Biomarker pigment signatures in Cochin back water system e A tropical estuary south west coast of India

Sedimentary biomarker pigments around Cochin estuary situated in the southwest coast of India were determined by HPLC. Fucoxanthin, an indicator of diatom was observed to be the most abundant carotenoid pigment in the estuary. Dinoflagellate derived carotenoid pigment peridinin was confined in the southern part of estuary and zeaxanthin pigment indicative of cyanobacteria were more found in sites influenced by anthropogenic activities. One compound having close similarity to fucoxanthin was also detected. Alloxanthin (cryptophyceae), chl b (green algae), canthaxanthin, neoxanthin, lutein and peridinin isomer were also detected by spectra and corresponding algal class were identified. The highest concentration of chl a (11.01 mg g 1) found near to the anthropogenic affected area while the lowest chl a (0.65 mg g 1) was recorded in industrial area. Degradation products of chl a, such as pheophorbide and pheophytin were observed and principal mode of mechanism of degradation were derived. Higher pheopigments content than chl a, reflects a density trapping of dead cells and early degradation of phytopigments from grazing activities

Carotenoid composition of hydroponic leafy vegetables

Because hydroponic production of vegetables is becoming more common, the carotenoid composition of hydroponic leafy vegetables commercialized in Campinas, Brazil, was determined. All samples were collected and analyzed in winter. Lactucaxanthin was quantified for the first time and was found to have concentrations similar to that of neoxanthin in the four types of lettuce analyzed. Lutein predominated in cress, chicory, and roquette (75.4 ± 10.2, 57.0 ± 10.3, and 52.2 ± 12.6 μg/g, respectively). In the lactucaxanthin-containing lettuces, β-carotene and lutein were the principal carotenoids (ranging from 9.9 ± 1.5 to 24.6 ± 3.1 μg/g and from 10.2 ± 1.0 to 22.9 ± 2.6 μg/g, respectively). Comparison of hydroponic and field-produced curly lettuce, taken from neighboring farms, showed that the hydroponic lettuce had significantly lower lutein, β-carotene, violaxanthin, and neoxanthin contents than the conventionally produced lettuce. Because the hydroponic farm had a polyethylene covering, less exposure to sunlight and lower temperatures may have decreased carotenogenesis.

Untersuchung der Pigment- und Proteinzusammensetzung der peripheren Lichtsammelantenne des Photosystem I

Die Lichtsammelantenne des PSI (LHCI) ist hinsichtlich ihrer Protein- und Pigmentzusammensetzung weniger gut untersucht als die des PSII. Im Rahmen dieser Arbeit wurde deshalb zunächst die Isolation von nativen LHCI-Subkomplexen optimiert und deren Pigmentzusammensetzung untersucht. Zusätzlich wurde die Pigmentbindung analysiert sowie das Pigment/Protein-Verhältnis bestimmt. Die Analyse der Proteinzusammensetzung des LHCI erfolgte mittels einer Kombination aus ein- oder zweidimensionaler Gelelektrophorese mit Westernblotanalysen mit Lhca-Protein-spezifischen Antikörpern und massenspektrometrischen Untersuchungen. Dabei stellte sich heraus, dass der LHCI mehr Proteine bzw. Proteinisoformen enthält als bisher vermutet. So gelang durch die massenspektrometrischen Untersuchungen die Identifizierung zweier bisher noch nicht nachgewiesener Lhca-Proteine. Bei diesen handelt es sich um eine Isoform des Lhca4 und ein zusätzliches Lhca-Protein, das Tomaten-Homolog des Lhca5 von Arabidopsis thaliana. Außerdem wurden in 1D-Gelen Isoformen von Lhca-Proteinen mit unterschiedlichem elektrophoretischen Verhalten beobachtet. In 2D-Gelen trat zusätzlich eine große Anzahl an Isoformen mit unterschiedlichen isoelektrischen Punkten auf. Es ist zu vermuten, dass zumindest ein Teil dieser Isoformen physiologischen Ursprungs ist, und z.B. durch differentielle Prozessierung oder posttranslationale Modifikationen verursacht wird, wenn auch die Spotvielfalt in 2D-Gelen wohl eher auf die Probenaufbereitung zurückzuführen ist. Mittels in vitro-Rekonstitution mit anschließenden biochemischen Untersuchungen und Fluoreszenzmessungen wurde nachgewiesen, dass Lhca5 ein funktioneller LHC mit spezifischen Pigmentbindungseigenschaften ist. Außerdem zeigten in vitro-Dimerisierungsexperimente eine Interaktion zwischen Lhca1 und Lhca5, wodurch dessen Zugehörigkeit zur Antenne des PSI gestützt wird. In vitro-Dimerisierungsexperimente mit Lhca2 und Lhca3 führten dagegen nicht zur Bildung von Dimeren. Dies zeigt, dass die Interaktion in potentiellen Homo- oder Heterodimeren aus Lhca2 und/oder Lhca3 schwächer ist als die zwischen Lhca1 und Lhca4 oder Lhca5. Die beobachtete Proteinheterogenität deutet daraufhin, dass die Antenne des PSI eine komplexere Zusammensetzung hat als bisher angenommen. Für die Integration „neuer“ LHC in den PSI-LHCI-Holokomplex werden zwei Modelle vorgeschlagen: geht man von einer festen Anzahl von LHCI-Monomeren aus, so kann sie durch den Austausch einzelner LHC-Monomere erreicht werden. Als zweites Szenario ist die Bindung zusätzlicher LHC vorstellbar, die entweder indirekt über bereits vorhandene LHC oder direkt über PSI-Kernuntereinheiten mit dem PSI interagieren. In Hinblick auf die Pigmentbindung der nativen LHCI-Subfraktionen konnte gezeigt werden, dass sie Pigmente in einer spezifischen Stöchiometrie und Anzahl binden, und sich vom LHCIIb vor allem durch eine verstärkte Bindung von Chlorophyll a, eine geringere Anzahl von Carotinoiden und die Bindung von ß-Carotin an Stelle von Neoxanthin unterscheiden. Der Vergleich von nativem LHCI mit rekonstituierten Lhca-Proteinen ergab, dass Lhca-Proteine Pigmente in einer spezifischen Stöchiometrie binden, und dass sie Carotinoidbindungsstellen mit flexiblen Bindungseigenschaften besitzen. Auch über die Umwandlung des an die einzelnen Lhca-Proteine gebundenen Violaxanthins (Vio) im Xanthophyllzyklus war nur wenig bekannt. Deshalb wurden mit Hilfe eines in vitro-Deepoxidationssystems sowohl native als auch rekonstituierte LHCI hinsichtlich ihrer Deepoxidationseigenschaften untersucht und der Deepoxidationsgrad von in vivo deepoxidierten Pigment-Protein-Komplexen bestimmt. Aus den Deepoxidationsexperimenten konnte abgeleitet werden, dass in den verschiedenen Lhca-Proteinen unterschiedliche Carotinoidbindungsstellen besetzt sind. Außerdem bestätigten diese Experimente, dass der Xanthophyllzyklus auch im LHCI auftritt, wobei jedoch ein niedrigerer Deepoxidationsgrad erreicht wird als bei LHCII. Dies konnte durch in vitro-Deepoxidationsversuchen auf eine geringere Deepoxidierbarkeit des von Lhca1 und Lhca2 gebundenen Vio zurückgeführt werden. Damit scheint Vio in diesen Lhca-Proteinen eher eine strukturelle Rolle zu übernehmen. Eine photoprotektive Funktion von Zeaxanthin im PSI wäre folglich auf Lhca3 und Lhca4 beschränkt. Damit enthält jede LHCI-Subfraktion ein LHC-Monomer mit langwelliger Fluoreszenz, das möglicherweise am Lichtschutz beteiligt ist. Insgesamt zeigten die Untersuchungen der Pigmentbindung, der Deepoxidierung und der Fluoreszenzeigenschaften, dass sich die verschiedenen Lhca-Proteine in einem oder mehreren dieser Parameter unterscheiden. Dies lässt vermuten, dass schon durch leichte Veränderungen in der Proteinzusammensetzung des LHCI eine Anpassung an unterschiedliche Licht-verhältnisse erreicht werden kann.

Structural analysis of the major lightharvesting complex II by electron paramagnetic resonance (EPR) : comparison between monomers and trimers

Der Haupt-Lichtsammenkomplex II (LHCII) höherer Pflanzen ist das häufigsternMembranprotein der Welt und in die chloroplastidäre Thylakoidmembran integriert. DerrnLHCII kann als Modellsystem genutzt werden, um die Funktionsweise vonrnMembranproteinen besser zu verstehen, da 96 % seiner Struktur kristallografisch aufgelöstrnist und er in rekombinanter Form in vitro rückgefaltet werden kann. Hierbei entsteht einrnvoll funktionaler Protein-Pigment.Komplex, der nahezu identisch mit der in vivo Varianternist.rnElektronenparamagnetischen Resonanz (EPR) Spektroskopie ist eine hoch sensitive undrnideal geeignete Methode, um die Strukturdynamik von Proteinen zu untersuchen. Hierzurnist eine ortsspezifische Markierung mit Spinsonden notwendig, die kovalent an Cysteinernbinden. Möglich wird dies, indem sorgfältig ausgewählte Aminosäuren gegen Cysteinerngetauscht werden, ohne dass die Funktionsweise des LHCII beeinträchtigt wird.rnIm Rahmen dieser Arbeit wurden die Stabilität des verwendeten Spinmarkers und diernProbenqualität verbessert, indem alle Schritte der Probenpräparation untersucht wurden.rnMithilfe dieser Erkenntnisse konnte sowohl die Gefahr einer Proteinaggregation als auchrnein Verlust des EPR Signals deutlich vermindert werden. In Kombination mit derrngleichzeitigen Etablierung des Q-Band EPR können nun deutlich geringer konzentrierternProben zuverlässig vermessen werden. Darüber hinaus wurde eine reproduzierbarernMethode entwickelt, um heterogene Trimere herzustellen. Diese bestehen aus einemrndoppelt markierten Monomer und zwei unmarkierten Monomeren und erlauben es, diernkristallografisch unvollständig aufgelöste N-terminale Domäne im monomeren undrntrimeren Assemblierungsgrad zu untersuchen. Die Ergebnisse konnten einerseits diernVermutung bestätigen, dass diese Domäne im Vergleich zum starren Proteinkern sehrrnflexibel ist und andererseits, dass sie in Monomeren noch mobiler ist als in Trimeren.rnZudem wurde die lumenale Schleifenregion bei unterschiedlichen pH Werten undrnvariierender Pigmentzusammensetzung untersucht, da dieser Bereich sehr kontroversrndiskutiert wird. Die Messergebnisse offenbarten, dass diese Region starre und flexiblerernSektionen aufweist. Während der pH Wert keinen Einfluss auf die Konformation hatte,rnzeigte sich, dass die Abwesenheit von Neoxanthin zu einer Änderung der Konformationrnführt. Weiterführende Analysen der strukturellen Dynamik des LHCII in einerrnLipidmembran konnten hingegen nicht durchgeführt werden, da dies eine gerichteternInsertion des rückgefalteten Proteins in Liposomen erfordert, was trotz intensiverrnVersuche nicht zum Erfolg führte.

Oceanography during TYDEMAN cruise DCM (DeepChlorMax) to the Equatorial Atlantic

The cruise with RV Tydeman was devoted to study permanently stratified plankton systems in the (sub)tropical ocean, which are characterised by a deep chlorophyll peak between 80 and 150 m. To minimise lateral effects by horizontal transport of nutrients and organic matter from river outflow and upwelling regions, stations were selected in the middle of the North Atlantic Ocean between the continents of America and Africa. (5 - 35° N and 50 - 15° W). Here the vertical distributions of light and nutrients control the abundance and growth of autotrophic algae in the thermically stratified water column. This phytoplankton is numerically dominated by the prokaryotic picoplankters Synechococcus spp. and Prochlorococcus spp., which are smaller than 2 ?m. The productivity of the 100 to 150 m deep euphotic zone can be high, because a high heterotrophic/autotrophic biomass ratio induces a rapid regeneration of nutrients and inorganic carbon. Primary grazers are mainly micro-organisms such as heterotrophic nannoflagellates and ciliates, which feed on the small algae and on bacteria. Heterotrophic bacteria can outnumber the autotrophic algae, because their number is related to the substrate pools of dissolved and particulate dead organic matter. These DOC and detritus pools reach equilibrium at a concentration, where the rate of their production (proportional to algal biomass) equals their mineralisation and sinking rate (proportional to the concentration and weight of POC and detritus). At a relatively low value of the weight-specific loss rates, the equilibrium concentration of these carbon pools and their load of bacteria can be high. The bacterial productivity is proportional to the mineralisation rate, which in a steady state can never be higher than the rate of primary production. Hence the ratio in turnover rate of bacteria and autotrophs tends to be reciprocally proportional to their biomass ratio.