamydomonas. Zeitgleiche Ab- und Zunahme von Metaboliten ist ein charakteristisches Element der Anpassung an Schwefelmangel in Wildtypzellen. Die Reaktion von SAC1-Mutanten auf Schwefelmangel ist durch weit reichenden Verlust zur Steuerung von Prozessen gekennzeichnet, die normalerweise zur vorübergehenden oder dauerhaften Anreicherung bestimmter Metabolite führen. Die Verfügbarkeit von Chlamydomonas-Stämmen mit fehlender Enzymaktivität für fast jeden der Schritte der Argininbiosynthese eröffnet die Möglichkeit, das Potential der Metabolitenanalyse zur Untersuchung der Regulation der Aminosäurebiosynthese in photosynthetischen Eukaryoten zur Anwendung zu bringen. Drei Stämme, mit fehlender Aktivität für N-Acetylglutamat-5-phosphat Reduktase (arg1), N2 Acetylornithin-Aminotransferase (arg9) beziehungsweise Argininosuccinat Lyase (arg2) wurden in Bezug auf die Aktivierung ihrer endogenen Argininbiosynthese nach Entzug externer Argininquellen analysiert. Die einzelnen enzymatischen Blocks konnten durch Precursor-Anreicherung, wie die Anhäufung von Argininosuccinat in arg2-Zellen, und Erschöpfung von Intermediaten nachgelagerter Reaktionen, beispielsweise die deutliche Abnahme von N2-Acetylornithin, Ornithin und Argininosuccinat in arg9-Zellen charakterisiert werden. Das unerwartete Vorhandensein von zum Teil das Wildtyp-Niveau überschreitender Mengen von N2-Acetylornithin, Citrullin und Argininosuccinat, die Produkte bzw. Substrate dem enzymatischen Block nachgelagerter Reaktionen in arg1-Zellen sind, bot eine Erklärung für eine noch vorhandene Restkapazität zum Wachstum des arg1-Stamms auch ohne äußere Arginingabe. Der Nachweis dieser Verbindungen sowie die ungewöhnliche Anreicherung von N-Acetylglutamat, der ersten Verbindung, die das Glutamat-Gerüst für die Ornithin- und Argininsynthese bindet, in arg1-Zellen könnte auf alternative Reaktionen, möglicherweise unter Beteiligung von Ornithin-Aminotransferase, zur Synthese von Ornithin hindeuten, die in Erscheinung treten, wenn die Synthesekette nach Acetylierung von Glutamat blockiert ist.

Sulphur, a macronutrient essential for plant growth, is among the most versatile elements in living organisms. Unfortunately, little is known about regulation of sulphate uptake and assimilation by plants. Identification of sulphate signalling processes will allow to control sulphate acquisition and assimilation and may prove useful in the future to improve sulphur-use efficiency in agriculture. Many of genes involved in sulphate metabolism are regulated on transcriptional level by products of other genes called transcription factors (TF). Several published experiments revealed TF genes that respond to sulphate deprivation, but none of these have been so far been characterized functionally. Thus, we aimed at identifying and characterising transcription factors that control sulphate metabolism in the model plant Arabidopsis thaliana. To achieve that goal we postulated that factors regulating Arabidopsis responses to inorganic sulphate deficiency change their transcriptional levels under sulphur-limited conditions. By comparing TF transcript profiles from plants grown on different sulphate regimes, we identified TF genes that may specifically induce or repress changes in expression of genes that allow plants to adapt to changes in sulphate availability. Candidate genes obtained from this screening were tested by reverse genetics approaches. Transgenic plants constitutively overproducing selected TF genes and mutant plants, lacking functional selected TF genes (knock out), were used. By comparing metabolite and transcript profiles from transgenic and wild type plants we aimed at confirming the role of selected AP2 TF candidate genes in plant adaptation to sulphur unavailability. After preliminary characterisation of WRKY24 and MYB93 TF genes, we postulate that these factors are involved in a complex multifactorial regulatory network, in which WRKY24 and MYB93 would act as superior factors regulating other transcription factors directly involved in the regulation of S-metabolism genes. Results obtained for plants overproducing TOE1 and TOE2 TF genes suggests that these factors may be involved in a mechanism, which is promoting synthesis of an essential amino acid, methionine, over synthesis of another amino acid, cysteine. Thus, TOE1 and TOE2 genes might be a part of transcriptional regulation of methionine synthesis. Approaches creating genetically manipulated plants may produce plant phenotypes of immediate biotechnological interest, such as plants with increased sulphate or sulphate-containing amino acid content, or better adapted to the sulphate unavailability. / Der fuer das Pflanzenwachstum essentielle Makro-Naehrstoff Schwefel gehoert zu den vielseitigsten Elementen in lebenden Organismen. Ungluecklicherweise ist nur wenig ueber die Regulation der Schwefel Aufnahme und Assimilation von Pflanzen bekannt. Die Identifizierung von Schwefel Signalweiterleitungsprozessen wird es erlauben, die Aufnahme und Assimilation von Schwefel zu kontrollieren und koennte sich in der Zukunft als nuetzlich erweisen, die Effizienz der Schwefel Nutzung in der Landwirtschaft zu verbessern. Viele Gene, die am Schwefel Metabolismus beteiligt sind, werden auf Transkriptionsebene durch die Produkte anderer Gene, sogenannter Transkriptionsfaktoren (TF), reguliert. Mehrere veroeffentlichte Versuche beschreiben TF Gene, die auf Schwefel Mangel reagieren, es wurde jedoch bisher keines dieser Gene funktionell charakterisiert. Daher war es unser Ziel die TF, die den Schwefel Metabolismus in der Modellpflanze Arabidopsis thaliana kontrollieren, zu identifizieren und charakterisieren. Um dies zu erreichen postulierten wir, dass die Faktoren, die die Reaktion von Arabidopsis auf den Mangel an anorganischem Schwefel regulieren, das Mass ihrer Transkription unter Schwefelmangel aendern. Durch den Vergleich von TF Transkriptionsprofilen von Pflanzen, die unter verschiedenen Schwefelbedingungen aufgezogen wurden, identifizierten wir TF Gene, die moeglicherweise spezifisch Aenderungen in der Expression von Genen, die den Pflanzen erlauben sich an Aenderungen der Schwefel Verfuegbarkeit anzupassen, induzieren oder reprimieren. Die bei dieser Untersuchung erhaltenen Kandidaten Gene wurden in einen „reverse genetics“ Ansatz getestet. Es wurden transgene Pflanzen, die ausgewaehlte TF Gene konstitutiv ueberproduzieren, und Mutanten, denen ausgewaehlte funktionierende TF Gene fehlen („knock out“), benutzt. Durch den Vergleich von Metabolisten und Transkript Profilen transgener und wildtyp Pflanzen zielten wir auf die Bestaetigung der Rolle ausgewaehlter AP2 TF Kandidaten Gene bei der Anpassung an Schwefel Unverfuegbarkeit ab. Nach vorlaeufiger Charakterisierung von WRKY24 und MYB93 TF Genen postulieren wir, dass diese Faktoren an einem komplexen multifaktoriellen Regulationsnetzwerk beteiligt sind, in dem WRKY24 und MYB93 als uebergeordnete Faktoren agieren und andere TF regulieren, die direkt an der Regulation von Schwefel Metabolismus Genen beteiligt sind. Ergebnisse von Untersuchungen an Pflanzen, die TOE1 und TOE2 TF Gene ueberproduzieren deuten darauf hin, dass diese Faktoren an einem Mechanismus beteiligt sein koennten, der die Synthese einer essentiellen Aminosaeure, Methionin, zu Ungunsten der Synthese einer anderen Aminosaeure, Cystein, foerdert. Daher koennten TOE1 und TOE2 Gene Teil der transkriptionellen Regulation der Methionin Synthese sein. Die Herstellung genetisch manipulierter Pflanzen koennte Pflanzenphaenotypen erzeugen, die von sofortigem biotechnologischen Interesse sind, beispielsweise Pflanzen mit erhoehtem Gehalt an Schwefel oder schwefelhaltigen Aminosaeuren, oder Pflanzen, die besser an Schwefel Unverfuegbarkeit angepasst sind.

Gegenstand der Arbeit ist ein neuer Atomemissionsdetektor (AED) für die Gaschromatographie (GC), der µ-ESD. In der vorliegenden Arbeit wird der Aufbau und das Funktionsprinzip des µ-ESDs vorgestellt. Untersucht wurde die Eignung des Detektors zur elementselektiven Bestimmung von Cl, Br, F, S und C im nahen Infrarot nach Optimierung einiger Betriebsparameter. Weiterhin wurden Möglichkeiten zur Korrektur spektraler und chemischer Interferenzen diskutiert. Die Charakterisierung des Detektors erfolgte anhand wichtiger Detektoreigenschaften wie Selektivität und Empfindlichkeit. Ein abschließender Vergleich des µ-ESDs mit einem kommerziellen AED und einem Elektroneneinfangdetektor anhand von Untersuchungen an einigen Umweltproben ermöglichte eine Einschätzung der Leistungsfähigkeit des neuen Detektors. Im direkten Vergleich zum kommerziellen AED wurden neben analytischen auch wirtschaftliche Aspekte betrachtet.

Universiẗat, Diss., 2001--Frankfurt (Main).

Zugl.: Darmstadt, Techn. Univ., Diss., 2008

Freie Universiẗat, Diss., 2000--Berlin. / Dateiformat: zip, Dateien im PDF-Format.

Gegenstand der Arbeit ist ein neuer Atomemissionsdetektor (AED) für die Gaschromatographie (GC), der µ-ESD. In der vorliegenden Arbeit wird der Aufbau und das Funktionsprinzip des µ-ESDs vorgestellt. Untersucht wurde die Eignung des Detektors zur elementselektiven Bestimmung von Cl, Br, F, S und C im nahen Infrarot nach Optimierung einiger Betriebsparameter. Weiterhin wurden Möglichkeiten zur Korrektur spektraler und chemischer Interferenzen diskutiert. Die Charakterisierung des Detektors erfolgte anhand wichtiger Detektoreigenschaften wie Selektivität und Empfindlichkeit. Ein abschließender Vergleich des µ-ESDs mit einem kommerziellen AED und einem Elektroneneinfangdetektor anhand von Untersuchungen an einigen Umweltproben ermöglichte eine Einschätzung der Leistungsfähigkeit des neuen Detektors. Im direkten Vergleich zum kommerziellen AED wurden neben analytischen auch wirtschaftliche Aspekte betrachtet.