Preliminary Characterization of Novel Extra-cellular Lipase from Penicillium crustosum Under Solid-State Fermentation and its Potential Application for Triglycerides Hydrolysis

Current studies about lipase production involve the use of agro-industrial residues and newly isolated microorganisms aimed at increasing economic attractiveness of the process. Based on these aspects, the main objective of this work is to perform the partial characterization of enzymatic extracts produced by a newly isolated Penicillium crustosum in solid-state fermentation. Lipase extract presented optimal temperature and pH of 37 A degrees C and 9-10, respectively. The concentrated enzymatic extract showed more stability at 25 A degrees C and pH 7. The enzymes kept 100% of their enzymatic activity until 60 days of storage at 4 and -10 A degrees C. The stability under calcium salts indicated that the hydrolytic activity presented decay with the increase of calcium concentration. The specificity under several substrates indicated good enzyme activities in triglycerides from C4 to C18.

Enzyme activity in the small intestine of goat kids during the period of passive immunity acquisition

Enzyme activity of protein and carbohydrate degradation in small intestinal mucosa was investigated in goat kids fed with lyophilized bovine and goat colostrum. At 0,7 and 14 h of life 15 male newborns received 5% of body weight of lyophilized bovine colostrum and 14 goat colostrum, both with 55 mg/mL of IgG. Duodenum, jejunum and ileum samples were collected at 18,36 and 96 h of life. Three animals were sampled at birth, without colostrum intake. Activity of aminopeptidase N and A, dipeptidil peptidase IV, lactase, maltase and sucrase was determined as one international unit per gram of tissue. Intracellular enzymatic activity of acid phosphatase was observed by histochemistry in tissue section. Only the activity of aminopeptidase A in the ileum was affected by treatment, with a greater value for LBC than for GC (P < 0.05). The aminopeptidase N activity was the highest at 36 h in the duodenum (P < 0.05) and lowest at 96 h in the jejunum (P < 0.05). Dipeptidil peptidase IV activity was highest at 36 h in the duodenum (P < 0.05), lowest at 96 h in the jejunum (P < 0.05) and higher at 36 h than at 96 h in the ileum (P < 0.05). Aminopeptidase A activity in the ileum was highest at 36 h (P < 0.05), followed by 18 and 96 h of life (P < 0.05). Lactase activity in the duodenum increased from 18 to 36 h and from 36 to 96 h in the jejunum (P < 0.05). Maltase activity increased only in the duodenum from 18 to 96 h (P < 0.05). Sucrase activity in the jejunum decreased from 18 to 36 h and from 36 to 96 h in the ileum (P < 0.05). At birth, activity of most enzymes was similar to that at later times (P < 0.05). Histochemistry analyses showed a higher frequency of lysosomes with acid phosphatase activity in the duodenum, especially at 36 h of life. In the jejunum, the presence of lysosomes with acid phosphatase activity was the highest at 96 h, followed by 36 and 18 h of life. In the ileum, all samples showed low presence of lysosomes with acid phosphatase activity. These results indicate that lyophilized bovine colostrum, as a heterologous source of antibodies or nutrients, is a possible alternative management tool for goats. The present work also suggests that in the first 4 days of life, enzyme activity in the intestinal epithelium of goats is still not fully stimulated, which is an important characteristic for these animals that depend on macromolecule absorption to acquire passive protection after birth. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Serological evidence of hantavirus infection in rural and urban regions in the state of Amazonas, Brazil

Hantavirus disease is caused by the hantavirus, which is an RNA virus belonging to the family Bunyaviridae. Hantavirus disease is an anthropozoonotic infection transmitted through the inhalation of aerosols from the excreta of hantavirus-infected rodents. In the county of Itacoatiara in the state of Amazonas (AM), Brazil, the first human cases of hantavirus pulmonary and cardiovascular syndrome were described in July 2004. These first cases were followed by two fatal cases, one in the municipality of Maues in 2005 and another in Itacoatiara in 2007. In this study, we investigated the antibody levels to hantavirus in a population of 1,731 individuals from four different counties of AM. Sera were tested by IgG/IgM-enzyme-linked immune-sorbent assay using a recombinant nucleocapsid protein of the Araraquara hantavirus as an antigen. Ten sera were IgG positive to hantavirus (0.6%). Among the positive sera, 0.8% (1/122), 0.4% (1/256), 0.2% (1/556) and 0.9% (7/797) were from Atalaia do Norte, Careiro Castanho, Itacoatiara and Labrea, respectively. None of the sera in this survey were IgM-positive. Because these counties are distributed in different areas of AM, we can assume that infected individuals are found throughout the entire state, which suggests that hantavirus disease could be a local emerging health problem.

Kinetics and product distribution of p-nitrophenyl phosphate dianion solvolysis in ternary DMSO/alcohol/water mixtures are compatible with metaphosphate formation

The rate of solvolysis of p-nitrophenyl phosphate (PNPP) dianion in DMSO/water strongly decreases by increasing water concentration. Addition of linear alcohols (methanol, propanol, butanol, pentanol, and hexanol) at constant DMSO/water molar ratio produced an even sharper rate decrease. Alkyl phosphate formation, resulting from PNPP solvolysis in ternary DMSO/water/alcohol mixtures, increased with alcohol concentration and was essentially temperature independent. Methanol and hexanol were the poorest nucleophiles under all conditions. Activation energies and enthalpies for solvolysis in ternary mixtures were similar and entropies varied with alcohol concentration. Taken together these results can be best interpreted in terms of a dissociative mechanism with the intervention of metaphosphate. Copyright (C) 2011 John Wiley & Sons, Ltd.

Development of enzymic time-temperature integrators with rapid detection for evaluation of continuous HTST pasteurization processes

The assessment of the thermal process impact in terms of food safety and quality is of great importance for process evaluation and design. This can be accomplished from the analysis of the residence time and temperature distributions coupled with the kinetics of thermal change, or from the use of a proper time-temperature integrator (TTI) as indicator of safety and quality. The objective of this work was to develop and test enzymic TTIs with rapid detection for the evaluation of continuous HTST pasteurization processes (70-85 degrees C, 10-60 s) of low-viscosity liquid foods, such as milk and juices. Enzymes peroxidase, lactoperoxidase and alkaline phosphatase in phosphate buffer were tested and activity was determined with commercial reflectometric strips. Discontinuous thermal treatments at various time-temperature combinations were performed in order to adjust a first order kinetic model of a two-component system. The measured time-temperature history was considered instead of assuming isothermal conditions. Experiments with slow heating and cooling were used to validate the adjusted model. Only the alkaline phosphatase TTI showed potential to be used for the evaluation of pasteurization processes. The choice was based on the obtained z-values of the thermostable and thermolabile fractions, on the cost and on the validation tests. (C) 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Chemical and biochemical properties of Araucaria angustifolia (Bert.) Ktze. forest soils in the state of São Paulo

Araucaria angustifolia, commonly named Araucaria, is a Brazilian native species that is intensively exploited due to its timber quality. Therefore, Araucaria is on the list of species threatened by extinction. Despite the importance of soil for forest production, little is known about the soil properties of the highly fragmented Araucaria forests. This study was designed to investigate the use of chemical and biological properties as indicators of conservation and anthropogenic disturbance of Araucaria forests in different sampling periods. The research was carried out in two State parks of São Paulo: Parque Estadual Turístico do Alto do Ribeira and Parque Estadual de Campos de Jordão. The biochemical properties carbon and nitrogen in microbial biomass (MB-C and MB-N), basal respiration (BR), the metabolic quotient (qCO2) and the following enzyme activities: β-glucosidase, urease, and fluorescein diacetate hydrolysis (FDA) were evaluated. The sampling period (dry or rainy season) influenced the results of mainly MB-C, MB-N, BR, and qCO2. The chemical and biochemical properties, except K content, were sensitive indicators of differences in the conservation and anthropogenic disturbance stages of Araucaria forests. Although these forests differ in biochemical and chemical properties, they are efficient in energy use and conservation, which is shown by their low qCO2, suggesting an advanced stage of succession.

Seroprevalence of toxoplasmosis, toxocariasis and cysticercosis in a rural settlement, São Paulo State, Brazil.

Background: The goal of this study was to estimate the seroprevalence of Toxocara spp., Toxoplasma gondii, and Taenia solium metacestode infection and determine some of the associated risk factors for people living in the Dona Carmen settlement, Pontal of Paranapanema, São Paulo, Brazil. Methods: Serum samples from 194 subjects were tested and participants answered a questionnaire. An enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) system based on Toxocara spp. excretory-secretory antigens obtained from the cultured second-stage larvae of Toxocara canis or vesicular fluid (VF) antigen from Taenia crassiceps metacestode was used to detect anti-Toxocara spp. IgG and IgE and anti-T. solium metacestode, respectively. For cysticercosis, the reactive ELISA samples were assayed by Western blotting using 18 kDa and 14 kDa proteins purified from VF. For T. gondii-specific IgG and IgM antibodies, anti-SAG-1, GRA-1, and GRA-7 epitope specificity was determined by ELISA. Results: Toxoplasma gondii IgG antibodies were found in 102/194 individuals (52.6%) with increased infections in females (P=0.02) and those with US$ ≤ 300monthly income (P=0.01). Positive IgM antibodies were detected in 21/194 individuals (10.8%). Antibodies specific to Toxocara spp. were found in 28/194 subjects (14.4%). All the individuals with Toxocara spp. also had T. gondii-specific IgG antibodies. Taenia solium metacestode antibodies were detected in 11 subjects (5.7%), but none were reactive based on Western blotting. Conclusion: In spite of environmental, educational, and socioeconomic factors favoring parasite infection, the seropositivity rates of T. gondii, Toxocara spp., and T. solium metacestode-specific IgG antibodies are similar to the rates found in studies conducted in different populations in Brazil.

High occurence of Entamoeba histolytica in the municipalities of Ariquemes and Monte Negro, state of Rondônia, Western Amazonia, Brazil

Introduction: Entamoeba histolytica infections were investigated in residents of the Ariquemes and Monte Negro municipalities in Rondônia State, Brazil. Methods: Stool samples of 216 individuals were processed by the spontaneous sedimentation method and analyzed by microscopy for detection of the E. histolytica/E. dispar complex, followed by the immunoassay method using an enzyme-linked immunosorbent assay-based kit for the E. histolytica stool antigen. Results: E. histolytica/E. dispar cysts were present in 61% (50/82) and 44% (59/134) of the samples from Ariquemes and Monte Negro respectively, with a significant difference in the occurrence of infection between the two populations [p < 0.05; χ2 = 5.2; odds ratio = 2.0 (1.1 - 3.6)]. The E. histolytica antigen detection rate was 36.6% (30/82) for stool samples from Ariquemes, and 19.4% (26/134) for stool taken from the residents of Monte Negro. The rate of the occurrence of amoebiasis was significantly higher in the population from Ariquemes [p < 0.05; χ2= 7.8; odds ratio = 2.4 (1.2 - 4.7)]. Discussion: Due to the high occurrence of E. histolytica infected residents diagnosed in the region and the unavailability in local clinics of a test to distinguish between the two Entamoeba species, physicians should consider treating E. histolytica/E.dispar infections. Conclusion: The results indicate that E. histolytica infection is highly endemic in the studied areas.

Proline dehydrogenase regulates redox state and respiratory metabolism in Trypanosoma Cruzi

Over the past three decades, L-proline has become recognized as an important metabolite for trypanosomatids. It is involved in a number of key processes, including energy metabolism, resistance to oxidative and nutritional stress and osmoregulation. In addition, this amino acid supports critical parasite life cycle processes by acting as an energy source, thus enabling host-cell invasion by the parasite and subsequent parasite differentiation. In this paper, we demonstrate that L-proline is oxidized to Δ(1)-pyrroline-5-carboxylate (P5C) by the enzyme proline dehydrogenase (TcPRODH, E.C. 1.5.99.8) localized in Trypanosoma cruzi mitochondria. When expressed in its active form in Escherichia coli, TcPRODH exhibits a Km of 16.58±1.69 µM and a Vmax of 66±2 nmol/min mg. Furthermore, we demonstrate that TcPRODH is a FAD-dependent dimeric state protein. TcPRODH mRNA and protein expression are strongly upregulated in the intracellular epimastigote, a stage which requires an external supply of proline. In addition, when Saccharomyces cerevisiae null mutants for this gene (PUT1) were complemented with the TcPRODH gene, diminished free intracellular proline levels and an enhanced sensitivity to oxidative stress in comparison to the null mutant were observed, supporting the hypothesis that free proline accumulation constitutes a defense against oxidative imbalance. Finally, we show that proline oxidation increases cytochrome c oxidase activity in mitochondrial vesicles. Overall, these results demonstrate that TcPRODH is involved in proline-dependant cytoprotection during periods of oxidative imbalance and also shed light on the participation of proline in energy metabolism, which drives critical processes of the T. cruzi life cycle.

Bedeutung endogener Faktoren für Steady-State-Level und Reparatur oxidativer DNA-Modifikationen in Säugerzellen

Die endogene Bildung reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) - wie beispielsweise Hydroxyl-Radikale, Superoxid-Radikalanionen, Wasserstoffperoxid und Singulett-Sauerstoff - bei essentiellen Stoffwechselreaktionen in allen aeroben Lebewesen stellt eine potentielle Gefahr für die Integrität der DNA in jeder Zelle dar. ROS generieren in der DNA unter anderem oxidative DNA-Modifikationen (zum größten Teil wahrscheinlich 8-Hydroxyguanin (8-oxoG)), welche wiederum zu einem Teil zu Mutationen führen.In dieser Arbeit wurden Untersuchungen vorgenommen, in welchem Ausmaß zum einen die Steady-State-Level oxidativer DNA-Schäden in Säugerzellen zum anderen die Reparaturgeschwindig-keiten solcher DNA-Modifikationen durch verschiedene endogene Faktoren beeinflußt werden.Im Mittelpunkt der Arbeit stand dabei die Charakterisierung der 8-Hydroxyguaninglykosylase der Säugerzellen. Sie ist das Produkt des OGG1-Gens, das erst 1997 kloniert wurde. In transfizierten Zellinien konnte durch eine konstitutive Überexpression des menschlichen OGG1-Gens demonstriert werden, daß die Reparatur von induzierten oxidativen Basenmodifikationen bis zu dreifach beschleunigt wird und daß eine Korrelation zwischen dem Grad der Überexpression und der Reparaturrate besteht. Dagegen waren die Steady-State-Level der oxidativen DNA-Schäden durch die Überexpression unbeeinflußt. Sowohl bei den spontanen Mutationsraten als auch bei den durch oxidative Schädigungen induzierten Mutationsfrequenzen konnte keine Erniedrigung bedingt durch die hOGG1-Überexpression beobachtet werden.Weitere Untersuchungen zur Bedeutung von Ogg1-Protein konnten in Mäusezellen durchgeführt werden, in denen das OGG1-homologe Mäusegen, mOGG1, homozygot inaktiviert (mOGG1(-/-)) worden war. Hierbei konnte gezeigt werden, daß in den mOGG1-defizienten Zellen im Vergleich zu den entsprechenden Wildtyp-Zellen (mOGG1(+/+)) eine Reparatur induzierter oxidativer Basenmodifikationen erst nach 8 h einsetzt, während in den Kontrollzellen schon nach 3-4 h 50 % der Modifikationen repariert waren. Die Steady-State-Level oxidativer Modifikationen in mOGG1(-/-)-Zellen waren in immortalisierten, schnell proliferierenden Mäusefibroblasten nur um den Faktor 1.4, in primären Mäusehepatocyten jedoch um den Faktor 2.5 gegenüber den Wildtyp-Zellen erhöht.Inwieweit das menschliche Reparaturprotein Xrcc1 (X-ray repair cross complementing group 1) auch an der Prozessierung oxidativer DNA-Modifikationen beteiligt ist, und ob dabei möglicherweise eine Interaktion mit Ogg1 vorliegt, wurde in der XRCC1-defizienten CHO-Zellinie EM9 untersucht. Dabei wurde ermittelt, daß weder die Steady-State-Level noch die Reparaturkinetiken der oxidativen Basenmodifikationen durch die XRCC1-Defizienz beeinflußt werden. Aufgrund weiterer Ergebnisse kann jedoch nicht ausgeschlossen werden, daß das Xrcc1-Protein zumindest am Ligationsschritt während der Reparatur oxidativer DNA-Schäden beteiligt ist.In einem weiteren Schwerpunkt der Arbeit wurde untersucht, ob Unterschiede im Steady-State-Level in Abhängigkeit von Organ-, Gewebe- und Zelltyp auftreten. Dazu wurden Untersuchungen in Bronchialkarzinom-Zellinien verschiedener Subtypen durchgeführt. Des weiteren wurde zur Frage der Zelltyp-Abhängigkeit in der menschlichen Zellinie HL60 der Einfluß des Zelldifferenzierungsstadiums auf die Steady-State-Level untersucht.

Elektrochemisch gesteuerte zeitaufgelöste Infrarotspektroskopie an Redox-Membranproteinen in einer biomimetischen Membran-Architektur

Das Protein Cytochrom c Oxidase (CcO) ist ein Enzym der mitochondrialen Atmungskette. Als letzter Komplex (Komplex IV) einer Elektronentransportkette katalysiert sie die Reduktion von molekularem Sauerstoff zu Wasser. Hierbei werden Elektronen von Cytochrom c (Cc) in das Enzym geleitet. Die durch den Redoxprozess freiwerdende freie Enthalpie wird dazu genutzt, einen Protonengradienten über die innere Mitochondrien-Membran aufzubauen. Die zurückwandernden Protonen treiben in der ATP-Synthase die Produktion von Adenosintriphosphat (ATP) an, dem universellen Energieträger in lebenden Organismen. Gegenstand dieser Dissertation sind zeitaufgelöste ATR-FTIR-Messungen des direkten Elektronentransfers in die CcO. Das Protein wird hierzu orientiert auf einer Goldelektrode immobilisiert und in eine künstliche Membran rekonstituiert (Protein-tethered Bilayer Lipid Membrane, ptBLM). Das ptBLM-System wird hinsichtlich einer möglichst hohen Protein-Aktivität optimiert. Elektronen werden durch elektrochemische Anregung von der Elektrode in die CcO injiziert. Die Goldoberfläche wird auf die reflektierende Oberfläche eines Silizium-ATR-Kristalls aufgebracht. Durch die Präparation einer rauen Oberfläche (RMS-Rauigkeit ca. 5 nm) wird eine Verstärkung der IR-Absorption erreicht. Die mit den Ladungstransferprozessen einhergehenden Konformationsänderungen der die Redoxzentren umgebenden Gruppen (CONH-Gerüst und Aminosäure-Seitenketten) können durch Infrarot-Spektroskopie nachgewiesen werden. Phasensensitive Detektion (PSD) wird zur Rauschminderung eingesetzt, um Geschwindigkeitskonstanten für die Redox-Übergänge zu bestimmen. Im Bereich der Amid-I-Bande werden etliche Peaks identifiziert, die sich mit dem Redoxzustand des Proteins ändern. Für das CuA-Zentrum, welches als erstes der vier Redoxzentren der CcO reduziert wird, wird die schnellste Geschwindigkeitskonstante ks=4870/s ermittelt. Für das Häm a3-Zentrum wird eine Geschwindigkeitskonstante von ks=13,8/s ermittelt. Die Ergebnisse sind konsistent zu elektrochemischen und Raman-Spektroskopie-Experimenten, welche ebenfalls in unserer Gruppe durchgeführt wurden. Weitere Themen dieser Dissertation sind der Nachweis der Anwendbarkeit des ptBLM-Systems für andere Membranproteine (Beispiel: bakterielles photosynthetisches Reaktionszentrum) und der Einsatz des ATR-FTIR-Setups für verschiedene künstliche Membransysteme (Aktivitätsnachweis des OR5-Geruchsrezeptors in einer peptidgestützten Membran, Eigenschaften eines Oligoethylenglycol-Spacers).

Direct electron transfer to cytochrome c oxidase investigated by electrochemistry and time-resolved surface-enhanced infrared absorption spectroscopy

Cytochrom c Oxidase (CcO), der Komplex IV der Atmungskette, ist eine der Häm-Kupfer enthaltenden Oxidasen und hat eine wichtige Funktion im Zellmetabolismus. Das Enzym enthält vier prosthetische Gruppen und befindet sich in der inneren Membran von Mitochondrien und in der Zellmembran einiger aerober Bakterien. Die CcO katalysiert den Elektronentransfer (ET) von Cytochrom c zu O2, wobei die eigentliche Reaktion am binuklearen Zentrum (CuB-Häm a3) erfolgt. Bei der Reduktion von O2 zu zwei H2O werden vier Protonen verbraucht. Zudem werden vier Protonen über die Membran transportiert, wodurch eine elektrochemische Potentialdifferenz dieser Ionen zwischen Matrix und Intermembranphase entsteht. Trotz ihrer Wichtigkeit sind Membranproteine wie die CcO noch wenig untersucht, weshalb auch der Mechanismus der Atmungskette noch nicht vollständig aufgeklärt ist. Das Ziel dieser Arbeit ist, einen Beitrag zum Verständnis der Funktion der CcO zu leisten. Hierzu wurde die CcO aus Rhodobacter sphaeroides über einen His-Anker, der am C-Terminus der Untereinheit II angebracht wurde, an eine funktionalisierte Metallelektrode in definierter Orientierung gebunden. Der erste Elektronenakzeptor, das CuA, liegt dabei am nächsten zur Metalloberfläche. Dann wurde eine Doppelschicht aus Lipiden insitu zwischen die gebundenen Proteine eingefügt, was zur sog. proteingebundenen Lipid-Doppelschicht Membran (ptBLM) führt. Dabei musste die optimale Oberflächenkonzentration der gebundenen Proteine herausgefunden werden. Elektrochemische Impedanzspektroskopie(EIS), Oberflächenplasmonenresonanzspektroskopie (SPR) und zyklische Voltammetrie (CV) wurden angewandt um die Aktivität der CcO als Funktion der Packungsdichte zu charakterisieren. Der Hauptteil der Arbeit betrifft die Untersuchung des direkten ET zur CcO unter anaeroben Bedingungen. Die Kombination aus zeitaufgelöster oberflächenverstärkter Infrarot-Absorptionsspektroskopie (tr-SEIRAS) und Elektrochemie hat sich dafür als besonders geeignet erwiesen. In einer ersten Studie wurde der ET mit Hilfe von fast scan CV untersucht, wobei CVs von nicht-aktivierter sowie aktivierter CcO mit verschiedenen Vorschubgeschwindigkeiten gemessen wurden. Die aktivierte Form wurde nach dem katalytischen Umsatz des Proteins in Anwesenheit von O2 erhalten. Ein vier-ET-modell wurde entwickelt um die CVs zu analysieren. Die Methode erlaubt zwischen dem Mechanismus des sequentiellen und des unabhängigen ET zu den vier Zentren CuA, Häm a, Häm a3 und CuB zu unterscheiden. Zudem lassen sich die Standardredoxpotentiale und die kinetischen Koeffizienten des ET bestimmen. In einer zweiten Studie wurde tr-SEIRAS im step scan Modus angewandt. Dafür wurden Rechteckpulse an die CcO angelegt und SEIRAS im ART-Modus verwendet um Spektren bei definierten Zeitscheiben aufzunehmen. Aus diesen Spektren wurden einzelne Banden isoliert, die Veränderungen von Vibrationsmoden der Aminosäuren und Peptidgruppen in Abhängigkeit des Redoxzustands der Zentren zeigen. Aufgrund von Zuordnungen aus der Literatur, die durch potentiometrische Titration der CcO ermittelt wurden, konnten die Banden versuchsweise den Redoxzentren zugeordnet werden. Die Bandenflächen gegen die Zeit aufgetragen geben dann die Redox-Kinetik der Zentren wieder und wurden wiederum mit dem vier-ET-Modell ausgewertet. Die Ergebnisse beider Studien erlauben die Schlussfolgerung, dass der ET zur CcO in einer ptBLM mit größter Wahrscheinlichkeit dem sequentiellen Mechanismus folgt, was dem natürlichen ET von Cytochrom c zur CcO entspricht.

Structure, Dynamics and Reactivity in the Organic Solid State: Anthracene Derivatives and Charge Transfer Crystals

The work presented in this thesis tackles some important points concerning the collective properties of two typical categories of molecular crystals, i.e., anthracene derivatives and charge transfer crystals. Anthracene derivatives have constituted the class of materials from which systematical investigations of crystal-to-crystal photodimerization reactions started, developed and have been the subject of a new awakening in the recent years. In this work some of these compounds, namely, 9-cyanoanthacene, 9-anthacenecarboxylic acid and 9-methylanthracene, have been selected as model systems for a phenomenological approach to some key properties of the solid state, investigated by spectroscopic methods. The present results show that, on the basis of the solid state organization and the chemical nature of each compound, photo-reaction dynamics and kinetics display distinctive behaviors, which allows for a classification of the various processes in topochemical, non topochemical, reversible or topophysical. The second part of the thesis was focused on charge transfer crystals, binary systems formed by stoichiometric combinations of the charge donating perylene (D) and the charge accepting tetracyano-quinodimethane (A), this latter also in its fluorinated derivatives. The work was focused on the growth of single crystals, some of which not yet reported in the literature, by PVT technique. Structural and spectroscopic characterizations have been performed, with the aim of determining the degree of charge transfer between donor and acceptor in the co-crystals. An interesting outcome of the systematic search performed in this work is the definition of the experimental conditions which drive the crystal growth of the binary systems either towards the low (1:1) or the high ratio (3:1 or 3:2) stoichiometries.

Funktionelle Charakterisierung der Casein Kinase 2 in der Etablierung und Aufrechterhaltung peripherer Toleranz durch dendritische Zellen

Dendritische Zellen (DCs) nehmen eine Schlüsselrolle in unserem Immunsystem ein, indem DCs sowohl Immunität, als auch Toleranz induzieren können. Im Falle der Immunität sind DCs in der Lage die Differenzierung der verschiedenen T-Helferzellen, wie Th1-, Th2- und Th17-Zellen zu steuern und tragen so zu der Qualität einer Immunantwort bei. Auf der anderen Seite können DCs in Gegenwart von TGF-β, IDO und Retinsäure die Differenzierung von regulatorischen T-Zellen induzieren und tragen somit zur Aufrechterhaltung der peripheren Toleranz bei. Insbesondere in den Darm-assoziierten lymphatischen Geweben (GALT) müssen DCs unverhältnismäßige Immunantworten gegen harmlose Antigene aus der Nahrung und kommensale Bakterien verhindern, während gegen Pathogene schützende Immunantworten induziert werden müssen. Auf Grund dieser entgegengesetzten Funktionen der DCs wollten wir die molekularen Mechanismen der DCs untersuchen, die der Regulation von Immunität und Toleranz zu Grunde liegen. Insbesondere der Wnt-Signalweg ist für die Aufrechterhaltung der peripheren Toleranz im GALT von Bedeutung. Da die Casein Kinase 2 in diesem Signalweg entscheidend beteiligt ist, haben wir die CK2-Funktion konditionell, unter der Kontrolle des CD11c-Promotors, deletiert. Hierfür haben wir CD11c-cre Mäuse mit Mäusen verpaart, welche ein von loxP-Signalsequenzen flankiertes Ck2β Gen (CK2β-fl/fl) tragen. Die konditionelle Deletion der CK2-Funktion in DCs, führte zu einer verstärkten Expression der kostimulatorischen Moleküle (wie CD40, CD80, CD86) und der Zytokine IL-6 und IL-12 unter „steady-state“ Bedingungen. Detaillierte Untersuchungen der T-Zellen in CD11c-cre x CK2β-fl/fl Mäusen zeigte eine deutlich reduzierte naive T-Zellpopulation, einhergehend mit einer erhöhten Th1- und Th17-Differenzierung. Speziell in den mesenterialen Lymphknoten konnte eine höhere Frequenz von T-bet+ und Rorγt+ CD4+ T-Zellen gefunden werden, welche große Mengen der Zytokine IFN-γ und IL-17 nach ex vivo Stimulation produzierten. Weiterführende in vivo Versuche, hier wurde das Modell der oralen Toleranz gewählt, zeigten das eine CK2-Deletion in DCs die Induktion einer oralen Toleranz verhindert. Unsere Daten zeigen eindeutig, dass die CK2 entscheidend in der Regulation der DC Homöostase und der Aufrechterhaltung der peripheren Toleranz beteiligt ist.

Plasmonic nanoparticles as sensors : a novel approach to quantify adsorption and diffusion kinetics

Biosensors find wide application in clinical diagnostics, bioprocess control and environmental monitoring. They should not only show high specificity and reproducibility but also a high sensitivity and stability of the signal. Therefore, I introduce a novel sensor technology based on plasmonic nanoparticles which overcomes both of these limitations. Plasmonic nanoparticles exhibit strong absorption and scattering in the visible and near-infrared spectral range. The plasmon resonance, the collective coherent oscillation mode of the conduction band electrons against the positively charged ionic lattice, is sensitive to the local environment of the particle. I monitor these changes in the resonance wavelength by a new dark-field spectroscopy technique. Due to a strong light source and a highly sensitive detector a temporal resolution in the microsecond regime is possible in combination with a high spectral stability. This opens a window to investigate dynamics on the molecular level and to gain knowledge about fundamental biological processes.rnFirst, I investigate adsorption at the non-equilibrium as well as at the equilibrium state. I show the temporal evolution of single adsorption events of fibrinogen on the surface of the sensor on a millisecond timescale. Fibrinogen is a blood plasma protein with a unique shape that plays a central role in blood coagulation and is always involved in cell-biomaterial interactions. Further, I monitor equilibrium coverage fluctuations of sodium dodecyl sulfate and demonstrate a new approach to quantify the characteristic rate constants which is independent of mass transfer interference and long term drifts of the measured signal. This method has been investigated theoretically by Monte-Carlo simulations but so far there has been no sensor technology with a sufficient signal-to-noise ratio.rnSecond, I apply plasmonic nanoparticles as sensors for the determination of diffusion coefficients. Thereby, the sensing volume of a single, immobilized nanorod is used as detection volume. When a diffusing particle enters the detection volume a shift in the resonance wavelength is introduced. As no labeling of the analyte is necessary the hydrodynamic radius and thus the diffusion properties are not altered and can be studied in their natural form. In comparison to the conventional Fluorescence Correlation Spectroscopy technique a volume reduction by a factor of 5000-10000 is reached.