An Image Enhancement Technique using MTF of Human eye

Image filtering is a highly demanded approach of image enhancement in digital imaging systems design. It is widely used in television and camera design technologies to improve the quality of an output image to avoid various problems such as image blurring problem thatgains importance in design of displays of large sizes and design of digital cameras. This thesis proposes a new image filtering method basedon visual characteristics of human eye such as MTF. In contrast to the traditional filtering methods based on human visual characteristics this thesis takes into account the anisotropy of the human eye vision. The proposed method is based on laboratory measurements of the human eye MTF and takes into account degradation of the image by the latter. This method improves an image in the way it will be degraded by human eye MTF to give perception of the original image quality. This thesis gives a basic understanding of an image filtering approach and the concept of MTF and describes an algorithm to perform an image enhancement based on MTF of human eye. Performed experiments have shown quite good results according to human evaluation. Suggestions to improve the algorithm are also given for the future improvements.

Pitkäketjuisten keteenien valmistusreaktiot ja kinetiikka.

Tämän diplomityön tarkoituksena oli tutkia pitkäketjuisten rasvahappokloridien ja alkyyliketeenidimeerien (AKD) valmistusreaktioiden kinetiikkaa. Työn tavoitteena oli saada mittaustuloksia, joiden perusteella voitaisiin kehittää reaktioille kineettinen kineettinen malli ja suorittaa valmistusprosessien alustava optimointi. Teoreettisessa osassa on selvitetty rasvahappokloridien ja alkyyliketeenidimeerien (AKD) eri valmistustapoja. Lisäksi on perehdytty tarkemmin rasvahappokloridien dehydrohalogenointireaktioiden reaktiomekanismeihin ja valmistusprosessin problematiikkaan. Kokeellisessa osassa tutkittiin rasvahappokloridien valmistusta klooraamalla öljyhappoa 30 mol-% fosforitrikloridiylimäärällä lämpötiloissa 45, 50 ja 55OC. Alkyyliketeenidimeerien valmistusta tutkittiin dehydrohalogenoimalla palmitiini- ja öljyhappokloridia 0-30 mol-% trietyyliamiiniylimäärällä inertissä liuottimessa, lämpötiloissa 45 ja 50OC. Reaktiot toteutettiin puolipanosreaktiona, joissa reaktioastiassa olevaan reagenssin ja liuottimen seokseen lisättiin lähtöaine tasaisena massavirtana. Reaktioiden etenemistä seurattiin FT-IR- ja GC-analyysien avulla. Kalorimetrisilla kokeilla tutkittiin öljyhappokloridin dimeroitumisreaktion reaktiolämmön muodostumista ja UV-VIS-analyyseillä seurattiin öljyhappokloridin vanhenemista. Öljyhappokloridin valmistusreaktiolle saatiin hyvä kineettinen malli. Kineettisen mallin puutteena voidaan pitää sitä, ettei kokeissa saatu tietoa mahdollisten sivutuotteiden muodostumisesta. Sovitusohjelmalla saatiin sovitettua estimaatit reaktionopeusvakioille lämpötiloissa 45, 50 ja 55OC. Happokloridien dimeroitumisreaktioiden kineettisen mallin sopivuudelle saatiin suhteellisen hyvä kuva Kuten öljyhappokloridin tapauksessa, myöskään AKD:n valmistusreaktioissa syntynyt sivutuotteita, joten niiden osuutta oletettuun kineettiseen malliin ei tunneta. Sovitusohjelmalla saatiin sovitettua estimaatit reaktionopeusvakioille lämpötiloissa 45 ja 50OC.

Development of Servo Hydraulics of Veneer Lathe

Diplomityö tehtiin kansainväliseen, mekaanisen puunjalostusteollisuuden koneita, tuotantojärjestelmiä ja tehtaita toimittavaan yritykseen. Diplomityön tarkoituksena oli kartoittaa syitä viilusorvin teräpenkin asemoinnissa esiintyneisiin värähtelyongelmiin ja tutkia ratkaisuja niiden voittamiseksi, sekä sorvausvoimien määrittäminen. Diplomityön teoreettisessa osassa tutustuttiin viilusorvin, erityisesti sen hydraulisten servojärjestelmien rakenteeseen ja toimintaan sekä viilunsorvaukseen. Teräpenkin syötön servojärjestelmää tutkittiin teoreettisesti johtamalla suljetun piirin siirtofunktiot “asema/käsky” ja “virhe/voima” ja tulostamalla niiden taajuusvaste-kuvaajat, joista tutkittiin parametrien vaikutuksia järjestelmän toimintaan. Tulokset vahvistettiin simuloimalla. Todettiin nykyisen järjestelmän värähtelyongelmien johtuvan pääasiassa hydrauliöljyn joustosta sylinterissä. Parannuksina ehdotettiin suurempaa sylinterin halkaisijaa ja viskoosikitkakertoimen suurentamista. Diplomityön kokeellisessa osassa mitattiin viilusorvin servojärjestelmien toimilaitteissa esiintyviä voimia ja niiden perusteella laskettiin varsinaiset sorvausvoimat. Lisäksi tutkittiin teräpenkin syötön ja muiden servojärjestelmien asemointitarkkuutta sorvauksen aikana. Mittauksia varten diplomityössä suunniteltiin ja hankittiin kannettava mittausjärjestelmä.

Sähkökäyttöjen kaapelivärähtelyt

Taajuudenmuuttajan kytkennän synnyttämä nopea jännitemuutos aiheuttaa pitkään moottorikaapeliin sähköisen värähtelyilmiön. Ilmiö on tullut erityisesti esille uusien nopeasti kytkevien puolijohdetehokytkimien ilmestyttyä markkinoille. Taajuudenmuuttajan lähtöön asennettu jännitteen nousunopeutta rajoittava suodin vähentää kaapelivärähtelyä, mutta riittävän pitkässä kaapelissa värähtely on voimakasta lähtösuotimesta huolimatta. Kaapelivärähtelyilmiön seurauksena moottorikaapelin taajuudenmuuttajan puoleiseen päähän syntyy voimakas virtavärähtely ja moottorin puoleiseen päähän voimakas jännitevärähtely. Sähkökäyttöjen vektorisäätöalgoritmit tekevät ohjauspäätöksiä moottorikaapelin taajuudenmuuttajan päästä tehtyjen virtamittausten perusteella. Säädön päätösväli on niin lyhyt, että kaapelin virtavärähtely ehtii häiritä säädön toimintaa. Tässä työssä on esitetty kaapelivärähtelyä kuvaava taajuudenmuuttajan lähtösuotimen huomioon ottava siirtofunktioperustainen matemaattinen malli. Mallin avulla kaapelivärähtelyilmiötä voi analysoida lineaarisen säätöteorian menetelmillä. Virtavärähtelyn moottorisäätöön tuomiin ongelmiin ratkaisuksi on esitetty virran mittasignaalin käsittelemistä analogisella ja digitaalisella suotimella. Simulointitulosten perusteella ratkaisua voidaan pitää toimivana. Lopuksi esitetään, kuinka avaruusvektoriteorian mukaista induktiomoottorimallia ja kaapelivärähtelymallia voidaan simuloida yhdessä.

Subwoofer suunnittelu - mallinnus ja vasteen analysointi erityisesti impulssivasteen kannalta

Tämä kandidaatintyö käsittelee subwoofer-kaiuttimen mallinnusta ja analysointia impulssivasteen perusteella. Refleksikoteloidulle kaiuttimelle muodostetaan siirtofunktio ja sen avulla simuloidaan kaiuttimen impulssivasteen käyttäytymistä erilaisilla kotelon virityksillä. Simuloinnit toteutetaan kolmella erilaisella kaiutinelementillä käyttäen kullekin viittä erityyppistä viritystä. Simulointien toimivuutta käytännössä yritetään todistaa mittauksilla, joissa simulointien pohjalta toteutetaan viisi viritystä rakentamalla refleksikotelo Seas P11RCY-kaiutinelementille ja mittaamalla kunkin virityksen tuottama askelvaste. Tämän jälkeen mitatuista askelvasteista määritetään impulssivasteet laskennallisesti ja verrataan niitä toisiinsa sekä simulointien tuloksiin yrittäen löytää mahdollinen korrelaatio simulointien ja mittausten välille. Määritetään myös mikä käytetyistä viidestä virityksestä tuottaa parhaimman vasteen kullekin kolmelle kaiutinelementille.

Spin-electromagnetic waves spectra in multiferroic heterostructures

This work devotes to the theoretical investigations of spin-electromagnetic waves (SEW) propagating in a thin-film multiferroic structures that were composed of a slot-line and structures with several ferrite films. In contrast to earlier works, the spin-electromagnetic waves in the investigated structures are originated from two different electrodynamics coupling. The first one is coupling of the electromagnetic wave localized mainly in the slot-line with the spin wave excited mostly in the ferrite film. The second one is coupling of two spin waves in the different ferrite films separated by a thin ferroelectric film. For theoretical analysis of SEWs propagation in such kind of structures theories of their eigen-wave spectra were developed. Spectra of SEW in the investigated structures were calculated and analyzed. The range of electric and magnetic tunability of dispersion characteristic were investigated. Spectra of SEW in the investigated multiferroic structures are used for investigation of transfer function of periodic structures.

Glycolipid and ceramide transfer proteins : important determinants for their function

Lipider är viktiga biomolekyler, eftersom de bygger upp alla cellulära membran. Glykolipider, dvs. lipider som innehåller socker, är dessutom betydelsefulla som signaleringsmolekyler vid olika processer. Det är essentiellt att regleringen av syntesen, nedbrytningen samt transporten av lipider i cellen är noggrant koordinerade, och faktorer som kan påverka lipidmetabolismen är därför viktiga att undersöka. Denna avhandling har undersökt två olika lipidbindande proteiner, glykolipidtransportprotein (GLTP) och ceramidtransportprotein (CERT). GLTPs biologiska funktion är ännu oklar, dock vet man att GLTP har förmåga att binda olika glykolipider samt överföra dessa lipider mellan olika lipidmembraner. CERT har däremot visats kunna transportera ceramid från det endoplastiska retiklet (ER) till Golgi-apparaten, för produktion av sfingomyelin. I detta avhandlingsarbete undersöktes lokaliseringen av GLTP i celler med olika metoder, bl.a. konfokalmikroskopi, samt olika centrifugeringsmetoder. Genom att överuttrycka GLTP i celler och därefter analysera halten nysyntetiserade glykolipider, kunde även sambandet mellan GLTP-uttrycket och dessa lipider undersökas. I avhandlingen identifierades ytterligare en specifik aminosyrasekvens hos GLTP. Denna sekvens visades kunna binda till VAP-A, ett integralt ER protein, med en tidigare fastställd viktig funktion vid regleringen av lipidtransporten. I avhandlingen analyserades även hur ceramidtransporten mellan två olika membraner, medierad av CERT, påverkas av egenskaper i ceramidens omgivning. För att undersöka detta användes artificiella modellmembraner samt fluorimetriska metoder. Sammansättningen och packningen hos lipidmembranerna visades ha en stor betydelse för den CERT-katalyserade ceramidtransporten. Sammanfattningsvis antyder resultaten från avhandlingen att det existerar flera faktorer som kan påverka aktiviteten av GLTP och CERT, vilka i sin tur har förmåga att reglera lipidmetabolismen.

Heat Transfer Analysis of the EPR Core Catcher Test Facility Volley

Uusi EPR-reaktorikonsepti on suunniteltu selviytymään tapauksista, joissa reaktorinsydän sulaa ja sula puhkaisee paineastian. Suojarakennuksen sisälle on suunniteltu alue, jolle sula passiivisesti kerätään, pidätetään ja jäähdytetään. Alueelle laaditaan valurautaelementeistä ns.sydänsieppari, joka tulvitetaan vedellä. Sydänsulan tuottama jälkilämpö siirtyyveteen, mistä se poistetaan suojarakennuksen jälkilämmönpoistojärjestelmän kautta. Suuri osa lämmöstä poistuu sydänsulasta sen yläpuolella olevaan veteen, mutta lämmönsiirron tehostamiseksi myös sydänsiepparin alapuolelle on sijoitettu vedellä täytettävät jäähdytyskanavat. Jotta sydänsiepparin toiminta voitaisiin todentaa, on Lappeenrannan Teknillisellä Yliopistolla rakennettu Volley-koelaitteisto tätä tarkoitusta varten. Koelaitteisto koostuu kahdesta täysimittaisesta valuraudasta tehdystä jäähdytyskanavasta. Sydänsulan tuottamaa jälkilämpöä simuloidaan koelaitteistossa sähkövastuksilla. Tässä työssä kuvataan simulaatioiden suorittaminen ja vertaillaan saatuja arvoja mittaustuloksiin. Työ keskittyy sydänsiepparista jäähdytyskanaviin tapahtuvan lämmönsiirron teoriaan jamekanismeihin. Työssä esitetään kolme erilaista korrelaatiota lämmönsiirtokertoimille allaskiehumisen tapauksessa. Nämä korrelaatiot soveltuvat erityisesti tapauksiin, joissa vain muutamia mittausparametreja on tiedossa. Työn toinen osa onVolley 04 -kokeiden simulointi. Ensin käytettyä simulointitapaa on kelpoistettuvertaamalla tuloksia Volley 04 ja 05 -kokeisiin, joissa koetta voitiin jatkaa tasapainotilaan ja joissa jäähdytteen käyttäytyminen jäähdytyskanavassa on tallennettu myös videokameralla. Näiden simulaatioiden tulokset ovat hyvin samanlaisiakuin mittaustulokset. Korkeammilla lämmitystehoilla kokeissa esiintyi vesi-iskuja, jotka rikkoivat videoinnin mahdollistavia ikkunoita. Tämän johdosta osassa Volley 04 -kokeita ikkunat peitettiin metallilevyillä. Joitakin kokeita jouduttiin keskeyttämään laitteiston suurten lämpöjännitysten johdosta. Tällaisten testien simulaatiot eivät ole yksinkertaisia suorittaa. Veden pinnan korkeudesta ei ole visuaalista havaintoa. Myöskään jäähdytteen tasapainotilanlämpötiloista ei ole tarkkaa tietoa, mutta joitakin oletuksia voidaan tehdä samoilla parametreilla tehtyjen Volley 05 -kokeiden perusteella. Mittaustulokset Volley 04 ja 05 -kokeista, jotka on videoitu ja voitu ajaa tasapainotilaan saakka, antoivat simulaatioiden kanssa hyvin samankaltaisia lämpötilojen arvoja. Keskeytettyjen kokeiden ekstrapolointi tasapainotilaan ei onnistunut kovin hyvin. Kokeet jouduttiin keskeyttämään niin paljon ennen termohydraulista tasapainoa, ettei tasapainotilan reunaehtoja voitu ennustaa. Videonauhoituksen puuttuessa ei veden pinnan korkeudesta saatu lisätietoa. Tuloksista voidaan lähinnä esittää arvioita siitä, mitä suuruusluokkaa mittapisteiden lämpötilat tulevat olemaan. Nämä lämpötilat ovat kuitenkin selvästi alle sydänsiepparissa käytettävän valuraudan sulamislämpötilan. Joten simulaatioiden perusteella voidaan sanoa, etteivät jäähdytyskanavien rakenteet sula, mikäli niissä on pienikin jäähdytevirtaus, eikä useampia kuin muutama vierekkäinen kanava ole täysin kuivana.

Modeling reaction kinetics and mass transfer in ozonation in water solutions

This dissertation is based on four articles dealing with modeling of ozonation. The literature part of this considers some models for hydrodynamics in bubble column simulation. A literature review of methods for obtaining mass transfer coefficients is presented. The methods presented to obtain mass transfer are general models and can be applied to any gas-liquid system. Ozonation reaction models and methods for obtaining stoichiometric coefficients and reaction rate coefficients for ozonation reactions are discussed in the final section of the literature part. In the first article, ozone gas-liquid mass transfer into water in a bubble column was investigated for different pH values. A more general method for estimation of mass transfer and Henry’s coefficient was developed from the Beltrán method. The ozone volumetric mass transfer coefficient and the Henry’s coefficient were determined simultaneously by parameter estimation using a nonlinear optimization method. A minor dependence of the Henry’s law constant on pH was detected at the pH range 4 - 9. In the second article, a new method using the axial dispersion model for estimation of ozone self-decomposition kinetics in a semi-batch bubble column reactor was developed. The reaction rate coefficients for literature equations of ozone decomposition and the gas phase dispersion coefficient were estimated and compared with the literature data. The reaction order in the pH range 7-10 with respect to ozone 1.12 and 0.51 the hydroxyl ion were obtained, which is in good agreement with literature. The model parameters were determined by parameter estimation using a nonlinear optimization method. Sensitivity analysis was conducted using object function method to obtain information about the reliability and identifiability of the estimated parameters. In the third article, the reaction rate coefficients and the stoichiometric coefficients in the reaction of ozone with the model component p-nitrophenol were estimated at low pH of water using nonlinear optimization. A novel method for estimation of multireaction model parameters in ozonation was developed. In this method the concentration of unknown intermediate compounds is presented as a residual COD (chemical oxygen demand) calculated from the measured COD and the theoretical COD for the known species. The decomposition rate of p-nitrophenol on the pathway producing hydroquinone was found to be about two times faster than the p-nitrophenol decomposition rate on the pathway producing 4- nitrocatechol. In the fourth article, the reaction kinetics of p-nitrophenol ozonation was studied in a bubble column at pH 2. Using the new reaction kinetic model presented in the previous article, the reaction kinetic parameters, rate coefficients, and stoichiometric coefficients as well as the mass transfer coefficient were estimated with nonlinear estimation. The decomposition rate of pnitrophenol was found to be equal both on the pathway producing hydroquinone and on the path way producing 4-nitrocathecol. Comparison of the rate coefficients with the case at initial pH 5 indicates that the p-nitrophenol degradation producing 4- nitrocathecol is more selective towards molecular ozone than the reaction producing hydroquinone. The identifiability and reliability of the estimated parameters were analyzed with the Marcov chain Monte Carlo (MCMC) method. @All rights reserved. No part of the publication may be reproduced, stored in a retrieval system, or transmitted, in any form or by any means, electronic, mechanical, photocopying, recording, or otherwise, without the prior permission of the author.

Role of Membrane Transporters, P-Glycoprotein and Mrp1, in The Placental Transfer of Drugs With Special Reference to Saquinavir and Quetiapine

Drug transporting membrane proteins are expressed in various human tissues and blood-tissue barriers, regulating the transfer of drugs, toxins and endogenous compounds into or out of the cells. Various in vitro and animal experiments suggest that P-glycoprotein (P-gp) forms a functional barrier between maternal and fetal blood circulation in the placenta thereby protecting the fetus from exposure to xenobiotics during pregnancy. The multidrug resistance-associated protein 1 (MRP1) is a relatively less studied transporter protein in the human placenta. The aim of this study series was to study the role of placental transporters, apical P-gp and basal MRP1, using saquinavir as a probe drug, and to study transfer of quetiapine and the role of P-gp in its transfer in the dually perfused human placenta/cotyledon. Furthermore, two ABCB1 (encoding P-gp) polymorphisms (c.3435C>T, p.Ile1145Ile and c.2677G>T/A, p.Ala893Ser/Thr) were studied to determine their impact on P-gp protein expression level and on the transfer of the study drugs. Also, the influence of the P-gp protein expression level on the transfer of the study drugs was addressed. Because P-gp and MRP1 are ATP-dependent drug-efflux pumps, it was studied whether exogenous ATP is needed for the function of ATP-dependent transporter in the present experimental model. The present results indicated that the addition of exogenous ATP was not necessary for transporter function in the perfused human placental cotyledon. Saquinavir and quetiapine were both found to cross the human placenta; transplacental transfer (TPTAUC %) for saquinavir was <0.5% and for quetiapine 3.7%. Pharmacologic blocking of P-gp led to disruption of the blood-placental barrier (BPB) and increased the placental transfer of P-gp substrate, saquinavir, into the fetal circulation by 6- to 8-fold. In reversed perfusions P-gp, MRP1 and possibly OATP2B1 had a negligible role in the fetal-to-maternal transfer of saquinavir. The TPTAUC % of saquinavir was about 100-fold greater from the fetal side to the maternal side compared with the maternal-to-fetal transfer. P-gp activity is not likely to modify the placental transfer of quetiapine. Higher P-gp protein expression levels were associated with the variant allele 3435T, but no correlation was found between the TPTAUC % of saquinavir and placental P-gp protein expression. The present results indicate that P-gp activity drastically affects the fetal exposure to saquinavir, and suggest that pharmacological blockade of the P-gp activity during pregnancy may pose an increased risk for adverse fetal outcome. The blockade of P-gp activity could be used in purpose to obtain higher drug concentration to the fetal side, for example, in prevention (to decrease virus transfer to fetal side) or in treating sick fetus.

Regulation of photosynthetic electron transfer in plant chloroplasts

This thesis focuses on the molecular mechanisms regulating the photosynthetic electron transfer reactions upon changes in light intensity. To investigate these mechanisms, I used mutants of the model plant Arabidopsis thaliana impaired in various aspects of regulation of the photosynthetic light reactions. These included mutants of photosystem II (PSII) and light harvesting complex II (LHCII) phosphorylation (stn7 and stn8), mutants of energy-dependent non-photochemical quenching (NPQ) (npq1 and npq4) and of regulation of photosynthetic electron transfer (pgr5). All of these processes have been extensively investigated during the past decades, mainly on plants growing under steady-state conditions, and therefore many aspects of acclimation processes may have been neglected. In this study, plants were grown under fluctuating light, i.e. the alternation of low and high intensities of light, in order to maximally challenge the photosynthetic regulatory mechanisms. In pgr5 and stn7 mutants, the growth in fluctuating light condition mainly damaged PSI while PSII was rather unaffected. It is shown that the PGR5 protein regulates the linear electron transfer: it is essential for the induction of transthylakoid ΔpH that, in turn, activates energy-dependent NPQ and downregulates the activity of cytochrome b6f. This regulation was shown to be essential for the photoprotection of PSI under fluctuations in light intensity. The stn7 mutants were able to acclimate under constant growth light conditions by modulating the PSII/PSI ratio, while under fluctuating growth light they failed in implementing this acclimation strategy. LHCII phosphorylation ensures the balance of the excitation energy distribution between PSII and PSI by increasing the probability for excitons to be trapped by PSI. LHCII can be phosphorylated over all of the thylakoid membrane (grana cores as well as stroma lamellae) and when phosphorylated it constitutes a common antenna for PSII and PSI. Moreover, LHCII was shown to work as a functional bridge that allows the energy transfer between PSII units in grana cores and between PSII and PSI centers in grana margins. Consequently, PSI can function as a quencher of excitation energy. Eventually, the LHCII phosphorylation, NPQ and the photosynthetic control of linear electron transfer via cytochrome b6f work in concert to maintain the redox poise of the electron transfer chain. This is a prerequisite for successful plant growth upon changing natural light conditions, both in short- and long-term.

Lymph node transfer in the treatment of postmastectomy lymphedema

Background: Lymphedema is a debilitating disorder with few treatment options. Clinical studies have shown that microvascular lymph node transfer may improve the lymphatic function of the affected limb. This study provides information about the clinical efficacy and safety of this procedure. Further, the biological background of this technique is clarified with an analysis of postoperative production of lymphatic growth factors and cytokines related to lymphangiogenesis. Patients and Methods: The effect of lymph node transfer to recipient and donor sites was analyzed with lymphoscintigraphy, limb circumference measurements, and appearance of clinical symptoms. Axillary seroma samples were analyzed from four patient groups: Axillary lymph node removal (ALND), Microvascular breast reconstruction (BR), lymph node transfer (LN) and combined lymph node transfer and breast reconstruction (LN-BR). Results: The postoperative lymphatic transport index was improved in 7/19 patients. Ten patients were able to reduce or discontinue compression therapy 6 - 24 months postoperatively. The donor lower limb lymphatic flow was slightly impaired (Ti >10) in 2 patients. No donor site lymphedema symptoms appeared during the 8 – 56-month follow-up. A high concentration of the VEGF-C protein was detected in the seroma fluid of all flap transfer groups. The concentration of the anti-inflammatory and anti-fibrotic cytokine IL-10 was increased in the LN-BR group samples when compared to the ALND or BR group. Conclusions: According to this preliminary study, the lymph node transfer seems to be beneficial for the lymphedema patients. However, a randomized study comparing the effect of BR and LN-BR is needed to evaluate the clinical efficacy of lymph node transfer. In addition, the effect of this surgery on the donor site needs to be studied further. The clinical effects of the lymph node transfer might be partly mediated by increased production of the lymphangiogenic growth factor (VEGF-C) as well as the anti-fibrotic cytokine (IL-10).

Alternative electron transfer routes involved in photoprotection of cyanobacteria

In oxygenic photosynthesis, the highly oxidizing reactions of water splitting produce reactive oxygen species (ROS) and other radicals that could damage the photosynthetic apparatus and affect cell viability. Under particular environmental conditions, more electrons are produced in water oxidation than can be harmlessly used by photochemical processes for the reduction of metabolic electron sinks. In these circumstances, the excess of electrons can be delivered, for instance, to O2, resulting in the production of ROS. To prevent detrimental reactions, a diversified assortment of photoprotection mechanisms has evolved in oxygenic photosynthetic organisms. In this thesis, I focus on the role of alternative electron transfer routes in photoprotection of the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803. Firstly, I discovered a novel subunit of the NDH-1 complex, NdhS, which is necessary for cyclic electron transfer around Photosystem I, and provides tolerance to high light intensities. Cyclic electron transfer is important in modulating the ATP/NADPH ratio under stressful environmental conditions. The NdhS subunit is conserved in many oxygenic phototrophs, such as cyanobacteria and higher plants. NdhS has been shown to link linear electron transfer to cyclic electron transfer by forming a bridge for electrons accumulating in the Ferredoxin pool to reach the NDH-1 complexes. Secondly, I thoroughly investigated the role of the entire flv4-2 operon in the photoprotection of Photosystem II under air level CO2 conditions and varying light intensities. The operon encodes three proteins: two flavodiiron proteins Flv2 and Flv4 and a small Sll0218 protein. Flv2 and Flv4 are involved in a novel electron transport pathway diverting electrons from the QB pocket of Photosystem II to electron acceptors, which still remain unknown. In my work, it is shown that the flv4-2 operon-encoded proteins safeguard Photosystem II activity by sequestering electrons and maintaining the oxidized state of the PQ pool. Further, Flv2/Flv4 was shown to boost Photosystem II activity by accelerating forward electron flow, triggered by an increased redox potential of QB. The Sll0218 protein was shown to be differentially regulated as compared to Flv2 and Flv4. Sll0218 appeared to be essential for Photosystem II accumulation and was assigned a stabilizing role for Photosystem II assembly/repair. It was also shown to be responsible for optimized light-harvesting. Thus, Sll0218 and Flv2/Flv4 cooperate to protect and enhance Photosystem II activity. Sll0218 ensures an increased number of active Photosystem II centers that efficiently capture light energy from antennae, whilst the Flv2/Flv4 heterodimer provides a higher electron sink availability, in turn, promoting a safer and enhanced activity of Photosystem II. This intertwined function was shown to result in lowered singlet oxygen production. The flv4-2 operon-encoded photoprotective mechanism disperses excess excitation pressure in a complimentary manner with the Orange Carotenoid Protein-mediated non-photochemical quenching. Bioinformatics analyses provided evidence for the loss of the flv4-2 operon in the genomes of cyanobacteria that have developed a stress inducible D1 form. However, the occurrence of various mechanisms, which dissipate excitation pressure at the acceptor side of Photosystem II was revealed in evolutionarily distant clades of organisms, i.e. cyanobacteria, algae and plants.

Moving lipids : ceramides, glycosphingolipids and the glycolipid transfer protein

Lipid movement in cells occurs by a variety of methods. Lipids diffuse freely along the lateral plane of a membrane and can translocate between the lipid leaflets, either spontaneously or with the help of enzymes. Lipid translocation between the different cellular compartments predominantly takes place through vesicular transport. Specialized lipid transport proteins (LTPs) have also emerged as important players in lipid movement, as well as other cellular processes. In this thesis we have studied the glycolipid transport protein (GLTP), a protein that transports glycosphingolipids (GSLs). While the in vitro properties of GLTP have been well characterized, its cell biological role remains elusive. By altering GSL and GLTP levels in cells, we have extracted clues towards the protein's function. Based on the results presented in this thesis and in previous works, we hypothesize that GLTP is involved in the GSL homeostasis in cells. GLTP most likely functions as a transporter or sensor of newly synthesized glucosylceramide (GlcCer), at or near the site of GlcCer synthesis. GLTP also seems to be involved in the synthesis of globotriacylceramide, perhaps in a manner that is similar to that of the fourphosphate adaptor protein 2, another GlcCer-transporting LTP. Additionally, we have developed and studied a novel method of introducing ceramides to cells, using a solvent-free approach. Ceramides are important lipids that are implicated in several cellular functions. Their role as proapoptotic molecules is particularly evident. Ceramides form stable bilayer structures when complexed with cholesterol phosphocholine (CholPC), a large-headgroup sterol. By adding ceramide/CholPC complexes to the growth medium, various chain length ceramides were successfully delivered to cells in culture. The uptake rate was dependent on the chain length of the ceramide, where shorter lipids were internalized more quickly. The rate of uptake also determined how the cells metabolised the ceramides. Faster uptake favored conversion of ceramide to GlcCer, whereas slower delivery resulted mainly in breakdown of the lipid.