Armin Meister

Zerlegung von Spektren in ihre Komponenten

ZusammenfassungDie Zerlegung von optischen Spektren in ihre Komponenten ist von großer Bedeutung für viele Gebiete der Biologie und Chemie. In dieser Arbeit soll ein allgemeiner Überblick über die mathematische Problematik dieser Aufgabenstellung gegeben werden. Nach einer Darstellung der mathematischen Grundlagen und Voraussetzungen wird das Gütekriterium als Maß für die Qualität der Anpassung diskutiert. Es werden dann die Lösungsverfahren vorgestellt, wobei besonders auf die Verwendung der sogenannten Dämpfungsfaktoren, auf die Rolle der Nebenbedingungen und auf geeignete Abbruchkriterien des iterativen Lösungsprozesses eingegangen wird. Abschließend werden Kriterien für eine Entscheidung über die Anzahl der identifizierbaren Komponenten angegeben, deren Festlegung sich nicht automatisch aus dem Lösungsverfahren ergibt.SummaryThe decomposition of optical spectra into components is important for many fields of biology and chemistry. This paper gives a general survey of the mathematical problems connected with it. After a presentation of the mathematical basis and the presuppositions, measures for the goodness of fit are discussed. Algorithms for the iterative solution of the problem are given with special consideration of the use of so-called damping factors, of the importance of constraints and stopping rules of the iterative process. Finally, criteria for the decision about the number of identifyable components are discussed.Краткое содержаниеРазложение оптическ их спектров на их комп оненты имеет большое значен ие для многих областей биол огии и химии. В данной р аботе авторы пытались дать общий обзор математи ческих проблем при по становке задач подобного рода. После изложения мате матических основ и пр едпосылок, обсуждается критери й согласия как мера кач ества согласованнос ти. Потом приводятся методы ре шения, причем особенное вни мание обращается на п рименение, так называемых, факторов демпфирования, на рол ь добавочных условий и на подходящие критерии прекращения итерати вных процессов решен ий. В заключение приводят ся критерии для определения числ а компонентов (чьë уст ановление не вытекает автомати чески из метода решения), кот орые могут быть идентифицированы.

Zur Untersuchung der verschiedenen Formen von Chlorophyll in der lebenden Pflanze durch Anwendung der Derivativ-Spektrophotometrie

ZusammenfassungDie Anwendung der Derivativ-Spektrophotometrie ermöglicht eine bessere Auflösung der sich sehr stark überlagernden Absorptionsbanden der verschiedenen Chlorophyll a-Formen in vivo im Vergleich zur üblichen spektroskopischen Technik. Untersuchungen von Gleichungen zur Beschreibung der Form von Absorptionsbanden und ihren 1. und 2. Ableitungen führen zu dem Ergebnis, daß sich durch die Differentiation die Halbwertsbreite verringert und damit das Auflösungsvermögen erhöht. Die 2. Ableitung zeigt sich dabei der 1. Ableitung überlegen.Apparative Möglichkeiten für die direkte Registrierung differenzierter Absorptionskurven werden untersucht. Unter Anwendung eines dabei auftretenden einfachen Prinzips wurde eine Apparatur gebaut, mit der neben der Extinktion und ihrer 1. Ableitung auch die 2. Ableitung nach der Wellenlänge registriert werden kann, die bisher nicht für Untersuchungen der Blattpigmente herangezogen wurde.Einige mit diesem Gerät aufgezeichnete Spektren demonstrieren die Vorteile der Derivativ-Spektrophotometrie, insbesondere für die Untersuchung der photosynthetischen Pigmente in vivo.SummaryThe strongly overlapping absorption bands of chlorophyll a forms in vivo are better resolved by derivative spectrophotometry than by ordinary absorption spectra. It was possible to demonstrate by eximation of equations describing the form of absorption bands and their first and second derivatives, that the half width of an absorption band is reduced by differentiation and therefore the resolving power is increased. The second derivative is shown to be superior to the first one.By examining apparative possibilities for recording directly differentiated absorption curves a simple principle was found, according to which an apparatus was constructed, that allows to record the direct absorbance spectrum, its first and its second derivative.Till now the second derivative of the absorption spectrum is not used for studying the leaf pigments.Some spectra, recorded with this apparatus, demonstrate the advantages of derivative spectrophotometry, especially for analysing photosynthetic pigments in vivo.Крam↼ое со¶rt;ержauеПрименение «производной снектрофотометрии» обусливает более успеШное разделение сильно трансгредирующих полос поглощения различных форм хлорофиллаa in vivo в сравнении с общепринятой спектроскопической техникой. Исследование уравнений, описывающих формы полос ноглощения и их первые и вторые производные, показывает, что благодаря дифференциации уменьщается щирина полос и, тем самым, увеличивается разрешающая способность метода. При этом оказалось, что вторая производная имеет преимущество перед первой.Исследуются возможности непосредственной аппаратурной регистрации диффереидированных кривых поглощения. Иснользуя простои принцип действия удалось сконструировать аппаратуру, при помощи которой наряду с ¶rt;кстинкциеи и ее первой производной можно регистрировать по длине волны и вторую производную, которая до сих пор не применялась для исследования пигмента листьев.Некоторые спектры, зарегистрированные этим аппаратом показывают преимущество «производной спектрофотометрии» особенно для исследования фотосинтетических пигментов in vivo.

Die Chloroplasten-Thylakoid-Membran: Biogenese, Pigmentorganisation, Protein-Funktionsbeziehungen und Degeneration während der Seneszenz. Eine Übersicht

ZusammenfassungChloroplasten enthalten charakteristische Membranstrukturen, die als Thylakoidmembranen bezeichnet werden, die im Energiestoffwechsel der grünen Pflanzen die Funktion der Energieabsorber für das Sonnenlicht erfüllen und gleichzeitig die absorbierte S rahlungsenergie in für biochemische Reaktionen verwertbare Energie- und Reduktionsäquivalente umwandeln.Gegenstand der vorliegenden Übersicht sind einige Aspekte der Thylakoidforschung, so die Biogenese der Membranen, Struktur und Funktion der Proteinkomponenten, die Organisation photosynthetischer Pigmente und der Abbau der Thylakoidmembranen im Verlauf der Seneszenz der Chloroplasten.SummaryChloroplasts contain specific membrane structures, so-called thylakoid membranes, which absorb the radiant energy of sunlight in green plants and convert the absorbed light energy into chemical energy forms available for the biochemical reactions of plant metabolism.In this paper some aspects of thylakoid research are discussed in form of a review, comprising the biogenesis of thylakoid membranes, the structure-function relations of protein components, the organization of photosynthetic active pigments in the membranes, and the degradation of thylakoid membranes during senescence of chloroplasts.Краткое содержаниеХлоропласты обладаю т характерными мембр анными структурами, тилакои дными мембранами, которые в энергетическом обме не веществ зелёных растений несут функц ию абсорбера энергии солнечного света и, одновременно, превращают абсорбир ованную энергию излу чения в энергетические и вос становительные эквиваленты, могущие быть использованным и для биохимических реакций.В настоящем обзоре ра ссматриваются некот орые аспекты изучения тилакоидов: биогенез мембран, стр уктура и функция комп онентов протеина, организаци я фотосинтетических п игментов и распад тил акоидных мембран в течение старения хло ропластов.

Messung von Absorptionsspektren in vivo

ZusammenfassungDie Messung von Absorptionsspektren biologischer Objekte in vivo ermöglicht eine rasche Information über die Zusammensetzung und den Zustand der enthaltenen Pigmente, insbesondere bei der Untersuchung photosynthetisch aktiver Organe. Es wird deshalb eine Übersicht über Probleme, Methoden und Anwendungsmöglichkeiten gegeben.Meßtechnische Schwierigkeiten ergeben sich in erster Linie aus der Lichtstreuung, die in verschiedener Weise zu einer Verzerrung der Spektren führt. Eine Verringerung dieser Effekte ist mit verschiedenen Methoden möglich, die entweder das Streulicht oder einen repräsentativen Anteil desselben sammeln oder durch Angleichung des Brechungsindex des umgebenden Mediums die Streuung selbst herabsetzen.Das Auftreten verschiedener Pigmentformen mit ähnlichen spektralen Eigenschaften führt zu einer starken Überlagerung und damit schlechter Auflösung ihrer Absorptionsbanden. Eine Erhöhung der Auflösung ist mit Methoden möglich, die die Halbwertsbreite der Banden verringern. Dazu dienen die Messung bei der Temperatur des flüssigen Stickstoffs (−196 °C) und die Anwendung mathematischer Verfahren zur Bandenverschärfung, insbesondere der Derivativ-Spektrophotometrie.Einige Anwendungsbeispiele demonstrieren den Nutzen der Methode bei der Untersuchung der Chlorophylle in vivo.SummaryThe measurement of absorption spectra of biological objects enables fast information about composition and state of pigments, especially in the study of photosynthetically active organs. Therefore a review is given about problems, methods, and possible applications.Difficulties in the measurement result mainly from light scattering, causing a distortion of spectra in different ways. A reduction of these effects is possible by several methods, which either collect the scattered radiation (or a representative portion of it) or decrease the scattering by adjusting the refractive index of the surrounding medium to those of the cell walls.The existence of different pigment forms having similar spectral properties results in a strong overlapping and bad resolution of their absorption bands. A resolution enhancement is possible by methods reducing the halfwidth of the bands. This can be performed by measurement at liquid nitrogen temperature (−196 °C) and by mathematical methods of band sharpening, especially derivative spectrophotometry.Some examples demonstrate the use of the method in the study of chlorophylls in vivo.AbstractИзмерения абсорбцио нных спектров биолог ических объектов in vivo дают возможность получит ь в короткий срок инфо рмацию о составе и состоянии содержащихся в них пи гментов, в особенност и при исследовании фотоси нтетически активных органов. В ра боте дается обзор про блем, методов и возможност ей применения.Затруднения в техник е измерений обусловл ены, главным образом, рассеянием света, ведущим к разли чным искажениям спек тра. Ослабление этого эффекта можно достиг нуть различными мето дами, при которых или собирают рассеянный свет (хотя бы его репрезентатив ную долю) или же, путем уравнива ния индекса преломления окружающей среды и об ъекта, ослабляют само рассеяние.Наличие различных фо рм пигментов со схожи ми спектральными свойс твами ведет к сильной супер позиции спектров и, те м самым, к плохой разрешимости полос поглощения. Улу чшение разрешающей с пособности метода достигается приемами уменьшения полуширины полос. С эт ой целью измерения проводятс я при температуре жидк ого азота (− 196 °C) и примен яются математические методы сужения полос, в особенности же — дер ивативная спектрофотометрия.Некоторые примеры де монстрируют пригодн ость метода при исследованиях хлорофиллов in vivo.

Zerlegung von Spektren in ihre Komponenten@@@Decomposition of spectra into their components@@@Разложение спектров на их компоненты.: II. Spektrenzerlegung mit dem FORTRAN-Programm RESO@@@II. Decompositionof spectra with the FORTRAN program RESO@@@II. Разложение спектро в по программе RESO (FORTRAN)

ZusammenfassungEs wird das FORTRAN-Programm RESO für den Kleinrechner KRS 4201 vorgestellt, das die Zerlegung optischer Spektren in KomponentenGaussscher,Lorentzscher oder additiv gemischter Form ermöglicht. Nach einer Beschreibung der Algorithmen für die iterative Parameterbestimmung wird eine Übersicht über die verschiedenen Optionen bei der Benutzung des Programmes und seine Leistungsfähigkeit gegeben.Anhand von Beispielen wird die Anwendung auf die Zerlegung von Chlorophyllspektren in verschiedene Subbanden vorgestellt. Besonders wird dabei aufdie Möglichkeiten einer Zerlegung in gemischteGauss-Lorentz-Banden mit festem Verhältnis beider Anteile eingegangen. Schließlich werden Möglichkeiten einer Optimierung des Programmes, vor allem hinsichtlich des Zeitbedarfs aufgezeigt.SummaryThe FORTRAN program RESO for the minicomputer KRS 4201 is described, which enables the decomposition of optical spectra into components ofGaussian andLorentzian shape as well as additive mixtures of both. After explaining the algorithms of the iterative estimation of parameters, a survey of the different options of the program and its efficiency is given. Several examples demonstrate the application to the decomposition of chlorophyll spectra into different subbands. Especially the possibility of decomposition into mixedGauss-Lorentz bands with a fixed ratio of both portions is discussed. Finally, possibilities of optimization of the program with respect to economy in computer time are shown.Краткое содержаниеИзлагается программ а RESO (FORTRAN) для малой электронно-вычислит ельной машины KRS 4201, позволяющей разлагать оптически е спектры на компоненты гауссовой, лоренцово й или аддитивно смеша нной формы. После описания алгор итмов для итеративного опр еделения параметров, дается обзор различных возм ожностей использования прогр аммы и еë производите льности. На примерах разложен ия спектров хлорофил ла на различные суб-полосы, описывается примене ние метода. Особое вни мание уделяется возможнос тям разложения на смешанные полосы Г аусса — Лоренца с пост оянной пропорцией обеих долей. В заключе ние показаны возможн ости оптимизации програм мы, главным образом, в отн ошении ускорения раб оты.

Eiweißuntersuchungen am Getreide- und Leguminosen-Sortiment Gatersleben@@@Protein screening on the Gatersleben collection of cereals and pulses@@@Исследования белков ости хлебных злаков и зерновых бобовых гатерслебен ской коллекции Часть: Teil 2: Gehalt an Rohprotein und Lysin von Gersten (Hordeum vulgare L. s. l.)@@@2. Protein and lysine content of barleys (Hordeum vulgare L. s. l.) (Hordeum vulgare L. s. l.)@@@2: Содержание сырого п ротеина и лизина у ячменя

ZusammenfassungIn den Jahren 1970–1974 wurde an einer Kollektion von 5828 Saatgersten die Variabilität des Gehaltes an Rohprotein und der limitierenden essentiellen Aminosäure untersucht. Beide Merkmale zeigten in ihrer Ausprägung eine erhebliche Variation (Tab. 1). Für eine erneute Analyse kamen im Jahre 1975 1656 Gersten zum Anbau. Aus ihnen wurden 197 Plusabweicher bestimmt. Es waren Sippen mit einer Kombination von hohem Rohprotein- und absolutem Lysingehalt beziehungsweise von einem mittleren Rohprotein- und hohen adjustierten Lysingehalt sowie mit einem hohen Rohprotein-, absoluten Lysin- und relativen Lysingehalt (Tab. 10–14). Bevor Aussagen über die genetische Fixierung dieser Merkmale getroffen werden können, müssen sie allerdings noch weiter untersucht werden. Die Korrelationen zwischen den Merkmalen, einschließlich der Tausendkornmasse, sind angegeben (Tab. 5).SummaryProtein and lysine concentrations, respectively, have been determined in the kernels of 5,828 barleys, including 5,132 hulled and 696 naked varieties, in 1970–1974. The two biochemical characters exhibit a considerable variability; probably most of this variability is of non-genetic origin (table 1). On the basis of the first screening-round 1,656 barleys with high protein and/or lysine contents have been selected for re-cultivation in 1975 with the aim to confirm the first screening results. On the basis of the second round of analyses 197 ‘plus variations’ were selected, representing varieties with a combination of high protein and high absolute lysine contents, with high protein concentrations, high absolute and high relative lysine contents, respectively, or combinations of a more moderate protein content with a relatively high level of lysine in the protein (lysine adjusted to 13% protein). These ‘plus variations’ (tables 10–14) have to be investigated more profoundly before some of them may be confirmed as potential genetic sources of high protein and high lysine characters for breeding purposes. Correlations between the different characters, including thousand kernel weights, have been calculated (table 5).Краткое содержаниеВ течение 1970–1974 гг. анализ ировались 5828 образцов ячменя на содержание сырого протеина и лим итирующей незаменим ой аминокислоты, лизина. Оба признака проявил и сильную изменчивос ть (табл. 1). Для повторного анализа в 1975 г. высевали сь 1656 образцов. Среди ни х обнаружились 197 образцов с положител ьным отклонением от с реднего. Это были формы, у которых совмещалось высокое содержание с ырого протеина и высокое аб солютное содержание лизина, фо рмы со средним содерж анием сырого протеина и высоким (с поправкой!) содержанием лизина, а также формы с высоким содержанием сырого п ротеина при высоком а бсолютном и относительном содержании лизина (та бл. 10–14). Прежде чем сдела ть заключение о генетич еском постоянстве этих при знаков, придется ещё п ровести дополнительные испытания. Приводятс я также корреляции ме жду исследованными приз наками, включая и вес тысячи з ёрен (табл. 5).

Präferenzielle Paarung der Chromosomen autotetraploider Gerste — Mathematisches Modell

ZusammenfassungEin mathematisches Verfahren wird beschrieben, mit dessen Hilfe auf mögliche, durch Translokationen bedingte Paarungspräferenzen der Chromosomen in der Meiose bei Autotetraploiden geschlossen werden kann. Bei Gerste konnte mit Hilfe von einfachen und multiplen Translokationen im duplex-heterozygoten Zustand gezeigt werden, daß die Strukturumbauten offenbar in gewissen Grenzen zu präferenzieller Paarung der an den Translokationen beteiligten Chromosomen führten.SummaryA mathematical method is described which can be used for ascertaining possible effects of translocations on chromosome pairing during meiosis in autotetraploids. Using single and multiple translocations in duplex-heterozygous condition in barley, it has been shown that the structural rearrangements apparently resulted in a certain amount of preferential pairing of the chromosomes involved in the interchanges.AbstractОписывается математ ический способ выявл ения возможных, обусловле нных транслокацией, предп очтительных спарива ний хромосом в мейозе у автотетрап лоидов. Для ячменя удалось по казать при помощи про стых и множественных транслокаций в дупле кс-гетерозиготном со стоянии, что благодаря структурным перестр ойкам хромосом, в изве стных границах, может быть индуцировано префер енциальное спариван ие.

Untersuchungen zur Zusammensetzung der Blattpigmente an Mutanten vonLycopersicon esculentum, Lycopersicon pimpinellifolium und Antirrhinum majus

ZusammenfassungDie Mutantensortimente vonLycopersicon esculentum, Lycopersicon pimpinellifolium undAntirrhinum majus des Zentralinstitutes für Genetik und Kulturpflanzenforschung wurden einem Screening-Programm zum Auffinden von Formen mit von der Norm abweichender Zusammensetzung der Photosynthesepigmente unterzogen. Dazu wurden zunächst die Absorptions- und Derivativspektren der Blätter sämtlicher Mutanten in vivo gemessen. Nach Auswertung dieser Spektren wurden verschiedene Mutanten mit veränderten Pigmentverhältnissen ausgewählt, an denen zusätzlich eine Chlorophyllanalyse im Azetonextrakt durchgeführt wurde.Auf diese Weise wurden Mutanten mit teilweise stark veränderten Chlorophyll a/Chlorophyll b-Verhältnissen gefunden.Anhand dieser Ergebnisse wurde geprüft, inwieweit eine quantitative Bestimmung der Chlorophylle aus dem in-vivo-Spektrum möglich ist.Die erhaltenen Ergebnisse zeigen weiterhin, daß Pflanzen mit verringertem Chlorophyll b-Gehalt einen höheren Anteil an der kurzwelligen Chlorophyll a-Form in vivo (Ca673) besitzen.SummaryThe mutant collections ofLycopersicon esculentum, Lycopersicon pimpinellifolium andAntirrhinum majus of the Zentralinstitut für Genetik und Kulturpflanzenforschung were investigated in order to find mutants with changed composition of the photosynthetic pigments.For this purpose the absorption and (second) derivative spectra of the leaves of all mutants were measured. After evaluation of these spectra some mutants were selected, which were additionally analysed by extracting the leaf pigments in acetone.In this way some mutants with strongly changed chlorophyll a/chlorophyll b ratios were found.Proceeding from these results the possibility of a quantitative estimation of the chlorophylls from in vivo spectra was tested.Furthermore it was shown, that plants with a decreased content of chlorophyll b have a higher amount of the short wave form of chlorophyll a (Ca673) in vivo.Краткое содержаниеГатерслебенские коллекции культурного и дикого томатов, а также львиного зева исследуются по программе »скрининр« на формы с отклоняющимся составом фотосинтетических пигментов. В ¶rt;тих целях, прежде всего, определяются in vivo абсорбционные и производные спектры листьев всех мутантов. После обработки спектральных данных были отобраны мутанты с измененными соотношениями отдельных пигментов, которые дополнительно, в ацетоновой вытяжке, анализпроваппсь на содержание хлорофилла.Этим способом были найдены некоторые мутанты с сильно измененным отношением хлорофилла а к хлорофиллу ь.Эти результаты позволяют оценить, в какой мере можно вести количественное определение хлорофилла на основании данных снектра in vivo.Даиные исследоваиий показывают также, что растения с уменьшенным содержанием хлорофилла ь обладают in vivo повышенной долей коротковолнового хлорофилла а (Ca673).

Zur Chlorophyllbildung in kurzzeitig beleuchteten etiolierten Blättern vonPhaseolus vulgaris

ZusammenfassungEs wird die Chlorophyllbildung von kurzzeitig beleuchteten und danach wieder verdunkelten etiolierten Bohnenblättern durch Aufzeichnung der Extinktion und ihrer zweiten Ableitung untersucht. Dabei werden die Einflüsse des Meßstrahles während der spektroskopischen Messung und der Austrocknung des abgeschnittenen Blattes, die eine Verfälschung der gemessenen Spektren bedingen können, weitestgehend ausgeschaltet.Es zeigt sich, daß unter diesen Bedingungen faktisch alles gebildete Chlorophyll a nach einiger Zeit in der bei 672 nm absorbierenden Form vorliegt, während möglicherweise auftretende langwellige Chlorophyll-a-Formen nur in äußerst geringen Konzentrationen vorhanden sind und damit insbesondere keine Veränderung der Maximumsposition in der Extinktionskurve verursachen, wie das in anderen Arbeiten festgestellt wurde.SummaryThe formation of chlorophyll is studied in short-time illuminated and then darkened etiolated bean leaves by recording the absorbance and its second derivative curves.In order to avoid falsification of measured spectra, the influence of the measuring beam during the spectroscopic measurement and of the water loss of the excised leaf are eliminated.The studies show, that on these conditions all or nearly all of chlorophyll a exists as a form absorbing at 672 nm after a certain time. Possibly appearing long-wave chlorophyll a forms may have only very little concentrations and cannot cause a long-wave shift of absorbance maximum, as found by other authors.Краткое содержаниеИсследуется образование хлорофилла у кратковременно освещенных и потом опять затемненных ¶rt;тиолированных листьев фасоли методом регистрации ¶rt;кстинкции и её второй производной. При ¶rt;том, насколько возможно, исключаются влияния / луча во время спектроскопических измерений и высыхания отрезанного листа, которые могли бы исказить получнные спектры.Оказалось, что, в ¶rt;тих условиях, фактически весь образовавщийся хлорофилл a через некоторое время представлен формой, абсорбирующей при 672ммк. Длинноволновые формы хлорофилла a, которые тоже могут появиться, находятся здесь в столь слабых концентрациях, что не способны влиять на изменение положения максимума в кривой ¶rt;кстинкции, как ¶rt;то было установлено другими авторами.