Förderung Bayesianischen Denkens - Kognitionspsychologische Grundlagen und didaktische Analysen

Der in dieser Arbeit wesentliche Fokus ist die Realisierung eines anwendungsbezogenen Konzeptes zur Förderung stochastischer Kompetenzen im Mathematikunterricht, die sich auf Entscheiden und Urteilen unter Unsicherheit beziehen. Von zentraler Bedeutung ist hierbei die alltagsrelevante Kompetenz, mit Problemen um bedingte Wahrscheinlichkeiten und Anwendungen des Satzes von Bayes umgehen zu können, die i.w.S. mit „Bayesianischem Denken“ bezeichnet wird. Die historische und theoretische Grundlage der Arbeit sind kognitionspsychologische Erkenntnisse zum menschlichen Urteilen unter Unsicherheit: Intuitive Formen probabilistischen Denkens basieren auf Häufigkeitsanschauungen (z.B. Piaget & Inhelder, 1975; Gigerenzer, 1991). Meine didaktischen Analysen ergaben aber, dass der Umgang mit Unsicherheit im üblichen Stochastikunterricht nach einer häufigkeitsbasierten Einführung des Wahrscheinlichkeitsbegriffes (der ja bekanntlich vielfältige Interpretationsmöglichkeiten aufweist) nur noch auf Basis der numerischen Formate für Wahrscheinlichkeiten (z.B. Prozentwerte, Dezimalbrüche) und entsprechenden Regeln gelehrt wird. Damit werden m.E. grundlegende Intuitionen von Schülern leider nur unzureichend beachtet. Das in dieser Arbeit detailliert entwickelte „Didaktische Konzept der natürlichen Häufigkeiten“ schlägt somit die konsequente Modellierung probabilistischer Probleme mit Häufigkeitsrepräsentationen vor. Auf Grundlage empirischer Laborbefunde und didaktischer Analysen wurde im Rahmen der Arbeit eine Unterrichtsreihe „Authentisches Bewerten und Urteilen unter Unsicherheit“ für die Sekundarstufe I entwickelt (Wassner, Biehler, Schweynoch & Martignon, 2004 auch als Band 5 der KaDiSto-Reihe veröffentlicht). Zum einen erfolgte eine Umsetzung des „Didaktischen Konzeptes der natürlichen Häufigkeiten“, zum anderen wurde ein Zugang mit hohem Realitätsbezug verwirklicht, in dem so genannte „allgemeinere Bildungsaspekte“ wie Lebensvorbereitung, eigenständige Problemlösefähigkeit, kritischer Vernunftgebrauch, Sinnstiftung, motivationale Faktoren etc. wesentliche Beachtung fanden. Die Reihe wurde auch im Rahmen dieser Arbeit in der Sekundarstufe I (fünf 9. Klassen, Gymnasium) implementiert und daraufhin der Unterrichtsgang detailliert bewertet und analysiert. Diese Arbeit stellt die Dissertation des Verfassers dar, die an der Universität Kassel von Rolf Biehler betreut wurde. Sie ist identisch mit der Erstveröffentlichung 2004 im Franzbecker Verlag, Hildesheim, der der elektronischen Veröffentlichung im Rahmen von KaDiSto zugestimmt hat.

Realitätsnähe von Kinderfernsehprogrammen und geschlechterspezifische Fernsehnutzungspräferenzen

Überblick über die Arbeit: "Die Notwendigkeit deutscher Kinderfernseh- und -filmproduktion ist unbestritten. Sie sind die Voraussetzung dafür, dass Kinder im Fernsehen ihre eigene Lebenswirklichkeit wiederfinden und zur Reflexion dieser Wirklichkeit angeregt werden."(Rosenbaum 2000) Kinderfernsehexperten wie Uwe Rosenbaum (Landessenderdirektor des Südwestrundfunks Rheinland-Pfalz) oder Armin Maiwald (Geschäftsführer der Flash Filmstudio GmbH, Produzent und Regisseur vieler Sachgeschichten der Sendung mit der Maus) vertreten die Meinung, dass in Deutschland mehr Kinderprogramm mit Kindern produziert werden müsse, die in Deutschland wohnen. Sie sind dabei auch der Meinung, Realprogramm sei qualitativ hochwertiger und damit für Kinder besser, als einseitiges, triviales Zeichentrickprogramm. Der Teil 1 greift diesen Diskurs auf und beschreibt ihn. Einen Beitrag zu diesem Diskurs möchte die Frageleisten, welche Darstellungsformen von Welt vom expliziten Kinderfernsehen angeboten werden und welche davon Kinder bevorzugen. Das Material einer systematischen Fernsehprogrammanalyse, die von den Nutzungspräferenzen der Kinder ausgeht, kann dabei helfen. Dabei konzentriere ich mich auf die zwei Aspekte "Animation" und "real", da der Diskurs Realfilm als qualitativ hochwertig ansieht und Animation in dieser Hinsicht das genaue Gegenteil darstellt. Dabei ist ein zentrales Ergebnis der Analyse, dass sich die Nutzungspräferenzen der Jungen und Mädchen in bezug auf realitätsnahes Programm sehr unterscheiden: Jungen sehen eher Zeichentrickprogramm und Mädchen sehen eher Realformate wie z.B. Soap-Operas. Das legt nahe, die Diskussion um Realitätsnähe im Kinderfernsehen aus geschlechterspezifischer Sicht zu betrachten und die Fragestellung der Arbeit dahingehend neu zu formulieren. Der zweite Teil der Arbeit sortiert zunächst die Begriffe "Realitätsnähe", "Realfilm" und "Zeichentrick", die im ersten Teil eingeführt wurden und trennt sie von einander. Die "Jährliche Bestandsaufnahme zum Kinderfernsehen - qualitative und quantitative Fernsehprogrammanalyse in der Sicht der Kinder" dient dazu, im Kinderfernsehen die Spuren des Diskurses wieder zu finden. Die systematische Suche nach solchen Programmen macht es nötig, mit Hilfe operationalisierter Begriffe, Fernsehprogramm zu kodieren. Dabei bieten sich bereits vorhandene Kodes zur Realitätsnähe an. Für die Auswertung sind zudem auch Zugänge über weitere Kodes wie z.B. Information/ Unterhaltung oder Fiction/ Non-Fiction möglich. Die Ansätze in Teil 1 und 2 waren bis dahin umgangssprachliche Formulierungen, deshalb folgt im dritten Teil der Arbeit ein Exkurs in die Theorie, um den Begriff der Realitätsnähe im Fernsehen theoretisch zu begründen und um Realfilm und Animation theoretisch zu beschreiben. Zwei Themenfelder sind hierbei wesentlich: Das erste Themenfeld behandelt die Wirklichkeitskonstruktion im Fernsehen mit den Autoren Alfred Schütz, Thomas Luckmann und Jürgen Fritz. Das Wesentliche in diesem Abschnitt ist der Versuch Realfilm und Zeichentrick als geschlossene Sinngebiete wie "reale Welt" und "Spielwelt" zu verstehen, da geschlossenen Sinngebieten spezifische, eigene Erlebnis- und Erkenntnisstile zugrunde liegen. Fazit dieser Überlegung ist, dass Realfilm und Zeichentrick einander nicht über- oder untergeordnet sind, sondern formal nebeneinander mit unterschiedlichen Erkenntnis- und Erlebnisstilen in Erscheinung treten, bzw. in ihnen unterschiedliche Erlebnis- und Erkenntnisstile angelegt sind. Das zweite Themenfeld widmet sich der von David Buckingham so genannten "Perceived Reality", die nach der Wahrnehmung der Kinder von Wirklichkeit im Fernsehen fragt. Dabei geht es um die Frage, wie Kinder die Realität des Fernsehens beurteilen. Ein Fazit ist hierbei, dass Kinder an Fernsehsendungen keine allgemeingültige Messlatte anlegen, um die Realitätsnähe zu bestimmen, sondern Kinder handeln die Realitätsnähe von Sendungen und deren Bewertung in sozialen Kontexten mit Peers und Erwachsenen je nach Situation aus. Der vierte Teil der Arbeit wertet die Kodierung aus dem zweiten Teil aus und präsentiert Ergebnisse. In diesem Teil werden verschiedene Auswertungsverfahren ausprobiert, um Muster in der Rezeption und im Ein- und Ausschaltverhalten der Kinder in bezug auf Realitätsnähe zu finden. Nachdem Überblick über das Angebot an realitätsnahem Kinderfernsehprogramm, folgt die Auswertung der Nutzung des Kinderprogramms. Hierbei steht die Frage im Vordergrund, in welchem Ausmaß Kinder realitätsnahe Programme nutzen und welche geschlechterspezifischen Unterschiede es in der Nutzung Formate "Animation" und "real" gibt. Im Groben werden in diesem Kapitel zahlreiche Listen präsentiert, Sendungen beschrieben und vor allem unterschiedliche Altersgruppen sowie Geschlechter berücksichtigt. Eines der auffälligsten Merkmale wird sein, dass Jungen in Bezug auf die eingangs eröffneten Begriffe andere Präferenzen und Fernsehnutzungsmuster zeigen als Mädchen. Im Gegensatz zu Mädchen sehen die Jungen eher weniger Realprogramm und eher mehr Animationsprogramm. Kinder im Fernsehen stehen stellvertretend für Muster und Typen von Kindern der realen Welt. Das legitimiert anhand der Typologie der Kinder nach Freizeitmustern , nach diesen Kindertypen im Fernsehen und bei den Zuschauern zu suchen. Ein Ergebnis bestätigte die Beobchtung, dass Mädchen neben Realprogramm auch Zeichentrick sehen, und Jungen nur Zeichentrick. Anhand der bis dort gewonnenen Ergebnisse und zweier Beispiele aus dem Schulalltag folgt abschließend in Teil 5 ein pädagogisches Fazit. Der Umgang von Jungen mit Medien wird häufig problematisiert und so wie es sich in den Ergebnissen dieser und anderer Arbeiten wie der PISA2000-Studie oder in der Typologie der Freizeitmuster darstellt, könnte man durchaus den Eindruck gewinnen, dass Jungen eine schwierige Beziehung zu Medien haben. Deshalb muss man sich vermutlich zunächst eingestehen, dass Jungen eher Zeichentrick und Mädchen eher Soaps gucken, um danach Jungen emphatisch in Bezug auf ihre Mediennutzungsmuster zu begegnen und ihre Vorlieben nicht zu trivialisieren oder zu verurteilen. Das hat pädagogische Bedeutung für die Schule, wie die beiden Beispiele zeigen.

Konzept und Prototyp eines interoperablen und offenen Simulationssystems

Simulation hat sich in der Vergangenheit als unterstützendes Planungsinstrument und Prognosemethode zur Untersuchung von Materialflusssystemen in verschiedenen Branchen etabliert. Dafür werden neben Simulationswerkzeugen auch zunehmend Virtual Reality (VR), insbesondere mit dem Ansatz Digitale Fabrik, eingesetzt. Ein Materialflusssimulator, der für den VR–Einsatz geeignet ist,existiert noch nicht, so dass Anwender gegenwärtig mit verschiedenen Systemen arbeiten müssen, um Untersuchungen eines Simulationsmodells in einem VR–Umfeld wie beispielsweise in einem CAVE zu ermöglichen. Zeitlicher Aufwand ist dadurch vorprogrammiert und das Auftreten von Fehlern bei der Konvertierung des Simulationsmodells möglich. Da auch der hauseigene Materialflusssimulator SIMFLEX/3D nicht für beide Anwendungsgebiete genutzt werden kann und für einen solchen Einsatz mit sehr hohem Aufwand angepasst werden müsste, wurde stattdessen ein neues Simulationssystem entworfen. Das Simulationssystem wird in der vorliegenden Arbeit als ein interoperables und offenes System beschrieben, das über eine flexible Softwarearchitektur verfügt und in einem vernetzten Umfeld mit anderen Werkzeugen Daten austauschen kann. Die grundlegende Idee besteht darin, eine flexible Softwarearchitektur zu entwerfen, die zunächst interaktive und ereignisorientierte 3D–Simulation erlaubt, aber zusätzlich für andere Anwendungszwecke offen gehalten wird. Durch den offenen Ansatz können Erweiterungen, die in Form von Plugins entwickelt werden, mit geringem Aufwand in das System integriert werden, wodurch eine hohe Flexibilität des Systems erreicht wird. Für interoperable Zwecke werden Softwaremodule vorgestellt, die optional eingesetzt werden können und standardisierte Formate wie bspw. XML benutzen. Mit dem neuen Simulationssystem wird die Lücke zwischen Desktop– und VR–Einsatz geschlossen und aus diesem Grund der Zeitaufwand und Fehlerquellen reduziert. Darüber hinaus ermöglicht der offene Ansatz, das Simulationssystem rollen- und aufgabenspezifisch anzupassen, indem die erforderlichen Plugins bereitgestellt werden. Aus diesem Grund kann das Simulationssystem mit sehr geringem Aufwand um weitere Untersuchungsschwerpunkte wie beispielsweise Avatare ergänzt werden. Erste Untersuchungen in einem CAVE wurden erfolgreich durchgeführt. Für die Digitale Fabrik kann der Prototyp eingesetzt werden, um die Produktionsplanung mit Hilfe der Simulation und die Entwicklung mit Hilfe der entwickelten Viewer zu unterstützen. Letzteres ist möglich, da die Viewer zahlreiche CAD–Formate lesen und um weitere Formate ergänzt werden können. Das entwickelte System ist für den Einsatz in verschiedenen Prozessen einer Wertschöpfungskette geeignet,um es als Untersuchungs-, Kommunikations- und Steuerungswerkzeug einzusetzen.

Medienbildungschancen von Risikolernern

Die medienpädagogische Förderung junger Menschen aus problematischen Familien, sozio-kulturellen Problemlagen, der sogenannten neuen Unterschicht bzw. die Förderung von Hauptschülern, insbesondere Jungen, ist das zentrale Anliegen dieses Buches. Das sind diejenigen Lerner, die die Anforderungen für einen qualifizierten Schulabschluss, die Basiskompetenzen im Sinne der PISA-Studien, nicht oder kaum erfüllen, Distanz zur Schule haben bzw. aus schwierigen sozio-ökonomischen Bevölkerungsgruppen stammen. Diese Gruppe, meist Jungen, häufig mit Migrationshintergrund, versucht der Begriff Risikolerner zu fassen. Die Frage nach Risikolernern eröffnet die Perspektive auf Kompetenzen und kulturelle Ressourcen, mit denen es Risikolernern gelingt, Medien selbstbestimmt und reflexiv für die eigene Persönlichkeitsentwicklung sowie Lebens- und Alltagsbewältigung aktiv zu nutzen (Niesyto, 2010, S. 315). Zentrales Thema und Fragestellung dieses Buches ist, welche Bildungschancen in den Mediennutzungsmustern der Risikolerner stecken. Aus theoretischer Perspektive geht es um die Frage, wie und mit welchen Mustern sich Risikolerner Medien als Kulturgüter aneignen. Die pädagogische Leitfrage, die an den Gedanken der Bildung geknüpft ist, lautet, wie die Entwicklung und damit das Lernen der Risikolerner mit ihren Mediennutzungsmustern, also ihren Aneignungsmustern in Bezug auf Medien, verbunden ist. Die medienpädagogische Frage nach den Chancen für Medienbildung von Risikolernern fundiert auf der Theorie der Medienbildung und auf dem kulturtheoretischen Modell der Sozio-kulturellen Ökologie, wie sie von der London Mobile Learning Group (LMLG; www.londonmobilelearning.net) entwickelt wurde (Pachler, Bachmair, & Cook, 2010). Auf der Grundlage dieser Theorien verortet diese Arbeit die Gruppe der Risikolerner im Zusammenhang von Lebenswelt und Lebenslagen und ordnet diese spezifische Gruppe von Lernern mit Bezug auf individuelle, schulische und gesellschaftliche Risiken ein. Die Gender-Perspektive öffnet den Blick für bestimmte jungenspezifische Aneignungsmuster im Zusammenhang mit Medien und eröffnet im nächsten Schritt die Möglichkeit, Bildungschancen speziell für Jungen zu formulieren. Ein genderbezogener Entwicklungsprozess, der die Lebenswelt der Jungen betrifft, ist die Auflösung hegemonialer Männlichkeit und die Transformation hin zu multioptionalen und situierten Männlichkeiten, die es von Jungen auszubalancieren gilt. Die Sozialstrukturanalyse der Soziologie dient als methodischer Zugang, um Risikolerner systematisch zu identifizieren und um mithilfe der sozialen Segmentierung entsprechende Ergebnisse in Bezug auf Mediennutzung und Alltagsbewältigung zu formulieren. Diese medienpädagogische Forschung ist eine Rekonstruktion der Mediennutzung über die Spuren der Artikulation und Aneignung, wie sie in den Konsumdaten repräsentiert sind, mit dem Ziel, die Aneignungsprozesse und die darin inhärenten Bildungschancen sichtbar zu machen. Risikolerner sind in der Perspektive gesellschaftlicher und alltagsästhetischer Strukturen ein eher hedonistischer, widerständiger Lifestyle, geprägt von sozialer Benachteiligung und von aktivem Risikoverhalten sowie von einer Mediennutzung, die schulischen Aneignungsformen eher entgegengesetzt ist. Die zentralen Ergebnisse und damit Chancen für Medienbildung der Risikolerner entstehen in drei Bereichen der Mediennutzungsmuster: im Downloaden, Speichern und Tauschen vielfältiger Formate; im (mobilen) Gaming; sowie im vielfältigen Produzieren und Verarbeiten von auditivem und visuellem Material. Mit diesen Mustern sind drei bedeutsame Bildungschancen verknüpft: durch Risikolerner generierte alternative Räume der Medienbildung, die strukturell entgegen der Lernwelt Schule ausgerichtet sind; das kommunikative Organisieren des Alltags und der Mediennutzung; sowie das Generieren von digitalen Sammlungen und Archiven als persönlicher Besitz.

In vitro fermentation of mixed linkage glucooligosaccharides produced by Gluconobacter oxydans NCIMB 4943 by the human colonic microflora

The aim of this study was to develop selectively fermented (prebiotic) carbohydrate molecules which would also result in the generation of butyric acid. Glucooligosaccharides produced by Gluconobacter oxydans NCIMB 4943 from various types of maltodextrins were evaluated for their fermentation by mixed cultures of human colonic microflora. The selectivity of growth of desirable bacteria (bifidobacteria, lactobacilli) was studied in stirred pH-controlled (6.8) batch cultures. Bacterial populations were enumerated using fluorescent in situ hybridization (FISH). Gluco-oligosaccharides resulted in significantly (P<0.05) increased numbers of bifidobacteria and lactobacilli within 24 hours. Bacteroides, clostridial and eubacterial populations were slightly decreased at 48 h. There was very little difference in selectivity between the maltodextrin substrates and the products, although maltodextrin displayed a slightly less selective fermentation than the gluco-oligosaccharide products, also stimulating the growth of bacteroides, clostridia and eubacteria. Gluco-oligosaccharides, produced from G19 maltodextrin, resulted in the best prebiotic effect with the highest prebiotic index (PI) of 5.90 at 48 hours. Acetate, propionate and butyrate were all produced from glucooligosaccharides, derived from G19 maltodextrin, at 48 hours but no lactate or formate were detected.

Carbohydrate preferences of Bifidobacterium species isolated from the human gut

The growth of nine species of Bifidobacterium on media containing glucose, xylose, xylooligosaccharides (XOS), xylan or fructooligosaccharides (FOS) as the sole carbon source were compared in pure culture. The bifidobacteria differed in fermentation profiles when tested on different carbohydrates. All species grew to their highest final optical density (OD) on a glucose containing medium, with the exception of B. catenulatum which demonstrated a preference for xylose over glucose, and XOS over FOS. B. bifidum grew to the highest OD on XOS compared to xylose suggesting a specific transport system for the oligosaccharide over the monomer. This is consistent with a lack of β-xylosidase activity present in the culture medium. Lactate, formate and acetate levels were determined and the ratios of these metabolites altered between and within species growing on different carbohydrates. In general, high lactate production correlated with low formate production and low lactate concentrations were obtained at higher levels of formate. Bifidobacteria may alter their metabolic pathways based upon the carbohydrates that are available for their use.

Antipathogenic activity of probiotics against Salmonella Typhimurium and Clostridium difficile in anaerobic batch culture systems: is it due to synergies in probiotic mixtures or the specificity of single strains?

Probiotics are currently being investigated for prevention of infections caused by enteric pathogens. The aim of this in vitro study was to evaluate the influence of three single probiotics: Lactobacillus casei NCIMB 30185 (PXN 37), Lactobacillus acidophilus NCIMB 30184 (PXN 35), Bifidobacterium breve NCIMB 30180 (PXN 25) and a probiotic mixture containing the above strains plus twelve other strains belonging to the Lactobacillus, Bifidobacterium, Lactococcus, Streptococcus and Bacillus genera on the survival of Salmonella Typhimurium and Clostridium difficile using pH-controlled anaerobic batch cultures containing mixed fecal bacteria. Changes in relevant bacterial groups and effects of probiotic addition on survival of the two pathogens were assessed over 24 h. Quantitative analysis of bacterial populations revealed that there was a significant increase in lactobacilli and/or bifidobacteria numbers, depending on probiotic addition, compared with the control (no added probiotic). There was also a significant reduction in S. Typhimurium and C. difficile numbers in the presence of certain probiotics compared with controls. Of the probiotic treatments, two single strains namely L. casei NCIMB 30185 (PXN 37), and B. breve NCIMB 30180 (PXN 25) were the most potent in reducing the numbers of S. Typhimurium and C. difficile. In addition, the supplementation with probiotics into the systems influenced some fermentations parameters. Acetate was found in the largest concentrations in all vessels and lactate and formate were generally detected in higher amounts in vessels with probiotic addition compared to controls.

Metabolic phenotype modulation by caloric restriction in a lifelong dog study

Modeling aging and age-related pathologies presents a substantial analytical challenge given the complexity of gene−environment influences and interactions operating on an individual. A top-down systems approach is used to model the effects of lifelong caloric restriction, which is known to extend life span in several animal models. The metabolic phenotypes of caloric-restricted (CR; n = 24) and pair-housed control-fed (CF; n = 24) Labrador Retriever dogs were investigated by use of orthogonal projection to latent structures discriminant analysis (OPLS-DA) to model both generic and age-specific responses to caloric restriction from the 1H NMR blood serum profiles of young and older dogs. Three aging metabolic phenotypes were resolved: (i) an aging metabolic phenotype independent of diet, characterized by high levels of glutamine, creatinine, methylamine, dimethylamine, trimethylamine N-oxide, and glycerophosphocholine and decreasing levels of glycine, aspartate, creatine and citrate indicative of metabolic changes associated largely with muscle mass; (ii) an aging metabolic phenotype specific to CR dogs that consisted of relatively lower levels of glucose, acetate, choline, and tyrosine and relatively higher serum levels of phosphocholine with increased age in the CR population; (iii) an aging metabolic phenotype specific to CF dogs including lower levels of liproprotein fatty acyl groups and allantoin and relatively higher levels of formate with increased age in the CF population. There was no diet metabotype that consistently differentiated the CF and CR dogs irrespective of age. Glucose consistently discriminated between feeding regimes in dogs (≥312 weeks), being relatively lower in the CR group. However, it was observed that creatine and amino acids (valine, leucine, isoleucine, lysine, and phenylalanine) were lower in the CR dogs (<312 weeks), suggestive of differences in energy source utilization. 1H NMR spectroscopic analysis of longitudinal serum profiles enabled an unbiased evaluation of the metabolic markers modulated by a lifetime of caloric restriction and showed differences in the metabolic phenotype of aging due to caloric restriction, which contributes to longevity studies in caloric-restricted animals. Furthermore, OPLS-DA provided a framework such that significant metabolites relating to life extension could be differentiated and integrated with aging processes.

Spectroelectrochemical study of complexes [Mo(CO)2(h3-allyl)(adiimine)(NCS)] (a-diimine ¼ bis(2,6-dimethylphenyl)- acenaphthenequinonediimine and 2,20-bipyridine) exhibiting different molecular structure and redox reactivity

The redox properties and reactivity of [Mo(CO)2(η3-allyl)(α-diimine)(NCS)] (α-diimine = bis(2,6-dimethylphenyl)-acenaphthenequinonediimine (2,6-xylyl-BIAN) and 2,2′-bipyridine (bpy)) were studied using cyclic voltammetry and IR/UV–Vis spectroelectrochemistry. [Mo(CO)2(η3-allyl)(2,6-xylyl-BIAN)(NCS)] was shown by X-ray crystallography to have an asymmetric (B-type) conformation. The extended aromatic system of the strong π-acceptor 2,6-xylyl-BIAN ligand stabilises the primary 1e−-reduced radical anion, [Mo(CO)2(η3-allyl)(2,6-xylyl-BIAN•−)(NCS)]−, that can be reduced further to give the solvento anion [Mo(CO)2(η3-allyl)(2,6-xylyl-BIAN)(THF)]−. The initial reduction of [Mo(CO)2(η3-allyl)(bpy)(NCS)] in THF at ambient temperature results in the formation of [Mo(CO)2(η3-allyl)(bpy)]2 by reaction of the remaining parent complex with [Mo(CO)2(η3-allyl)(bpy)]− produced by dissociation of NCS− from [Mo(CO)2(η3-allyl)(bpy•−)(NCS)]−. Further reduction of the dimer [Mo(CO)2(η3-allyl)(bpy)]2 restores [Mo(CO)2(η3-allyl)(bpy)]−. In PrCN at 183 K, [Mo(CO)2(η3-allyl)(2,6-xylyl-BIAN•−)(NCS)]− converts slowly to 2e−-reduced [Mo(CO)2(η3-allyl)(2,6-xylyl-BIAN)(PrCN)]− and free NCS−. At room temperature, the reduction path in PrCN involves mainly the dimer [Mo(CO)2(η3-allyl)(bpy)]2; however, the detailed course of the reduction within the spectroelectrochemical cell is complicated and involves a mixture of several unassigned products. Finally, it has been shown that the five-coordinate anion [Mo(CO)2(η3-allyl)(bpy)]− promotes in THF reduction of CO2 to CO and formate via the formation of the intermediate [Mo(CO)2(η3-allyl)(bpy)(O2CH)] and its subsequent reduction.

Azotobacter genomes: the genome of Azotobacter chroococcum NCIMB 8003 (ATCC 4412)

The genome of the soil-dwelling heterotrophic N2-fixing Gram-negative bacterium Azotobacter chroococcum NCIMB 8003 (ATCC 4412) (Ac-8003) has been determined. It consists of 7 circular replicons totalling 5,192,291 bp comprising a circular chromosome of 4,591,803 bp and six plasmids pAcX50a, b, c, d, e, f of 10,435 bp, 13,852, 62,783, 69,713, 132,724, and 311,724 bp respectively. The chromosome has a G+C content of 66.27% and the six plasmids have G+C contents of 58.1, 55.3, 56.7, 59.2, 61.9, and 62.6% respectively. The methylome has also been determined and 5 methylation motifs have been identified. The genome also contains a very high number of transposase/inactivated transposase genes from at least 12 of the 17 recognised insertion sequence families. The Ac-8003 genome has been compared with that of Azotobacter vinelandii ATCC BAA-1303 (Av-DJ), a derivative of strain O, the only other member of the Azotobacteraceae determined so far which has a single chromosome of 5,365,318 bp and no plasmids. The chromosomes show significant stretches of synteny throughout but also reveal a history of many deletion/insertion events. The Ac-8003 genome encodes 4628 predicted protein-encoding genes of which 568 (12.2%) are plasmid borne. 3048 (65%) of these show > 85% identity to the 5050 protein-encoding genes identified in Av-DJ, and of these 99 are plasmid-borne. The core biosynthetic and metabolic pathways and macromolecular architectures and machineries of these organisms appear largely conserved including genes for CO-dehydrogenase, formate dehydrogenase and a soluble NiFe-hydrogenase. The genetic bases for many of the detailed phenotypic differences reported for these organisms have also been identified. Also many other potential phenotypic differences have been uncovered. Properties endowed by the plasmids are described including the presence of an entire aerobic corrin synthesis pathway in pAcX50f and the presence of genes for retro-conjugation in pAcX50c. All these findings are related to the potentially different environmental niches from which these organisms were isolated and to emerging theories about how microbes contribute to their communities.

N-H...S=C hydrogen bond in O-alkyl N-methoxycarbonyl thiocarbamates, ROC(S)N(H)C(O)O)CH(3) (R = CH(3)(-), CH(3)CH(2)-)

Pure O-methyl N-methoxycarbonyl thiocarbamate CH(3)OC(S)N(H)C(O)OCH(3) (I) and O-ethyl N-methoxycarbonyl thiocarbamate, CH(3)CH(2)OC(S)N(H)C(O)OCH(3) (II), are quantitatively prepared by the addition reaction between the CH(3)OC(O)NCS and the corresponding alcohols. The compounds are characterized by multinuclear ((1)H and (13)C) and bi-dimensional ((13)C HSQC) NMR, GC-MS and FTIR spectroscopy techniques. Structural and conformational properties are analyzed using a combined approach involving crystallographic data, vibration spectra and theoretical calculations. The low-temperature (150 K) crystal structure of II was determined by X-ray diffraction methods. The substance crystallizes in the monoclinic space group P2(1)/n with a = 4.088(1)angstrom. b = 22.346(1)angstrom, c = 8.284(1)angstrom, beta = 100.687(3)degrees and Z = 4 molecules per unit cell. The conformation adopted by the thiocarbamate group -OC(S)N(H)- is syn (C=S double bond in synperiplanar orientation with respect to the N-H single bond), while the methoxycarbonyl C=O double bond is in antiperiplanar orientation with respect to the N-H bond. The non-H atoms in II are essentially coplanar and the molecules are arranged in the crystal lattice as centro-symmetric dimeric units held by N-H center dot center dot center dot S=C hydrogen bonds Id(N center dot center dot center dot S) = 3.387(1)angstrom, <(N-H center dot center dot center dot S) = 166.4(2)degrees]. Furthermore, the effect of the it electronic resonance in the structural and vibrational properties is also discussed. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Vibrational properties, crystal X-ray diffraction structure and quantum chemical calculations on a divalent sulfur substituted phthalimide: 1H-Isoindole-1,3(2H)-dione, 2-[(methoxycarbonyl)thio]

Structural and conformational properties of 1H-Isoindole-1,3(2H)-dione, 2-[(methoxycarbonyl)thio] (S-phthalimido O-methyl thiocarbonate) are analyzed using a combined approach including X-ray diffraction, vibrational spectra and theoretical calculation methods. The vibrational properties have been studied by infrared and Raman spectroscopies along with quantum chemical calculations (B3LYP and B3PW91 functional in connection with the 6-311++G** and aug-cc-pVDZ basis sets). The crystal structure was determined by X-ray diffraction methods. The substance crystallizes in the monoclinic P2(1)/c space group with a = 6.795(1), b = 5.109(1), c = 30.011(3) angstrom, beta = 90.310(3)degrees and Z = 4 molecules per unit cell. The conformation adopted by the N-S-C=O group is syn (C=O double bond in synperiplanar orientation with respect to the N-S single bond). The experimental molecular structure is well reproduced by the MP2/aug-cc-pVDZ method. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.

Peroxymonocarbonate and Carbonate Radical Displace the Hydroxyl-like Oxidant in the Sod1 Peroxidase Activity under Physiological Conditions

Despite being one of the most important antioxidant defenses, Cu,Zn-superoxide dismutase (Sod1) has been frequently associated with harmful effects, including neurotoxicity. This toxicity has been attributed to immature forms of Sod1 and extraneous catalytic activities. Among these, the ability of Sod1 to function as a peroxidase may be particularly relevant because it is increased in bicarbonate buffer and produces the reactive carbonate radical. Despite many studies, how this radical forms remains unknown. To address this question, we systematically studied hSod1 peroxidase activity in the presence of nitrite, formate, and bicarbonate-carbon dioxide. Kinetic analyses of hydrogen peroxide consumption and of nitrite, formate, and bicarbonate-carbon dioxide oxidation showed that the Sod1-bound hydroxyl-like oxidant functions in the presence of nitrite and formate. In the presence of bicarbonate-carbon dioxide, this oxidant is replaced by peroxymonocarbonate, which is then reduced to the carbonate radical. Peroxymonocarbonate intermediacy was evidenced by (13)C NMR experiments showing line broadening of its peak in the presence of Zn,ZnSod1. In agreement, peroxymonocarbonate was docked into the hSod1 active site, where it interacted with the conserved Arg(143). Also, a reaction between peroxymonocarbonate and Cu(I)Sod1 was demonstrated by stopped-flow experiments. Kinetic simulations indicated that peroxymonocarbonate is produced during Sod1 turnover and not in bulk solution. In the presence of bicarbonate-carbon dioxide, sustained hSod1-mediated oxidations occurred with low steady-state concentrations of hydrogen peroxide (4-10 mu M). Thus, carbonate radical formation through peroxymonocarbonate may be a key event in Sod1-induced toxicity.

Acetyl Radical Production by the Methylglyoxal-Peroxynitrite System: A Possible Route for L-Lysine Acetylation

Methylglyoxal is an a-oxoaldehyde putatively produced in excess from triose phosphates, aminoacetone, and acetone in some disorders, particularly in diabetes. Here, we investigate the nucleophilic addition of ONOO(-), known as a potent oxidant and nucleophile, to methylglyoxal, yielding an acetyl radical intermediate and ultimately formate and acetate ions. The rate of ONOO(-) decay in the presence of methylglyoxal [k(2,app) = (1.0 +/- 0.1) x 10(3) M(-1) s(-1); k(2) approximate to 1.0 x 10(5) M(-1) s(-1)] at pH 7.2 and 25 degrees C was found to be faster than that reported with monocarbonyl substrates (k(2) < 10(3) M(-1) diacetyl (k(2) = 1.0 x 10(4) M(-1) s(-1)), or CO(2) (k(2) = 3-6 x 10(4) M(-1) s(-1)). The pH profile of the methylglyoxal peroxynitrite reaction describes an ascendant curve with an inflection around pH 7.2, which roughly coincides with the pK(a) values of both ONOOH and H(2)PO(4)(-) ion. Electron paramagnetic resonance spin trapping experiments with 2-methyl-2-nitrosopropane revealed concentration-dependent formation of an adduct that can be attributed to 2-methyl-2-nitrosopropane-CH(3)CO(center dot) (a(N) = 0.83 mT). Spin trapping with 3,5-dibromo-4-nitrosobenzene sulfonate gave a signal that could be assigned to a methyl radical adduct [a(N) = 1.41 mT; a(H) = 1.35 mT; a(H(m)) = 0.08 mT]. The 2-methyl-2-nitrosopropane-CH(3)CO(center dot) adduct could also be observed by replacement of ONOO(-) with H(2)O(2), although at much lower yields. Acetyl radicals could be also trapped by added L-lysine as indicated by the presence of W-acetyl-L-lysine in the spent reaction mixture. This raises the hypothesis that ONOO(-)/H(2)O(2) in the presence of methylglyoxal is endowed with the potential to acetylate proteins in post-translational processes.

Gas-Phase Acylium Ion Transfer Reactions Mediated by a Proton Shuttle Mechanism

The mechanism and the energy profile of the gas-phase reaction that mimics esterification under acidic conditions have been investigated at different levels of theory. These reactions are known to proceed with rate constants close to the collision limit in the gas-phase and questions have been raised as to whether the typical addition-elimination mechanism via a tetrahedral intermediate can explain the ease of these processes. Because these reactions are common to many organic and biochemical processes it is important to understand the intrinsic reactivity of these systems. Our calculations at different levels of theory reveal that a stepwise mechanism via a tetrahedral species is characterized by energy barriers that are inconsistent with the experimental results. For the thermoneutral exchange between protonated acetic acid and water and the exothermic reaction of protonated acetic acid and methanol our calculations show that these reactions proceed initially by a proton shuttle between the carbonyl oxygen and the hydroxy oxygen of acetic acid mediated by water, or methanol, followed by displacement at the acylium ion center. These findings suggest that the reactions in the gas-phase should be viewed as an acylium ion transfer reaction. (C) 2010 Wiley Periodicals, Inc. Int J Quantum Chem 111: 1596-1606, 2011