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.

A conserved basic loop in hepatitis C virus p7 protein is required for amantadine-sensitive ion channel activity in mammalian cells but is dispensable for localization to mitochondria

We previously identified the function of the hepatitis C virus (HCV) p7 protein as an ion channel in artificial lipid bilayers and demonstrated that this in vitro activity is inhibited by amantadine. Here we show that the ion channel activity of HCV p7 expressed in mammalian cells can substitute for that of influenza virus M2 in a cell-based assay. This was also the case for the p7 from the related virus, bovine viral diarrhoea virus (BVDV). Moreover, amantadine was shown to abrogate HCV p7 function in this assay at a concentration that specifically inhibits M2. Mutation of a conserved basic loop located between the two predicted trans-membrane alpha helices rendered HCV p7 non-functional as an ion channel. The intracellular localization of p7 was unaffected by this mutation and was found to overlap significantly with membranes associated with mitochondria. Demonstration of p7 ion channel activity in cellular membranes and its inhibition by amantadine affirm the protein as a target for future anti-viral chemotherapy.

Effects of lactoperoxidase and hydrogen peroxide on rheological properties of yoghurt

The effects of activation of the lactoperoxidase (LPO) system by H2O2-NaSCN and hydrogen peroxide (H2O2) on the accessibility of sulphydryl groups (SH) in skimmed milk, and on the dynamic rheological properties of the resulting yoghurt were investigated. Four different concentrations of each reagent (20-80 mg H2O2-NaSCN/kg milk and 100-400 mg H2O2/kg milk) were compared. Clear negative correlations were noted between the accessibility of SH groups and both LPO activation rate and H2O2 concentration. Also the native PAGE pattern of the heat-treated samples showed that with increase in the H2O2-NaSCN and H2O2 concentrations, the level of interaction between beta-lactoglobulin (beta-Ig) and kappa-casein (K-CN) decreased. The complex modulus (G*) of skimmed milk yoghurts declined gradually with the decrease in the concentration of accessible SH groups accordingly. Tan delta values of yoghurt samples were found to be different from the control, but close to each other, indicating that protein interaction forces taking place in the formation of gel networks of treated yoghurts were different from the control.

Supramolecular assemblies of metal ions in complex bimetallic and trimetallic salts based on hexacyanoferrate(III) ion

Two complex heterometallic salts with formulae Tl-6[Fe(CN)(6)](1) (33)(NO3)(OH) (1) and [Co(bpy)(2)(CN)(2)](2){[Ag(CN)(2)](0) (5)[Fe(CN)(6)](0) (5)} 8H(2)O (2) have been synthesized and fully characterized Single crystal X-ray analyses reveal that compound 1 is comprised of discrete Tl+ cations and [Fe(CN)(6)](3-) anions together with OH- and NO3- anions Compound 2 contains [Co(bpy)(2)(CN)(2)](+) cations and {[Ag(CN)(2)][Fe(CN)(6)]}(-) anions together with eight molecules of water of crystallization Both structures form unprecedented three-dimensional supramolecular networks via non covalent interactions Another important observation is that the stereochemically active inert (lone) pair present on Tl+ plays little role in controlling the structure of 1 The water molecules in 2 play important roles in providing stability organizing a supramolecular network through hydrogen bonding In the syntheses of 1 and 2 Fe(II) is oxidized to Fe(III) and Co(II) to Co(III) respectively facilitating the formation of the salts that are obtained Both compounds exhibit photoluminescence emission in solution near the visible region.

A very rare hydrogen-bridged hexanuclear CuII complex containing a triangular Cu3O core capped by an unusual triply coordinated perchlorate anion

An unusual hexanuclear Cu-II complex, [{[Cu(NHDEPO)](3)(mu(3)-O)(O3ClO)}(2)(mu-H)]center dot 7ClO(4)center dot 4H(2)O (1) was prepared starting from Cu(ClO4)(2)center dot 6H(2)O and the oxime-based Schiff base ligand NHDEPO (= 3-[3-(diethylamino)propylimino]butan-2-one oxime). Structural characterization of the complex reveals that it consists of two triangular Cu3O units, the copper ions being at the corners of an equilateral triangle, separated by an O center dot center dot center dot O distance of 2,447(5) angstrom, held together solely by a proton. In each triangle, the copper atoms are in square-pyramid environments. The equatorial plane consists of the bridging oxygen of the central OH-(O2-) group together with three atoms (N, N, O) of the Schiff base. All Unusual triply coordinated perchlorate ion (mu(3)-kappa O:kappa O':kappa O '') interacts in axial position with the three copper ions, Variable-temperature (2-300 K) magnetic susceptibility measurements show that complex 1 is antiferromagnetically Coupled (J = -148 cm(1-)). The EPR data at low temperature clearly indicates the presence of spin frustration phenomenon in the complex.

Mono-aqua-bridged dinuclear complexes of Cu(II) containing NNO donor Schiff base ligand: Hydrogen-bond-mediated exchange coupling

Two new mono-aqua-bridged dinuclear Cu(II) complexes of tridentate NNO Schiff bases, [Cu-2(mu-H2O)L-2(1)(H2O)(2)](BF4)(2)center dot 2H(2)O (1) and [Cu-2(mu-H2O)L-2(2)(H2O)(2)](BF4)(2)center dot 2H(2)O (2) where HL1 = 2-[1-(2-dimethylamino-ethylimino)-ethyl]-phenol and HL2 =2-[(2-dimethylamino-ethylimino)-methyl]-phenol were synthesized. Both the complexes were characterized by single-crystal X-ray diffraction analyses and variable-temperature magnetic measurements. For both the complexes each Cu(II) ion is in a square-pyramidal environment being bonded to three atoms from the tridentate NNO Schiff base and a terminal H2O molecule in the equatorial plane; a second H2O ligand acts as a bridge between the two Cu(II) centres through the axial positions. Hydrogen bonds between the terminal H2O ligand and the Schiff base of the adjacent centre complete the intra-dimer linkages. Variable-temperature (4-300 K) magnetic susceptibility measurement shows the presence of significant antiferromagnetic coupling for both the complexes (J = -12.2 and -12.5 cm(-1), respectively, for 1 and 2), mediated mainly through the intra-dimer H-bonds.

Reaction of (±)-1,1′-binaphthyl-2,2′-diyl hydrogen phosphate {(±)-phosH} with copper(II), cobalt(II) and iron(II) compounds; Identification by x-ray diffraction of [Co(CH3OH)4(H2O)2][(+)-phos][(−)-phos]. 2CH3OH·H2O

[Cu2(μO2CCH3)4(H2O)2], [CuCO3·Cu(OH)2], [CoSO4·7H2O], [Co((+)-tartrate)], and [FeSO4·7H2O] react with excess racemic (±)- 1,1′-binaphthyl-2,2′-diyl hydrogen phosphate {(±)-PhosH} to give mononuclear CuII, CoII and FeII products. The cobalt product, [Co(CH3OH)4(H2O)2]((+)-Phos)((−)-Phos) ·2CH3OH·H2O (7), has been identified by X-ray diffraction. The high-spin, octahedral CoII atom is ligated by four equatorial methanol molecules and two axial water molecules. A (+)- and a (−)-Phos− ion are associated with each molecule of the complex but are not coordinated to the metal centre. For the other CoII, CuII and FeII samples of similar formulation to (7) it is also thought that the Phos− ions are not bonded directly to the metal. When some of the CuII and CoII samples are heated under high vacuum there is evidence that the Phos− ions are coordinated directly to the metals in the products.

Steric effects on uranyl complexation: synthetic, structural, and theoretical studies of carbamoyl pyrazole compounds of the uranyl(VI) ion

New bifunctional pyrazole based ligands of the type [C3HR2N2CONR'] (where R = H or CH3; R' = CH3, C2H5, or (C3H7)-C-i) were prepared and characterized. The coordination chemistry of these ligands with uranyl nitrate and uranyl bis(dibenzoyl methanate) was studied with infrared (IR), H-1 NMR, electrospray-mass spectrometry (ES-MS), elemental analysis, and single crystal X-ray diffraction methods. The structure of compound [UO2(NO3)(2)(C3H3N2CON{C2H5}(2))] (2) shows that the uranium(VI) ion is surrounded by one nitrogen atom and seven oxygen atoms in a hexagonal bipyramidal geometry with the ligand acting as a bidentate chelating ligand and bonds through both the carbamoyl oxygen and pyrazolyl nitrogen atoms. In the structure of [UO2(NO3)(2)(H2O)(2)(C5H7N2CON {C2H5}(2))(2)], (5) the pyrazole figand acts as a second sphere ligand and hydrogen bonds to the water molecules through carbamoyl oxygen and pyrazolyl nitrogen atoms. The structure of [UO2(DBM)(2)C3H3N2CON{C2H5}(2)] (8) (where DBM = C6H5COCHCOC6H5) shows that the pyrazole ligand acts as a monodentate ligand and bonds through the carbamoyl oxygen to the uranyl group. The ES-MS spectra of 2 and 8 show that the ligand is similarly bonded to the metal ion in solution. Ab initio quantum chemical studies show that the steric effect plays the key role in complexation behavior.

Dopant-vacancy binding effects in Li-doped magnesium hydride

We use a combination of ab initio calculations and statistical mechanics to investigate the substitution of Li+ for Mg2+ in magnesium hydride (MgH2) accompanied by the formation of hydrogen vacancies with positive charge (with respect to the original ion at the site). We show that the binding energy between dopants and vacancy defects leads to a significant fraction of trapped vacancies and therefore a dramatic reduction in the number of free vacancies available for diffusion. The concentration of free vacancies initially increases with dopant concentration but reaches a maximum at around 1 mol % Li doping and slowly decreases with further doping. At the optimal level of doping, the corresponding concentration of free vacancies is much higher than the equilibrium concentrations of charged and neutral vacancies in pure MgH2 at typical hydrogen storage conditions. We also show that Li-doped MgH2 is thermodynamically metastable with respect to phase separation into pure magnesium and lithium hydrides at any significant Li concentration, even after considering the stabilization provided by dopant-vacancy interactions and configurational entropic effects. Our results suggest that lithium doping may enhance hydrogen diffusion hydride but only to a limited extent determined by an optimal dopant concentration and conditioned to the stability of the doped phase.

Hollow capsules formed in a single stage via interfacial hydrogen-bonded complexation of methylcellulose with poly(acrylic acid) and tannic acid

Hollow capsules can be prepared in a single stage by the interfacial complexation of methylcellulose (MC) with poly(acrylic acid) (PAA) or tannic acid (TA) via hydrogen bonding in aqueous solutions. The formation of capsules is observed when viscous solution of methylcellulose is added drop-wise to diluted solutions of polyacids under acidic conditions. The optimal parameters such as polymer concentration and solution pH for the formation of these capsules were established in this work. It was found that tannic acid forms capsules in a broader range of concentrations and pHs compared to poly(acrylic acid). The TA/MC capsules exhibited better stability compared to PAA/MC in response to increase in pH: the dissolution of TA/MC capsules observed at pH > 9.5; whereas PAA/MC capsules dissolved at pH > 3.8. The interfacial complexation can be considered as a potential single stage alternative to the formation of capsules using multistage layer-by-layer deposition method.

Transient receptor potential ion channels V4 and A1 contribute to pancreatitis pain in mice.

The mechanisms of pancreatic pain, a cardinal symptom of pancreatitis, are unknown. Proinflammatory agents that activate transient receptor potential (TRP) channels in nociceptive neurons can cause neurogenic inflammation and pain. We report a major role for TRPV4, which detects osmotic pressure and arachidonic acid metabolites, and TRPA1, which responds to 4-hydroxynonenal and cyclopentenone prostaglandins, in pancreatic inflammation and pain in mice. Immunoreactive TRPV4 and TRPA1 were detected in pancreatic nerve fibers and in dorsal root ganglia neurons innervating the pancreas, which were identified by retrograde tracing. Agonists of TRPV4 and TRPA1 increased intracellular Ca(2+) concentration ([Ca(2+)](i)) in these neurons in culture, and neurons also responded to the TRPV1 agonist capsaicin and are thus nociceptors. Intraductal injection of TRPV4 and TRPA1 agonists increased c-Fos expression in spinal neurons, indicative of nociceptor activation, and intraductal TRPA1 agonists also caused pancreatic inflammation. The effects of TRPV4 and TRPA1 agonists on [Ca(2+)](i), pain and inflammation were markedly diminished or abolished in trpv4 and trpa1 knockout mice. The secretagogue cerulein induced pancreatitis, c-Fos expression in spinal neurons, and pain behavior in wild-type mice. Deletion of trpv4 or trpa1 suppressed c-Fos expression and pain behavior, and deletion of trpa1 attenuated pancreatitis. Thus TRPV4 and TRPA1 contribute to pancreatic pain, and TRPA1 also mediates pancreatic inflammation. Our results provide new information about the contributions of TRPV4 and TRPA1 to inflammatory pain and suggest that channel antagonists are an effective therapy for pancreatitis, when multiple proinflammatory agents are generated that can activate and sensitize these channels.

Hydrogen sulfide inhibits Cav3.2 T-type Ca2+ channels

The importance of H2S as a physiological signaling molecule continues to develop, and ion channels are emerging as a major family of target proteins through which H2S exerts many actions. The purpose of the present study was to investigate its effects on T-type Ca2+ channels. Using patch-clamp electrophysiology, we demonstrate that the H2S donor, NaHS (10 μM-1 mM) selectively inhibits Cav3.2 T-type channels heterologously expressed in HEK293 cells, whereas Cav3.1 and Cav3.3 channels were unaffected. The sensitivity of Cav3.2 channels to H2S required the presence of the redox-sensitive extracellular residue H191, which is also required for tonic binding of Zn2+ to this channel. Chelation of Zn2+ with N,N,N',N'-tetra-2-picolylethylenediamine prevented channel inhibition by H2S and also reversed H2S inhibition when applied after H2S exposure, suggesting that H2S may act via increasing the affinity of the channel for extracellular Zn2+ binding. Inhibition of native T-type channels in 3 cell lines correlated with expression of Cav3.2 and not Cav3.1 channels. Notably, H2S also inhibited native T-type (primarily Cav3.2) channels in sensory dorsal root ganglion neurons. Our data demonstrate a novel target for H2S regulation, the T-type Ca2+ channel Cav3.2, and suggest that such modulation cannot account for the pronociceptive effects of this gasotransmitter.

Study of the mechanism of action of anoplin, a helical antimicrobial decapeptide with ion channel-like activity, and the role of the amidated C-terminus

Anoplin, an antimicrobial, helical decapeptide from wasp venom, looses its biological activities by mere deamidation of its C-terminus. Secondary structure determination, by circular dichroism spectroscopy in amphipathic environments, and lytic activity in zwitterionic and anionic vesicles showed quite similar results for the amidated and the carboxylated forms of the peptide. The deamidation of the C-terminus introduced a negative charge at an all-positive charged peptide, causing a loss of amphipathicity, as indicated by molecular dynamics simulations in TFE/water mixtures and this subtle modification in a peptide`s primary structure disturbed the interaction with bilayers and biological membranes. Although being poorly lytic, the amidated form, but not the carboxylated, presented ion channel-like activity on anionic bilayers with a well-defined conductance step; at approximately the same concentration it showed antimicrobial activity. The pores remain open at trans-negative potentials, preferentially conducting cations, and this situation is equivalent to the interaction of the peptide with bacterial membranes that also maintain a high negative potential inside. Copyright (C) 2007 European Peptide Society and John Wiley & Sons, Ltd.

Termination of diamond surfaces with hydrogen, oxygen and fluorine using a small, simple plasma gun

We have formed and characterized polycrystalline diamond films with surfaces having hydrogen terminations, oxygen terminations, or fluorine terminations, using a small, simple and novel plasma gun to bombard the diamond surface, formed by plasma assisted CVD in a prior step, with ions of the wanted terminating species. The potential differences between surface regions with different terminations were measured by Kelvin Force Microscopy (KFM). The highest potential occurred for oxygen termination regions and the lowest for fluorine. The potential difference between regions with oxygen terminations and hydrogen terminations was about 80 mV, and between regions with hydrogen terminations and fluorine terminations about 150 mV. Regions with different terminations were identified and imaged using the secondary electron signal provided by scanning electron microscopy (SEM). since this signal presents contrast for surfaces with different electrical properties. The wettability of the surfaces with different terminations was evaluated, measuring contact angles. The sample with oxygen termination was the most hydrophilic, with a contact angle of 75 degrees. hydrogen-terminated regions with 83 degrees, and fluorine regions 93 degrees, the most hydrophobic sample. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.

Determination of Very Slow Diffusion of Paramagnetic Ions by NMR Spectroscopy

In this paper, we propose a new method of measuring the very slow paramagnetic ion diffusion coefficient using a commercial high-resolution spectrometer. If there are distinct paramagnetic ions influencing the hydrogen nuclear magnetic relaxation time differently, their diffusion coefficients can be measured separately. A cylindrical phantom filled with Fricke xylenol gel solution and irradiated with gamma rays was used to validate the method. The Fricke xylenol gel solution was prepared with 270 Bloom porcine gelatin, the phantom was irradiated with gamma rays originated from a (60)Co source and a high-resolution 200 MHz nuclear magnetic resonance (NMR) spectrometer was used to obtain the phantom (1)H profile in the presence of a linear magnetic field gradient. By observing the temporal evolution of the phantom NMR profile, an apparent ferric ion diffusion coefficient of 0.50 mu m(2)/ms due to ferric ions diffusion was obtained. In any medical process where the ionizing radiation is used, the dose planning and the dose delivery are the key elements for the patient safety and success of treatment. These points become even more important in modern conformal radio therapy techniques, such as stereotactic radiosurgery, where the delivered dose in a single session of treatment can be an order of magnitude higher than the regular doses of radiotherapy. Several methods have been proposed to obtain the three-dimensional (3-D) dose distribution. Recently, we proposed an alternative method for the 3-D radiation dose mapping, where the ionizing radiation modifies the local relative concentration of Fe(2+)/Fe(3+) in a phantom containing Fricke gel and this variation is associated to the MR image intensity. The smearing of the intensity gradient is proportional to the diffusion coefficient of the Fe(3+) and Fe(2+) in the phantom. There are several methods for measurement of the ionic diffusion using NMR, however, they are applicable when the diffusion is not very slow.