Liquid phase benzoylation of arenes over iron promoted sulphated zirconia

The present work undertakes the preparation and physico-chemical characterisation of iron promoted sulphated zirconia (SZ) with different amounts of iron loading and their application to Friedel-Crafts benzoylation of benzene, toluene and xylene under different experimental conditions, XRD and laser Raman techniques reveal the stabilisation of the tetragonal phase of zirconia and the existence of iron in highly dispersed form as Fe203 on the catalyst surface. The surface acidic properties were determined by ammonia temperature programmed desorption (TPD) and perylene adsorption, The results were supported by the TGA studies after adsorption of pyridine and 2,6-dimethylpyridine (2,6-DMP), Strong Lewis acid sites on the surface, which are evident from TPD and perylene adsorption studies. explain the high catalytic activity of the systems towards benzoylation. The experimental results provide evidence for the truly heterogeneous nature of the reaction. The studies also establish the resistance to deactivation in the metal incorporated sulphated systems.

Characterisation of the acid-base properties of pillared montmorillonites

Iron and mixed iron aluminium pillared montrnorillonites prepared by partial hydrolysis method were subjected to room temperature exchange with transition metals of the first series. The resulting materials were characterised by different spectroscopic techniques and surface area measurements. About 1-3% transition metals were incorporated into the porous network. The structural stability of the porous network was not affected by exchange. XRD and AI NMR spectroscopy evidenced the presence of iron substituted Al13 like polymers in FeAl pillared systems. Acidity and basicity benefited much as a result of metal exchange. Acidity and basicity were quantified by model reactions, viz., cumene cracking and cyclohexanol decomposition respectively. The presence of basic sites in otherwise acidic pillared clays, though diminutive in amount can be of much importance in acid base catalysed reactions.

Studies on L-glutamic acid Production using Brevibacterium sp.

The thesis comprises a set of experiments mainly focused on the improvement of L-glutamic acid fennentation. Much attention has been given to use of locally available raw materials, culturing the organism on inert solid substrates and also immobilization of the bacterial cells from the view point of long term utilization of biocatalyst and continuous operation of the stabilized system. Studies were also carried out for the down stream processing for the extraction and purification of L-glutamic acid. An attempt was made to study the morphological features of the microorganism including the cell premeability. In relation with the accumulation of glutamic acid within the cells an approach was made to study the behaviour of the Brevibacterium cells when they are exposed to hyper osmotic environment. Attempts were also made to study the requirement of iron and production of siderophores by this microbial strain. The search for a suitable nitrogen source for glutamate fermentation ended with a promising result that they got a potent urease activity and it can be utilized for many biotransfonnation studies. The entire thesis is presented in three sections, viz. introductory section, experimental section and the concluding section

Propyl Gallate Synthesis Using Acidophilic Tannase and Simultaneous Production of Tannase and Gallic Acid by Marine Aspergillus awamori BTMFW032

Marine Aspergillus awamori BTMFW032, recently reported by us, produce acidophilic tannase as extracellular enzyme. Here, we report the application of this enzyme for synthesis of propyl gallate by direct transesterification of tannic acid and in tea cream solubilisation besides the simultaneous production of gallic acid along with tannase under submerged fermentation by this fungus. This acidophilic tannase enabled synthesis of propyl gallate by direct transesterification of tannic acid using propanol as organic reaction media under low water conditions. The identity of the product was confirmed with thin layer chromatography and Fourier transform infrared spectroscopy. It was noted that 699 U/ml of enzyme could give 60% solubilisation of tea cream within 1 h. Enzyme production medium was optimized adopting Box–Behnken design for simultaneous synthesis of tannase and gallic acid. Process variables including tannic acid, sodium chloride, ferrous sulphate, dipotassium hydrogen phosphate, incubation period and agitation were recognized as the critical factors that influenced tannase and gallic acid production. The model obtained predicted 4,824.61 U/ml of tannase and 136.206 μg/ml gallic acid after 48 h of incubation, whereas optimized medium supported 5,085 U/ml tannase and 372.6 μg/ml of gallic acid production after 36 and 84 h of incubation, respectively, with a 15-fold increase in both enzyme and gallic acid production. Results indicated scope for utilization of this acidophilic tannase for transesterification of tannic acid into propyl gallate, tea cream solubilisation and simultaneous production of gallic acid along with tannase

Einfluß der Gewässerversauerung auf Hyporheos und Bryorheos: Untersuchungen an zwei Waldbächen im Westharz

Im Rahmen der Fallstudie Harz sollte an der Schnittstelle zwischen Grundlagenforschung und angewandter Forschung ein Beitrag zur Klärung der Frage geleistet werden, inwieweit zwei Zuläufe der Sösetalsperre im Westharz versauert bzw. versauerungsgefährdet sind; aus diesem Stausee wird Trinkwasser für mehrere Gemeinden in Norddeutschland gewonnen. Die Belastung des fast vollständig bewaldeten Einzugsgebiets der Sösetalsperre mit luftbürtigen Schadstoffen (Saurer Regen) zählte zu den höchsten in Mitteleuropa. An jeweils drei Untersuchungsstellen der beiden Bäche Alte Riefensbeek (R1 bis R3) und Große Söse (S1 bis S3) wurden zwischen März 1987 und November 1988 Proben aus Moospolstern und dem hyporheischen Interstitial entnommen und physikalisch, chemisch und biologisch untersucht. Ergänzend wurden Wasserproben zwischen März 1986 und Oktober 1991 sowie vom April 1998 ebenso wie qualitative Fänge von Makroinvertebraten zwischen November 1986 und Juli 1990 sowie vom April 1998 ausgewertet. Die Analyse der tierischen Besiedlung der Moos- und Interstitialproben beschränkte sich auf die taxonomischen Gruppen Turbellaria (Strudelwürmer), Mollusca (Weichtiere), Amphipoda (Flohkrebse), Ephemeroptera (Eintagsfliegen), Plecoptera (Steinfliegen), Heteroptera (Wanzen), Megaloptera (Schlammfliegen), Coleoptera (Käfer), Trichoptera (Köcherfliegen) und Diptera (Zweiflügler). Der Grundsatz, daß normalverteilte und nicht normalverteilte Daten statistisch unterschiedlich behandelt werden müssen, wurde konsequent angewandt. Am Beispiel der Choriotopstruktur wurde gezeigt, daß die Auswahl des Analyseverfahrens das Ergebnis der ökologischen Interpretation multivariater statistischer Auswertung beeinflußt. Die Daten der Korngrößen-Verteilung wurden vergleichend einer univariaten und einer multivariaten statistischen Analyse unterworfen. Mit dem univariaten Verfahren wurden die Gradienten der ökologisch relevanten Korngrößen-Parameter eher erkannt als mit dem multivariaten Verfahren. Die Auswirkungen von Gewässerversauerung sowie anderer Umweltfaktoren (insgesamt 42 Faktoren) auf die Lebensgemeinschaften wurden anhand der Parameter Artenzahl, Besiedlungsdichte, Körpergröße und Biomasse untersucht. Abundanz, Biomasse und Körpergröße sowie die Umweltfaktoren wurden auf einem horizontalen Gradienten, d.h. im Längslauf der Bäche, und auf einem vertikalen Gradienten, d.h. fließende Welle / Bryorheon / Benthon versus Hyporheon, untersucht. Es wurde ein terminologisches System für die Kompartimente in der Fließgewässer-Aue vorgeschlagen, das in sich einheitlich ist. Es wurde ein neuer Moos-Vitalitätsindex für die Moospolster vorgestellt. Es wurden Bestimmungsschlüssel für die Larven der Chloroperlidae (Steinfliegen-Familie) und der Empididae (Tanzfliegen) in den beiden Harzbächen entwickelt. Die untersuchten Bachstrecken waren frei von Abwasserbelastung. An zwei Stellen wurde Wasser für einen Forellenteich ausgeleitet. Abgesehen von zwei meterhohen Abstürzen in der Großen Söse waren wasserbauliche Veränderungen ohne große Bedeutung. Das Abfluß-Regime war insofern nicht mehr natürlich, als beide Bäche in das System der bergbaulichen Bewässerungsgräben des Oberharzes eingebunden sind. Die Söse hatte ein F-nivopluviales Abfluß-Regime, der abflußreichste Doppelmonat war der März / April, die Unregelmäßigkeit des Abfluß-Regimes war sehr hoch, die Vorhersagbarkeit sehr niedrig, die monatlichen Abfluß-Maxima wiesen eine sehr geringe Konstanz auf. Der Zeitraum der biologischen Probenahme wurde von überdurchschnittlich vielen Tagen mit mäßig erhöhten Abflüssen geprägt, sehr große Hochwasser-Wellen fehlten aber. Die Abfluß-Dynamik wurde statistisch beschrieben. Das hydraulische Regime wurde anhand der Meßgrößen Fließgeschwindigkeit, Fließkraft und FROUDE-Zahl dargestellt. Der Zusammenhang zwischen Abfluß und Fließgeschwindigkeit auf der einen Seite und der Korngrößen-Verteilung auf der anderen Seite wurde statistisch untersucht, ebenfalls zwischen dem Abfluß und dem Kohlenstoff- und Stickstoff-Gehalt der Feinstpartikel sowie dem Wasserchemismus. In den Phasen ohne Hochwasser hatte das Hyporheal die Funktion einer Senke für Feinstkörner. Das Bachbett der Alten Riefensbeek war stabiler als das der Großen Söse. Insgesamt gesehen war das hyporheische Sediment in den quellnahen Abschnitten grobkörniger und auf den quellfernen Strecken feinkörniger. Der prozentuale Anteil der Feinstkörner im Hyporheal und Benthal nahm aber im Längslauf der Bäche ab. Dies ist ungewöhnlich, konnte aber nicht plausibel mit geologischen und hydrologischen Meßgrößen erklärt werden. Beide Bäche waren sommerkalt. Der Einfluß der Wassertemperatur auf die Larvalentwicklung wurde beispielhaft an den Taxa Baetis spp. und Leuctra gr. inermis untersucht. Es gab eine Tendenz, daß der Kohlenstoff- und Stickstoff-Gehalt der Feinstpartikel vom Benthal in das Hyporheal anstieg. Dies war ein weiterer Hinweis darauf, daß das Hyporheal die Funktion einer Senke und Vorratskammer für Nährstoffe hat. Der Zusammenhang zwischen partikulärer und gelöster Kohlenstoff-Fraktion wurde diskutiert. Im Hyporheon war die Nitrifikation nicht stärker als in der fließenden Welle. Es gab Hinweise, daß die sauren pH-Werte in der Großen Söse die Nitrifikation hemmten. Die Valenzen der Moos- und Tier-Taxa bezüglich Fließgeschwindigkeit, pH-Wert, Alkalinität sowie der Gehalte von Sauerstoff, Calcium, Magnesium, Kalium und Natrium wurden zusammengestellt. Das hyporheische Sediment war sehr grob und hatte eine hohe Porosität. Der Austausch zwischen fließender Welle und hyporheischem Wasser konnte deshalb sehr schnell erfolgen, es gab keine intergranulare Sprungschicht, die physikalischen und chemischen Tiefengradienten waren in den meisten Fällen gar nicht ausgeprägt oder nur sehr flach. Die Wassertemperatur des Freiwassers unterschied sich nicht signifikant von derjenigen im hyporheischen Wasser. Es gab -- von wenigen Ausnahmen bei pH-Wert, Leitfähigkeit und Sauerstoffgehalt abgesehen -- keine signifikanten Unterschiede zwischen dem Wasserchemismus der fließenden Welle und dem des Hyporheals. Die physikalischen und chemischen Voraussetzungen für die Refugialfunktion des Hyporheons waren deshalb für versauerungsempfindliche Taxa nicht gegeben. In der Tiefenverteilung der untersuchten Tiergruppen im Hyporheal lag das Maximum der Abundanz bzw. Biomasse häufiger in 10 cm als in 30 cm Tiefe. Daraus läßt sich aber keine allgemeine Gesetzmäßigkeit ableiten. Es wurde durchgehend die Definition angewendet, daß die Gewässerversauerung durch den Verlust an Pufferkapazität charakterisiert ist. Saure Gewässer können, müssen aber nicht versauert sein; versauerte Gewässer können, müssen aber nicht saures Wasser haben. Maßstab für das Pufferungsvermögen eines Gewässers ist nicht der pH-Wert, sondern sind die Alkalinität und andere chemische Versauerungsparameter. Der pH-Wert war auch operativ nicht als Indikator für Gewässerversauerung anwendbar. Die chemische Qualität des Bachwassers der Großen Söse entsprach aufgrund der Versauerung nicht den umweltrechtlichen Vorgaben bezüglich der Parameter pH-Wert, Aluminium, Eisen und Mangan, bzgl. Zink galt dies nur an S1. In der Alten Riefensbeek genügte das Hyporheal-Wasser in 30 cm Tiefe an R2 bzgl. des Sauerstoff-Gehalts nicht den umweltrechtlichen Anforderungen. Nur im Freiwasser an R1 genügten die Ammonium-Werte den Vorgaben der EG-Fischgewässer-Richtlinie, der Grenzwert wurde an allen anderen Meßstellen und Entnahmetiefen überschritten. Das BSB-Regime in allen Entnahmetiefen an R2, im Freiwasser an R3 und S1, im Hyporheal an R1 sowie in 30 cm Tiefe an R3 genügte nicht den Anforderungen der Fischgewässer-Richtlinie. Der Grenzwert für Gesamt-Phosphor wurde an S3 überschritten. In der Großen Söse war der Aluminium-Gehalt so hoch, daß anorganisches und organisches Aluminium unterschieden werden konnten. Besonders hohe Gehalte an toxischem anorganischen Aluminium wurden an Tagen mit Spitzen-Abflüssen und Versauerungsschüben gemessen. Erst die Ermittlung verschiedener chemischer Versauerungsparameter zeigte, daß auch die alkalischen Probestellen R2 und R3 mindestens versauerungsempfindlich waren. Die Messung bzw. Berechnung von chemischen Versauerungsparametern sollte deshalb zum Routineprogramm bei der Untersuchung von Gewässerversauerung gehören. Zu Beginn des Untersuchungsprogramms war angenommen worden, daß die mittleren und unteren Abschnitte der Alten Riefensbeek unversauert sind. Dieser Ansatz des Untersuchungsprogramms, einen unversauerten Referenzbach (Alte Riefensbeek) mit einem versauerten Bach (Große Söse) zu vergleichen, mußte nach der Berechnung von chemischen Versauerungsindikatoren sowie der Analyse der Abundanz- und Biomasse-Werte modifiziert werden. Es gab einen Versauerungsgradienten entlang der Probestellen: R1 (unversauert) R2 und R3 (versauerungsempfindlich bis episodisch leicht versauert) S2 und S3 (dauerhaft versauert) S1 (dauerhaft stark versauert). An S1 war das Hydrogencarbonat-Puffersystem vollständig, an S2 und S3 zeitweise ausgefallen. Die Versauerungslage an R2 und R3 war also schlechter als vorausgesehen. Unterschiede im Versauerungsgrad zwischen den Meßstellen waren nicht so sehr in unterschiedlichen Eintragsraten von versauernden Stoffen aus der Luft begründet, sondern in unterschiedlichen Grundgesteinen mit unterschiedlichem Puffervermögen. Der Anteil der verschiedenen sauren Anionen an der Versauerung wurde untersucht, die chemischen Versauerungsmechanismen wurden mit Hilfe von Ionenbilanzen und verschiedenen Versauerungsquotienten analysiert. Die beiden untersuchten Bäche waren von anthropogener Versauerung betroffen. Dabei spielte die Schwefel-Deposition (Sulfat) eine größere Rolle als die Stickstoff-Deposition (Nitrat). Die Probestelle S1 war immer schon in unbekanntem Maß natürlich sauer. Dieser natürlich saure Zustand wurde von der hinzugekommenen anthropogenen Versauerung bei weitem überragt. Die wenigen gewässerökologischen Daten, die im Wassereinzugsgebiet der Söse vor 1986 gewonnen wurden, deuten darauf hin, daß die Versauerung in den 70er und in der ersten Hälfte der 80er Jahre vom Boden und Gestein in die Bäche durchgeschlagen war. Dieser Versauerungsprozeß begann vermutlich vor 1973 in den Quellen auf dem Acker-Bruchberg und bewegte sich im Laufe der Jahre immer weiter talwärts in Richtung Trinkwasser-Talsperre. Der Mangel an (historischen) freilandökologischen Grundlagendaten war nicht nur im Untersuchungsgebiet, sondern ist allgemein in der Versauerungsforschung ein Problem. Wenn sich das Vorkommen von nah verwandten Arten (weitgehend) ausschließt, kann dies an der Versauerung liegen, z.B. war die Alte Riefensbeek ein Gammarus-Bach, die Große Söse ein Niphargus-Bach; dieses muß aber nicht an der Versauerung liegen, z.B. fehlte Habroleptoides confusa im Hyporheos an R3, Habrophlebia lauta hatte dagegen ihr Abundanz- und Biomasse-Maximum an R3. Zugleich lag das Maximum des prozentualen Anteils von Grobsand an R3, eine mögliche Ursache für diese interspezifische Konkurrenz. Die biologische Indikation von Gewässerversauerung mit Hilfe der Säurezustandsklassen funktionierte nicht in den beiden Harzbächen. Es wurde deshalb ein biologischer Versauerungsindex vorgeschlagen; dieser wurde nicht am pH-Wert kalibriert, sondern an der chemischen Versauerungslage, gekennzeichnet durch die Alkalinität und andere chemische Meßgrößen der Versauerung. Dafür wurden aufgrund der qualitativen und quantitativen Daten die häufigeren Taxa in die vier Klassen deutlich versauerungsempfindlich, mäßig versauerungsempfindlich, mäßig versauerungstolerant und deutlich versauerungstolerant eingeteilt. Es reicht nicht aus, die biologischen Folgen von Gewässerversauerung sowie Veränderungen in der Nährstoff-Verfügbarkeit und im sonstigen Wasserchemismus nur anhand der Artenzahl oder des Artenspektrums abzuschätzen. Vielmehr müssen quantitative Methoden wie die Ermittlung der Abundanzen angewandt werden, um anthropogene und natürliche Störungen des Ökosystems zu erfassen. Es wurde eine Strategie für die behördliche Gewässergüteüberwachung von Bachoberläufen vorgeschlagen, die flächendeckend die Versauerungsgefährdung erfassen kann. Die Auswirkungen der zeitlichen Dynamik des Versauerungschemismus wurden am Beispiel des versauerungsempfindlichen Taxons Baetis spp. (Eintagsfliegen) dargestellt. An S2 und S3 kam es zu starken Versauerungsschüben. Baetis konnte sich nicht ganzjährig halten, sondern nur in versauerungsarmen Phasen im Sommer und im Herbst; es gab einen Besiedlungskreislauf aus Ausrottungs- und Wiederbesiedlungsphasen. Die temporäre Population von Baetis an S2 und S3 bestand nur aus ersten Larvenstadien. Die Probestellen wurden auf horizontalen Gradienten der Umweltfaktoren angeordnet. Bei einigen Parametern gab es keinen Gradienten (z.B. Sauerstoff-Gehalt), bei anderen Parametern waren die Meßstellen auf sehr flachen Gradienten angeordnet (z.B. C:N-Quotient der Feinstkörner), bei den restlichen Meßgrößen waren die Gradienten sehr deutlich (z.B. Alkalinität). Bei den Längsgradienten von Abundanz und Biomasse waren alle Möglichkeiten vertreten: Zunahme (z.B. Leuctra pseudosignifera), Abnahme (z.B. Gammarus pulex), Maximum an der mittleren Probestelle (z.B. Leuctra pseudocingulata) und kein signifikanter Trend (z.B. Nemoura spp.). Abundanz und Biomasse zahlreicher taxonomischer Einheiten hatten ihr Maximum im Längslauf an den quellnächsten Probestellen R1 und S1, z.B. Protonemura spp. und Plectrocnemia spp. Die Lebensgemeinschaften an R1 und S1 waren allerdings völlig unterschiedlich zusammengesetzt. Die häufig vertretene Annahme, versauerte Gewässer seien biologisch tot, ist falsch. Unter Anwendung des 3. biozönotischen Grundprinzips wurde das Maximum von Abundanz und Biomasse in den quellnahen Abschnitten mit dem eustatistischen (stabilen) Regime von Wassertemperatur, Abfluß und Protonen-Gehalt, in der Alten Riefensbeek auch von Alkalinität und ALMER-Relation erklärt. Aufgrund der natürlichen und anthropogenen Störungen war im Längslauf der untersuchten Bäche keine natürliche biozönotische Gliederung des Artenbestands erkennbar. Die Korrelationsberechnungen zwischen den Umweltfaktoren und der Taxazahl ergaben, daß in erster Linie versauerungsrelevante Parameter -- Gehalte saurer Anionen, basischer Kationen und von Metallen, Alkalinität usw. -- die höchsten Korrelationskoeffizienten mit der Taxa-Zahl hatten; unter den natürlichen Meßgrößen zählten nur die Gehalte von DOC und TIC sowie der Anteil der Sande zu der Gruppe mit den höchsten Korrelationskoeffizienten. Die Korrelationsberechnungen zwischen den Umweltfaktoren und den Abundanzen ergab dagegen, daß die quantitative Zusammensetzung der Lebensgemeinschaft nicht nur durch die anthropogene Gewässerversauerung, sondern mindestens genauso durch einige natürliche Meßgrößen beeinflußt wurde. Es gab in den Harzbächen keinen ökologischen Superfaktor, der die quantitative Zusammensetzung der Lebensgemeinschaft überwiegend bestimmte. Auch die Meßgrößen der anthropogenen Gewässerversauerung waren nicht solch ein Superfaktor. Einen ähnlich hohen Einfluß auf die quantitative Zusammensetzung der Lebensgemeinschaft hatten die geologisch bestimmten Umweltfaktoren Leitfähigkeit und TIC-Gehalt, der von der Landnutzung bestimmte DOC-Gehalt sowie der Chlorid-Gehalt, der geologisch, möglicherweise aber auch durch den Eintrag von Straßensalz bestimmt wird. Die Mischung von anthropogenen und natürlichen Faktoren wurde in einem Modell der Wirkung von abiotischen Faktoren auf Bryorheos und Hyporheos dargestellt. Als Beispiel für die zeitliche Nutzung ökologischer Nischen wurde die Verteilung der Larven und Adulten der Dryopidae (Hakenkäfer) im Hyporheos und Bryorheos untersucht. Die Larven wurden vorzugsweise im Hyporheon, die Adulten im Bryorheon angetroffen. Die untersuchten Taxa wurden in die Varianten bryorheobiont, bryorheophil, bryorheotolerant, bryorheoxen und bryorheophob bzw. hyporheobiont, hyporheophil, hyporheotolerant, hyporheoxen und hyporheophob eingeteilt, um ihre räumliche Nutzung ökologischer Nischen zu beschreiben. Die gängige Lehrmeinung, daß das Hyporheon die Kinderstube benthaler Makroinvertebraten ist, konnte für zahlreiche Taxa bestätigt werden (z.B. Habrophlebia lauta). Für die bryorheophilen Taxa (z.B. Gammarus pulex und Baetis spp.) trifft diese Lehrmeinung in den beiden Harzbächen nicht zu. Vielmehr übernimmt das Bryorheon die Funktion einer Kinderstube. Die Larven von Plectrocnemia conspersa / geniculata sowie von Baetis spp. und Amphinemura spp. / Protonemura spp. neben Gammarus pulex zeigten eine Habitatbindung, die erstgenannte Gattung an das Hyporheal, die letztgenannten 3 Taxa an untergetauchte Moospolster (Bryorheal). Die Idee von der Funktion des Hyporheals als Kinderstube der Larven und Jungtiere, als Schutzraum gegen die Verdriftung durch Strömung und vor Fraßdruck durch Räuber sowie als Ort hohen Nahrungsangebots mußte für die letztgenannten 3 Taxa abgelehnt werden. Für sie übernahm das Bryorheal diese Aufgaben. Zwar waren die beiden Bäche oligotroph und die Nahrungsqualität der Feinstkörner im Hyporheal war niedrig. Die Abundanz- und Biomasse-Werte im Bryorheos und Hyporheos gehörten aber zu den weltweit höchsten. Es wurde das Paradoxon diskutiert, daß im Hyporheon der beiden Bäche Diatomeen-Rasen gefunden wurden, obwohl das Hyporheon lichtlos sein soll. Das Hyporheon wurde als ein Ökoton zwischen Benthon / Rheon und Stygon angesehen. Es wurden vier Haupttypen des Hyporheons beschrieben. Wegen des sehr unterschiedlichen Charakters des Hyporheons in verschiedenen Fließgewässern gibt es keinen einheitlichen Satz von abiotischen und biotischen Faktoren, mit denen das Hyporheon vom Benthon und Stygon abgegrenzt werden kann. In den beiden Harzbächen ähnelte das Hyporheon mehr dem Benthon als dem Stygon. Es konnte nicht anhand der chemischen Meßgrößen vom Benthon abgegrenzt werden, sondern anhand der physikalischen Meßgrößen Trübung und der Anteile von Feinsand und Schluffe/Tone sowie anhand der biologischen Parameter Summen-Abundanz und Summen-Biomasse. Aus der Typologie des Hyporheons folgt, daß ein bestimmtes Hyporheon nicht alle in der Literatur beschriebenen Funktionen innerhalb der Fließgewässer-Aue übernehmen kann. Es wurde ein Schema entwickelt, mit dem sich die optimale Liste der Parameter für die Untersuchung eines bestimmten Hyporheons auswählen läßt. Der Tendenz in der Fließgewässer-Ökologie, immer neue Konzepte zu entwickeln, die allgemeingültig sein sollen, wurde das Konzept vom individuellen Charakter von Fließgewässer-Ökosystemen entgegengestellt.

The four major N- and C-terminal splice variants of the excitatory amino acid transporter GLT-1 form cell surface homomeric and heteromeric assemblies

The L-glutamate transporter GLT-1 is an abundant CNS membrane protein of the excitatory amino acid transporter (EAAT) family which controls extracellular L-glutamate levels and is important in limiting excitotoxic neuronal death. Using RT-PCR, we have determined that four mRNAs encoding GLT-1 exist in mouse brain, with the potential to encode four GLT-1 isoforms that differ in their N- and C-termini. We expressed all four isoforms (termed MAST-KREK, MPK-KREK, MAST-DIETCI and MPK-DIETCI according to amino acid sequence) in a range of cell lines and primary astrocytes and show that each isoform can reach the cell surface. In transfected HEK-293 or COS-7 cells, all four isoforms support high-affinity sodium-dependent L-glutamate uptake with identical pharmacological and kinetic properties. Inserting a viral epitope (V5, HA or FLAG) into the second extracellular domain of each isoform allowed co-immunoprecipitation and tr-FRET studies using transfected HEK-293 cells. Here we show for the first time that each of the four isoforms are able to combine to form homomeric and heteromeric assemblies, each of which are expressed at the cell surface of primary astrocytes. After activation of protein kinase C by phorbol ester, V5-tagged GLT-1 is rapidly removed from the cell surface of HEK-293 cells and degraded. This study provides direct biochemical evidence for oligomeric assembly of GLT-1 and reports the development of novel tools to provide insight into the trafficking of GLT-1.

Naturally occurring radioactive material (NORM) from a former phosphoric acid processing plant

In recent years there has been an increasing awareness of the radiological impact of non-nuclear industries that extract and/or process ores and minerals containing naturally occurring radioactive material (NORM). These industrial activities may result in significant radioactive contamination of (by-) products, wastes and plant installations. In this study, scale samples were collected from a decommissioned phosphoric acid processing plant. To determine the nature and concentration of NORM retained in pipe-work and associated process plant, four main areas of the site were investigated: (1) the 'Green Acid Plant', where crude acid was concentrated; (2) the green acid storage tanks; (3) the Purified White Acid (PWA) plant, where inorganic impurities were removed; and (4) the solid waste, disposed of on-site as landfill. The scale samples predominantly comprise the following: fluorides (e.g. ralstonite); calcium sulphate (e.g. gypsum); and an assemblage of mixed fluorides and phosphates (e.g. iron fluoride hydrate, calcium phosphate), respectively. The radioactive inventory is dominated by U-238 and its decay chain products, and significant fractionation along the series occurs. Compared to the feedstock ore, elevated concentrations (<= 8.8 Bq/g) of U-238 Were found to be retained in installations where the process stream was rich in fluorides and phosphates. In addition, enriched levels (<= 11 Bq/g) of Ra-226 were found in association with precipitates of calcium sulphate. Water extraction tests indicate that many of the scales and waste contain significantly soluble materials and readily release radioactivity into solution. (c) 2005 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Sequential extraction and single-step cold-acid extraction: A feasibility study for use with freshwater-canal sediments

This investigation examines metal release from freshwater sediment using sequential extraction and single-step cold-acid leaching. The concentrations of Cd, Cr, Cu, Fe, Ni, Pb and Zn released using a standard 3-step sequential extraction (Rauret et al., 1999) are compared to those released using a 0.5 M HCl; leach. The results show that the three sediments behave in very different ways when subject to the same leaching experiments: the cold-acid extraction appears to remove higher relative concentrations of metals from the iron-rich sediment than from the other two sediments. Cold-acid extraction appears to be more effective at removing metals from sediments with crystalline iron oxides than the "reducible" step of the sequential extraction. The results show that a single-step acid leach can be just as effective as sequential extractions at removing metals from sediment and are a great deal less time-consuming.

Aqueous geochemistry and oxygen isotope compositions of acid mine drainage from the Río Tinto, SW Spain, highlight inconsistencies in current models

The Rio Tinto river in SW Spain is a classic example of acid mine drainage and the focus of an increasing amount of research including environmental geochemistry, extremophile microbiology and Mars-analogue studies. Its 5000-year mining legacy has resulted in a wide range of point inputs including spoil heaps and tunnels draining underground workings. The variety of inputs and importance of the river as a research site make it an ideal location for investigating sulphide oxidation mechanisms at the field scale. Mass balance calculations showed that pyrite oxidation accounts for over 93% of the dissolved sulphate derived from sulphide oxidation in the Rio Tinto point inputs. Oxygen isotopes in water and sulphate were analysed from a variety of drainage sources and displayed delta O-18((SO4-H2O)) values from 3.9 to 13.6 parts per thousand, indicating that different oxidation pathways occurred at different sites within the catchment. The most commonly used approach to interpreting field oxygen isotope data applies water and oxygen fractionation factors derived from laboratory experiments. We demonstrate that this approach cannot explain high delta O-18((SO4-H2O)) values in a manner that is consistent with recent models of pyrite and sulphoxyanion oxidation. In the Rio Tinto, high delta O-18((SO4-H2O)) values (11.2-13.6 parts per thousand) occur in concentrated (Fe = 172-829 mM), low pH (0.88-1.4), ferrous iron (68-91% of total Fe) waters and are most simply explained by a mechanism involving a dissolved sulphite intermediate, sulphite-water oxygen equilibrium exchange and finally sulphite oxidation to sulphate with O-2. In contrast, drainage from large waste blocks of acid volcanic tuff with pyritiferous veins also had low pH (1.7). but had a low delta O-18((SO4-H2O)) value of 4.0 parts per thousand and high concentrations of ferric iron (Fe(III) = 185 mM, total Fe = 186 mM), suggesting a pathway where ferric iron is the primary oxidant, water is the primary source of oxygen in the sulphate and where sulphate is released directly from the pyrite surface. However, problems remain with the sulphite-water oxygen exchange model and recommendations are therefore made for future experiments to refine our understanding of oxygen isotopes in pyrite oxidation. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Effect of dietary supplementation with selenium-enriched yeast or sodium selenite on selenium tissue distribution and meat quality in beef cattle

The objective was to determine the concentration of total selenium (Se) and the proportion of total Se comprised as selenomethionine (SeMet) and selenocysteine (SeCys) in post mortem tissues of beef cattle offered diets containing graded additions of selenized enriched yeast (SY) [Saccharomyces cerevisae CNCM I-3060]), or sodium selenite (SS). Oxidative stability and tissue glutathione peroxidase (GSH-Px) activity of edible muscle tissue were assessed 10 d post-mortem. Thirty two beef cattle were offered, for a period of 112 d, a total mixed ration which had either been supplemented with SY (0, 0.15 or 0.35 mg Se/kg DM) or SS (0.15 mg Se/kg DM). At enrollment (0 d) and at 28, 56, 84 and 112 d following enrollment, blood samples were taken for Se and Se species determination, as well as whole blood GSH-Px activity. At the end of the study beef cattle were euthanized and samples of heart, liver, kidney, and skeletal muscle (LM and psoas major) were retained for Se and Se species determination. Tissue GSH-Px activity and thiobarbituric acid reactive substances (TBARS) were determined in skeletal muscle tissue (LM only). The incorporation into the diet of ascending concentrations of Se as SY increased whole blood total Se and the proportion of total Se comprised as SeMet, as well as GSH-Px activity. There was also a dose dependant response to the graded addition of SY on total Se and proportion of total Se as SeMet in all tissues and GSH-Px activity in skeletal muscle tissue. Furthermore, total Se concentration of whole blood and tissues was greater in those animals offered SY when compared with those receiving a comparable dose of SS, indicating an improvement in Se availability and tissue Se retention. Likewise, GSH-Px activity in whole blood and LM was greater in those animals offered SY when compared with those receiving a comparable dose of SS. However, these increases in tissue total Se and GSH-Px activity appeared to have little or no effect in meat oxidative stability.

Effects of dietary supplementation with selenium enriched yeast or sodium selenite on selenium tissue distribution and meat quality in lambs

The objective was to determine the concentration of total selenium (Se) and the proportion of total Se comprised as selenomethionine (SeMet) and selenocysteine (SeCys), as well as meat quality in terms of oxidative stability in post mortem tissues of lambs offered diets with an increasing dose rate of selenized enriched yeast (SY), or sodium selenite (SS). Fifty lambs were offered, for a period of 112 d, a total mixed ration which had either been supplemented with SY (0, 0.11, 0.21 or 0.31 mg/kg DM to give total Se contents of 0.19, 0.3, 0.4 and 0.5 mg Se/kg DM for treatments T1, T2, T3 and T4, respectively) or SS (0.11 mg/kg DM to give 0.3 mg Se/kg DM total Se [T5]). At enrolment and at 28, 56, 84 and 112 d following enrolment, blood samples were taken for Se and Se species determination, as well as glutathione peroxidase (GSH-Px) activity. At the end of the study lambs were euthanased and samples of heart, liver, kidney, and skeletal muscle were retained for Se and Se species determination. Tissue GSH-Px activity and thiobarbituric acid reactive substances (TBARS) were determined in Longissimus Thoracis. The incorporation into the diet of ascending concentrations of Se as SY increased whole blood total Se and the proportion of total Se comprised as SeMet, and erythrocyte GSH-Px activity. Comparable doses of SS supplementation did not result in significant differences between these parameters. With the exception of kidney tissue, all other tissues showed a dose dependant response to increasing concentrations of dietary SY, such that total Se and SeMet increased. Selenium content of Psoas Major was higher in animals fed SY when compared to a similar dose of SS, indicating improvements in Se availability and retention. There were no significant treatment effects on meat quality assessments GHS-Px and TBARS, reflecting the lack of difference in the proportion of total Se that was comprised as SeCys. However, oxidative stability improved marginally with ascending tissue Se content, providing an indication of a linear dose response whereby TBARS improved with ascending SY inclusion.

Iron Uptake and Homeostasis in Microorganisms

Preface. Iron is considered to be a minor element employed, in a variety of forms, by nearly all living organisms. In some cases, it is utilised in large quantities, for instance for the formation of magnetosomes within magnetotactic bacteria or during use of iron as a respiratory donor or acceptor by iron oxidising or reducing bacteria. However, in most cases the role of iron is restricted to its use as a cofactor or prosthetic group assisting the biological activity of many different types of protein. The key metabolic processes that are dependent on iron as a cofactor are numerous; they include respiration, light harvesting, nitrogen fixation, the Krebs cycle, redox stress resistance, amino acid synthesis and oxygen transport. Indeed, it is clear that Life in its current form would be impossible in the absence of iron. One of the main reasons for the reliance of Life upon this metal is the ability of iron to exist in multiple redox states, in particular the relatively stable ferrous (Fe2+) and ferric (Fe3+) forms. The availability of these stable oxidation states allows iron to engage in redox reactions over a wide range of midpoint potentials, depending on the coordination environment, making it an extremely adaptable mediator of electron exchange processes. Iron is also one of the most common elements within the Earth’s crust (5% abundance) and thus is considered to have been readily available when Life evolved on our early, anaerobic planet. However, as oxygen accumulated (the ‘Great oxidation event’) within the atmosphere some 2.4 billion years ago, and as the oceans became less acidic, the iron within primordial oceans was converted from its soluble reduced form to its weakly-soluble oxidised ferric form, which precipitated (~1.8 billion years ago) to form the ‘banded iron formations’ (BIFs) observed today in Precambrian sedimentary rocks around the world. These BIFs provide a geological record marking a transition point away from the ancient anaerobic world towards modern aerobic Earth. They also indicate a period over which the bio-availability of iron shifted from abundance to limitation, a condition that extends to the modern day. Thus, it is considered likely that the vast majority of extant organisms face the common problem of securing sufficient iron from their environment – a problem that Life on Earth has had to cope with for some 2 billion years. This struggle for iron is exemplified by the competition for this metal amongst co-habiting microorganisms who resort to stealing (pirating) each others iron supplies! The reliance of micro-organisms upon iron can be disadvantageous to them, and to our innate immune system it represents a chink in the microbial armour, offering an opportunity that can be exploited to ward off pathogenic invaders. In order to infect body tissues and cause disease, pathogens must secure all their iron from the host. To fight such infections, the host specifically withdraws available iron through the action of various iron depleting processes (e.g. the release of lactoferrin and lipocalin-2) – this represents an important strategy in our defence against disease. However, pathogens are frequently able to deploy iron acquisition systems that target host iron sources such as transferrin, lactoferrin and hemoproteins, and thus counteract the iron-withdrawal approaches of the host. Inactivation of such host-targeting iron-uptake systems often attenuates the pathogenicity of the invading microbe, illustrating the importance of ‘the battle for iron’ in the infection process. The role of iron sequestration systems in facilitating microbial infections has been a major driving force in research aimed at unravelling the complexities of microbial iron transport processes. But also, the intricacy of such systems offers a challenge that stimulates the curiosity. One such challenge is to understand how balanced levels of free iron within the cytosol are achieved in a way that avoids toxicity whilst providing sufficient levels for metabolic purposes – this is a requirement that all organisms have to meet. Although the systems involved in achieving this balance can be highly variable amongst different microorganisms, the overall strategy is common. On a coarse level, the homeostatic control of cellular iron is maintained through strict control of the uptake, storage and utilisation of available iron, and is co-ordinated by integrated iron-regulatory networks. However, much yet remains to be discovered concerning the fine details of these different iron regulatory processes. As already indicated, perhaps the most difficult task in maintaining iron homeostasis is simply the procurement of sufficient iron from external sources. The importance of this problem is demonstrated by the plethora of distinct iron transporters often found within a single bacterium, each targeting different forms (complex or redox state) of iron or a different environmental condition. Thus, microbes devote considerable cellular resource to securing iron from their surroundings, reflecting how successful acquisition of iron can be crucial in the competition for survival. The aim of this book is provide the reader with an overview of iron transport processes within a range of microorganisms and to provide an indication of how microbial iron levels are controlled. This aim is promoted through the inclusion of expert reviews on several well studied examples that illustrate the current state of play concerning our comprehension of how iron is translocated into the bacterial (or fungal) cell and how iron homeostasis is controlled within microbes. The first two chapters (1-2) consider the general properties of microbial iron-chelating compounds (known as ‘siderophores’), and the mechanisms used by bacteria to acquire haem and utilise it as an iron source. The following twelve chapters (3-14) focus on specific types of microorganism that are of key interest, covering both an array of pathogens for humans, animals and plants (e.g. species of Bordetella, Shigella, , Erwinia, Vibrio, Aeromonas, Francisella, Campylobacter and Staphylococci, and EHEC) as well as a number of prominent non-pathogens (e.g. the rhizobia, E. coli K-12, Bacteroides spp., cyanobacteria, Bacillus spp. and yeasts). The chapters relay the common themes in microbial iron uptake approaches (e.g. the use of siderophores, TonB-dependent transporters, and ABC transport systems), but also highlight many distinctions (such as use of different types iron regulator and the impact of the presence/absence of a cell wall) in the strategies employed. We hope that those both within and outside the field will find this book useful, stimulating and interesting. We intend that it will provide a source for reference that will assist relevant researchers and provide an entry point for those initiating their studies within this subject. Finally, it is important that we acknowledge and thank wholeheartedly the many contributors who have provided the 14 excellent chapters from which this book is composed. Without their considerable efforts, this book, and the understanding that it relays, would not have been possible. Simon C Andrews and Pierre Cornelis

EfeUOB (YcdNOB) is a tripartite, acid-induced and CpxAR-regulated, low-pH Fe2+ transporter that is cryptic in Escherichia coli K-12 but functional in E-coli O157 : H7

Escherichia coli possesses iron transporters specific for either Fe2+ or Fe3+. Although Fe2+ is far more soluble than Fe3+, it rapidly oxidizes aerobically at pH >= 7. Thus, FeoAB, the major Fe2+ transporter of E. coli, operates anaerobically. However, Fe2+ remains stable aerobically under acidic conditions, although a low-pH Fe2+ importer has not been previously identified. Here we show that ycdNOB (efeUOB) specifies the first such transporter. efeUOB is repressed at high pH by CpxAR, and is Fe2+-Fur repressed. EfeU is homologous to the high-affinity iron permease, Ftr1p, of Saccharomyces cerevisiae and other fungi. EfeO is periplasmic with a cupredoxin N-terminal domain; EfeB is also periplasmic and is haem peroxidase-like. All three Efe proteins are required for Efe function. The efeU gene of E. coli K-12 is cryptic due to a frameshift mutation - repair of the single-base-pair deletion generates a functional EfeUOB system. In contrast, the efeUOB operon of the enterohaemorrhagic strain, O157:1147, lacks any frameshift and is functional. A 'wild-type' K-12 strain bearing a functional EfeUOB displays a major growth advantage under aerobic, low-pH, low-iron conditions when a competing metal is provided. Fe-55 transport assays confirm the ferrous iron specificity of EfeUOB.

Global iron-dependent gene regulation in Escherichia coli - A new mechanism for iron homeostasis

Organisms generally respond to iron deficiency by increasing their capacity to take up iron and by consuming intracellular iron stores. Escherichia coli, in which iron metabolism is particularly well understood, contains at least 7 iron-acquisition systems encoded by 35 iron-repressed genes. This Fe-dependent repression is mediated by a transcriptional repressor, Fur ( ferric uptake regulation), which also controls genes involved in other processes such as iron storage, the Tricarboxylic Acid Cycle, pathogenicity, and redox-stress resistance. Our macroarray-based global analysis of iron- and Fur-dependent gene expression in E. coli has revealed several novel Fur-repressed genes likely to specify at least three additional iron- transport pathways. Interestingly, a large group of energy metabolism genes was found to be iron and Fur induced. Many of these genes encode iron- rich respiratory complexes. This iron- and Fur-dependent regulation appears to represent a novel iron-homeostatic mechanism whereby the synthesis of many iron- containing proteins is repressed under iron- restricted conditions. This mechanism thus accounts for the low iron contents of fur mutants and explains how E. coli can modulate its iron requirements. Analysis of Fe-55-labeled E. coli proteins revealed a marked decrease in iron- protein composition for the fur mutant, and visible and EPR spectroscopy showed major reductions in cytochrome b and d levels, and in iron- sulfur cluster contents for the chelator-treated wild-type and/or fur mutant, correlating well with the array and quantitative RT-PCR data. In combination, the results provide compelling evidence for the regulation of intracellular iron consumption by the Fe2+-Fur complex.

Micellar catalysis for partial oxidation of toluene to benzoic acid in supercritical CO2: effects of fluorinated surfactants

One of the key hindrances on development of solid catalysts containing cobalt species for partial oxidation of organic molecules at mild conditions in conventional liquid phase is the severe metal leaching. The leached soluble Co species with a higher degree of freedom always out-performs those of solid supported Co species in oxidation catalysis. However, the homogeneous Co species concomitantly introduces separation problems. We have recently reponed for the first time, a new oxidation catalyst system for the oxidation of organic molecules in supercritical CO2 using the principle of micellar catalysis. [CF3(CF2)(8)COO](2)Co.xH(2)O (the fluorinated anionic moiety forms aqueous reverse micelles carrying water-soluble Co2+ cations in scCO(2)) was previously shown to be extremely active for the oxidation of toluene in the presence of sodium bromide in water-CO2 mixture, giving 98% conversion and 99% selectivity to benzoic acid at 120 degreesC. In this study, we show that the effects of varying the type of surfactant counterions and the length of the surfactant chains on catalysis. It is found that the use of [CF3(CF2)(8)COO](2)Mg.yH(2)O/Co(II) acetate is as effective as the [CF3(CF2)(8)COO](2)Co.xH(2)O and the fluorinated chain length used has a subtle effect on the catalytic rate measured. It is also demonstrated that this new type of micellar catalyst in scCO(2) can be easily separated via CO2 depressurisation and be reused without noticeable deactivation. (C) 2003 Elsevier B.V. All rights reserved.