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.

Dynamic analysis of the motorcycle chattering behaviour by means of symbolic multibody modelling

Aim of this research is the development and validation of a comprehensive multibody motorcycle model featuring rigid-ring tires, taking into account both slope and roughness of road surfaces. A novel parametrization for the general kinematics of the motorcycle is proposed, using a mixed reference-point and relative-coordinates approach. The resulting description, developed in terms of dependent coordinates, makes it possible to efficiently include rigid-ring kinematics as well as road elevation and slope. The equations of motion for the multibody system are derived symbolically and the constraint equations arising from the dependent-coordinate formulation are handled using a projection technique. Therefore the resulting system of equations can be integrated in time domain using a standard ODE algorithm. The model is validated with respect to maneuvers experimentally measured on the race track, showing consistent results and excellent computational efficiency. More in detail, it is also capable of reproducing the chatter vibration of racing motorcycles. The chatter phenomenon, appearing during high speed cornering maneuvers, consists of a self-excited vertical oscillation of both the front and rear unsprung masses in the range of frequency between 17 and 22 Hz. A critical maneuver is numerically simulated, and a self-excited vibration appears, consistent with the experimentally measured chatter vibration. Finally, the driving mechanism for the self-excitation is highlighted and a physical interpretation is proposed.

Messung des elektrischen Neutron-Formfaktors in der Reaktion 3 He(e,e'n)pp bei Q 2 = 1.58 (GeV/c) 2

Die elektromagnetischen Nukleon-Formfaktoren sind fundamentale Größen, welche eng mit der elektromagnetischen Struktur der Nukleonen zusammenhängen. Der Verlauf der elektrischen und magnetischen Sachs-Formfaktoren G_E und G_M gegen Q^2, das negative Quadrat des Viererimpulsübertrags im elektromagnetischen Streuprozess, steht über die Fouriertransformation in direkter Beziehung zu der räumlichen Ladungs- und Strom-Verteilung in den Nukleonen. Präzise Messungen der Formfaktoren über einen weiten Q^2-Bereich werden daher für ein quantitatives Verständnis der Nukleonstruktur benötigt.rnrnDa es keine freien Neutrontargets gibt, gestaltet sich die Messung der Neutron-Formfaktoren schwierig im Vergleich zu der Messung am Proton. Konsequenz daraus ist, dass die Genauigkeit der vorhandenen Daten von Neutron-Formfaktoren deutlich geringer ist als die von Formfaktoren des Protons; auch der vermessene Q^2-Bereich ist kleiner. Insbesondere der elektrische Sachs-Formfaktor des Neutrons G_E^n ist schwierig zu messen, da er aufgrund der verschwindenden Nettoladung des Neutrons im Verhältnis zu den übrigen Nukleon-Formfaktoren sehr klein ist. G_E^n charakterisiert die Ladungsverteilung des elektrisch neutralen Neutrons und ist damit besonders sensitiv auf die innere Struktur des Neutrons.rnrnIn der hier vorgestellten Arbeit wurde G_E^n aus Strahlhelizitätsasymmetrien in der quasielastischen Streuung vec{3He}(vec{e}, e'n)pp bei einem Impulsübertrag von Q^2 = 1.58 (GeV/c)^2 bestimmt. Die Messung fand in Mainz an der Elektronbeschleunigeranlage Mainzer Mikrotron innerhalb der A1-Kollaboration im Sommer 2008 statt. rnrnLongitudinal polarisierte Elektronen mit einer Energie von 1.508 GeV wurden an einem polarisierten ^3He-Gastarget, das als effektives, polarisiertes Neutrontarget diente, gestreut. Die gestreuten Elektronen wurden in Koinzidenz mit den herausgeschlagenen Neutronen detektiert; die Elektronen wurden in einem magnetischen Spektrometer nachgewiesen, durch den Nachweis der Neutronen in einer Matrix aus Plastikszintillatoren wurde der Beitrag der quasielastischen Streuung am Proton unterdrückt.rnrnAsymmetrien des Wirkungsquerschnitts bezüglich der Elektronhelizität sind bei Orientierung der Targetpolarisation in der Streuebene und senkrecht zum Impulsübertrag sensitiv auf G_E^n / G_M^n; mittels deren Messung kann G_E^n bestimmt werden, da der magnetische Formfaktor G_M^n mit vergleichsweise hoher Präzision bekannt ist. Zusätzliche Messungen der Asymmetrie bei einer Polarisationsorientierung parallel zum Impulsübertrag wurden genutzt, um systematische Fehler zu reduzieren.rnrnFür die Messung inklusive statistischem (stat) und systematischem (sys) Fehler ergab sich G_E^n = 0.0244 +/- 0.0057_stat +/- 0.0016_sys.

Study of 3 Lambda H and 4 Lambda H in the reaction of 6 Li + 12 C at 2 A GeV

Die Produktion von Hyperkernen wurde in peripheren Schwerionenreaktionen untersucht, bei denen eine Kohlenstofffolie mit $^6$Li Projektilen mit einer Strahlenergie von $2 A$~GeV bestrahlt wurde. Es konnten klare Signale f{"{u}}r $Lambda$, $^3_{Lambda}$H, $^4_{Lambda}$H in deren jeweiligen invarianten Massenverteilungen aus Mesonenzerfall beobachtet werden.rnrnIn dieser Arbeit wird eine unabh{"{a}}ngige Datenauswertung vorgelegt, die eine Verifizierung fr"{u}herer Ergebnisse der HypHI Kollaboration zum Ziel hatte. Zu diesem Zweck wurde eine neue Track-Rekonstruktion, basierend auf einem Kalman-Filter-Ansatz, und zwei unterschiedliche Algorithmen zur Rekonstruktion sekund"{a}rer Vertices entwickelt.rn%-Rekonstruktionsalgorithmen .rnrnDie invarianten Massen des $Lambda$-Hyperon und der $^3_{Lambda}$H- und $^4_{Lambda}$H-Hyperkerne wurden mit $1109.6 pm 0.4$, $2981.0 pm 0.3$ und $3898.1 pm 0.7$~MeV$/c^2$ und statistischen Signifikanzen von $9.8sigma$, $12.8sigma$ beziehungsweise $7.3sigma$ bestimmt. Die in dieser Arbeit erhaltenen Ergebnisse stimmen mit der fr{"{u}}heren Auswertung {"{u}}berein.rnrnDas Ausbeutenverh{"{a}}ltnis der beiden Hyperkerne wurde als $N(^3_{Lambda}$H)/$N(^4_{Lambda}$H)$ sim 3$ bestimmt. Das deutet darauf hin, dass der Produktionsmechanismus f{"{u}}r Hyperkerne in Schwerionen-induzierten Reaktionen im Projektil-Rapidit{"{a}}tsbereich nicht allein durch einen Koaleszenzmechanismus beschrieben werden kann, sondern dass auch sekund{"{a}}re Pion-/Kaon-induzierte Reaktionen und Fermi-Aufbruch involviert sind.rn

Untersuchungen zur Strahldynamik am Harmonischen Doppelseitigen Mikrotron von MAMI-C

Das Institut für Kernphysik der Universität Mainz betreibt seit 1990 eine weltweit einzigartige Beschleunigeranlage für kern- und teilchenphysikalische Experimente – das Mainzer Mikrotron (MAMI-B). Diese Beschleunigerkaskade besteht aus drei Rennbahn-Mikrotrons (RTMs) mit Hochfrequenzlinearbeschleunigern bei 2.45 GHz, mit denen ein quasi kontinuierlicher Elektronenstrahl von bis zu 100 μA auf 855MeV beschleunigt werden kann.rnrnIm Jahr 1999 wurde die Umsetzung der letzten Ausbaustufe – ein Harmonisches Doppelseitiges Mikrotron (HDSM, MAMI-C) – mit einer Endenergie von 1.5 GeV begonnen. Die Planung erforderte einige mutige Schritte, z.B. Umlenkmagnete mit Feldgradient und ihren daraus resultierenden strahloptischen Eigenschaften, die einen großen Einfluss auf die Longitudinaldynamik des Beschleunigers haben. Dies erforderte die Einführung der „harmonischen“ Betriebsweise mit zwei Frequenzen der zwei Linearbeschleuniger.rnrnViele Maschinenparameter (wie z.B. HF-Amplituden oder -Phasen) wirken direkt auf den Beschleunigungsprozess ein, ihre physikalischen Größen sind indes nicht immer auf einfache Weise messtechnisch zugänglich. Bei einem RTM mit einer verhältnismäßig einfachen und wohldefinierten Strahldynamik ist das im Routinebetrieb unproblematisch, beim HDSM hingegen ist schon allein wegen der größeren Zahl an Parametern die Kenntnis der physikalischen Größen von deutlich größerer Bedeutung. Es gelang im Rahmen dieser Arbeit, geeignete Methoden der Strahldiagnose zu entwickeln, mit denen diese Maschinenparameter überprüft und mit den Planungsvorgaben verglichen werden können.rnrnDa die Anpassung des Maschinenmodells an eine einzelne Phasenmessung aufgrund der unvermeidlichen Messfehler nicht immer eindeutige Ergebnisse liefert, wird eine Form der Tomographie verwendet. Der longitudinale Phasenraum wird dann in Form einer Akzeptanzmessung untersucht. Anschließend kann ein erweitertes Modell an die gewonnene Datenvielfalt angepasst werden, wodurch eine größere Signifikanz der Modellparameter erreicht wird.rnrnDie Ergebnisse dieser Untersuchungen zeigen, dass sich der Beschleuniger als Gesamtsystem im Wesentlichen wie vorhergesagt verhält und eine große Zahl unterschiedlicher Konfigurationen zum Strahlbetrieb möglich sind – im Routinebetrieb wird dies jedoch vermieden und eine bewährte Konfiguration für die meisten Situationen eingesetzt. Das führt zu einer guten Reproduzierbarkeit z.B. der Endenergie oder des Spinpolarisationswinkels an den Experimentierplätzen.rnrnDie Erkenntnisse aus diesen Untersuchungen wurden teilweise automatisiert, so dass nun den Operateuren zusätzliche und hilfreiche Diagnose zur Verfügung steht, mit denen der Maschinenbetrieb noch zuverlässiger durchgeführt werden kann.

2010 International consensus algorithm for the diagnosis, therapy and management of hereditary angioedema

ABSTRACT:

Assessing the efficiency of a pharmacokinetic-based algorithm for target-controlled infusion of ketamine in ponies

The objective of this study was to assess a pharmacokinetic algorithm to predict ketamine plasma concentration and drive a target-controlled infusion (TCI) in ponies. Firstly, the algorithm was used to simulate the course of ketamine enantiomers plasma concentrations after the administration of an intravenous bolus in six ponies based on individual pharmacokinetic parameters obtained from a previous experiment. Using the same pharmacokinetic parameters, a TCI of S-ketamine was then performed over 120 min to maintain a concentration of 1 microg/mL in plasma. The actual plasma concentrations of S-ketamine were measured from arterial samples using capillary electrophoresis. The performance of the simulation for the administration of a single bolus was very good. During the TCI, the S-ketamine plasma concentrations were maintained within the limit of acceptance (wobble and divergence <20%) at a median of 79% (IQR, 71-90) of the peak concentration reached after the initial bolus. However, in three ponies the steady concentrations were significantly higher than targeted. It is hypothesized that an inaccurate estimation of the volume of the central compartment is partly responsible for that difference. The algorithm allowed good predictions for the single bolus administration and an appropriate maintenance of constant plasma concentrations.

Iterative Reconstruction Algorithm for Abdominal Multidetector CT at Different Tube Voltages: Assessment of Diagnostic Accuracy, Image Quality, and Radiation Dose in a Phantom Study

To assess the diagnostic accuracy, image quality, and radiation dose of an iterative reconstruction algorithm compared with a filtered back projection (FBP) algorithm for abdominal computed tomography (CT) at different tube voltages.

Low-tube-voltage, high-tube-current multidetector abdominal CT: improved image quality and decreased radiation dose with adaptive statistical iterative reconstruction algorithm--initial clinical experience

To investigate whether an adaptive statistical iterative reconstruction (ASIR) algorithm improves the image quality at low-tube-voltage (80-kVp), high-tube-current (675-mA) multidetector abdominal computed tomography (CT) during the late hepatic arterial phase.

Infectiological, functional, and radiographic outcome after revision for prosthetic hip infection according to a strict algorithm

Successful treatment of prosthetic hip joint infection (PI) means elimination of infection and restored hip function. However, functional outcome is rarely studied. We analyzed the outcome of the strict use of a treatment algorithm for PI.

On the terminal homologation of physiologically active peptides as a means of increasing stability in human serum--neurotensin, opiorphin, B27-KK10 epitope, NPY

The terminal homologation by CH(2) insertion into the peptides mentioned in the title is described. This involves replacement of the N-terminal amino acid residue by a β(2) - and of the C-terminal amino acid residue by a β(3) -homo-amino acid moiety (β(2) hXaa and β(3) hXaa, resp.; Fig. 1). In this way, the structure of the peptide chain from the N-terminal to the C-terminal stereogenic center is identical, and the modified peptide is protected against cleavage by exopeptidases (Figs. 2 and 3). Neurotensin (NT; 1) and its C-terminal fragment NT(8-13) are ligands of the G-protein-coupled receptors (GPCR) NT1, NT2, NT3, and NT analogs are promising tools to be used in cancer diagnostics and therapy. The affinities of homologated NT analogs, 2b-2e, for NT1 and NT2 receptors were determined by using cell homogenates and tumor tissues (Table 1); in the latter experiments, the affinities for the NT1 receptor are more or less the same as those of NT (0.5-1.3 vs. 0.6 nM). At the same time, one of the homologated NT analogs, 2c, survives in human plasma for 7 days at 37° (Fig. 6). An NMR analysis of NT(8-13) (Tables 2 and 4, and Fig. 8) reveals that this N-terminal NT fragment folds to a turn in CD(3) OH. - In the case of the human analgesic opiorphin (3a), a pentapeptide, and of the HIV-derived B27-KK10 (4a), a decapeptide, terminal homologation (→3b and 4b, resp.) led to a 7- and 70-fold half-life increase in plasma (Fig. 9). With N-terminally homologated NPY, 5c, we were not able to determine serum stability; the peptide consisting of 36 amino acid residues is subject to cleavage by endopetidases. Three of the homologated compounds, 2b, 2c, and 5c, were shown to be agonists (Fig. 7 and 11). A comparison of terminal homologation with other stability-increasing terminal modifications of peptides is performed (Fig. 5), and possible applications of the neurotensin analogs, described herein, are discussed.

Pulse-front tilt for short-wavelength lasing by means of traveling-wave plasma-excitation

Generation of coherent short-wavelength radiation across a plasma column is dramatically improved under traveling-wave excitation (TWE). The latter is optimized when its propagation is close to the speed of light, which implies small-angle target-irradiation. Yet, short-wavelength lasing needs large irradiation angles in order to increase the optical penetration of the pump into the plasma core. Pulse-front back-tilt is considered to overcome such trade-off. In fact, the TWE speed depends on the pulse-front slope (envelope of amplitude), whereas the optical penetration depth depends on the wave-front slope (envelope of phase). Pulse-front tilt by means of compressor misalignment was found effective only if coupled with a high-magnification front-end imaging/focusing component. It is concluded that speed matching should be accomplished with minimal compressor misalignment and maximal imaging magnification.

[Acute lower gastrointestinal bleeding--an evidence-based algorithm for diagnosis and treatment]

Novel means to locate and treat lower gastrointestinal bleeding (lGB) allow to reduce the rate of required surgical interventions and help to limit the extend of resection. The risk stratification of patients with lGB is the primary step of our recommended treatment algorithm. Accordingly, risk stratifying instruments, which are only partly validated up to now, are gaining significance in lGB. Whereas, gastro-duodenoscopy and colonoscopy prior to angiography or scintigraphy are established diagnostic tools, capsule enteroscopy offers a novel approach to hemodynamic stable patients with lGB that are difficult to localize. With its every increasing sensitivity, Angio-Computer Tomography is likely to replace scintigraphy and diagnostic angiography in the very near future. In addition, recent advances in superselective microembolisation have been shown to have the potential rendering surgical interventions in a majority of patients with acute lGB unnecessary. The extend of required surgical resection is largely dependent on the success to localize the bleeding source of prior diagnostics. Only if the source is identified, a limited segmental resection should be performed. Should surgery be required, we suggest to maintain the effort to localize the bleeding, either by prior laparoscopy and/or by intraoperative entero-colonoscopy. Eventually, if the source of bleeding remains unclear total colectomy with ileorectal anastomosis represents the procedure of choice in patients with acute lGB.

Endocrine symptom assessment in women with breast cancer: what a simple "yes" means

GOALS OF WORK: To investigate the self-reported symptoms related to endocrine therapy in women with early or advanced breast cancer and the impact of these symptoms on quality of life (QL) indicators. MATERIALS AND METHODS: Symptom occurrence was assessed by the Checklist for Patients on Endocrine Therapy (C-PET) and symptom intensity was assessed by linear analogue self-assessment (LASA) indicators. Patients also responded to global LASA indicators for physical well-being, mood, coping effort and treatment burden. Associations between symptoms and these indicators were analysed by linear regression models. MAIN RESULTS: Among 373 women, the distribution of symptom intensity showed considerable variation in patients reporting a symptom as present. Even though patients recorded a symptom as absent, some patients reported having experienced that symptom when responding to symptom intensity, as seen for decreased sex drive, tiredness and vaginal dryness. Six of 13 symptoms and lower age had a detrimental impact on the global indicators, particularly tiredness and irritability. CONCLUSIONS: Patients' experience of endocrine symptoms needs to be considered both in patient care and research, when interpreting the association between symptoms and QL.