Content

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   Kurzdarstellung
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   Abstract
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   Inhaltsverzeichnis
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   Abkürzungsverzeichnis
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   Symbolverzeichnis
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   Metabolitverzeichnis
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   Enzymverzeichnis
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   Teil I Einführung & Grundlagen
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   1 Thematische Einordnung der Arbeit
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   2 Problemstellung
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   3 Zielsetzung der Arbeit
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  4 Physiologie von Bakterien
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   4.1 Escherichia coli
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   4.2 Substrataufnahmemechanismen
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   4.3 Glukosemetabolismus
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   4.4 Austauschrate der Metabolitpools
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  5 Reaktionstechnik
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   5.1 Prozessführung
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   5.2 Berechnung charakterisierender Größen
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  6 Biochemische Analytik
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   6.1 HPLC-gekoppeltes Massenspektrometer (LC-MS/MS)
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   6.2 LC-MS/MS-Analyse von 13C-Markierungen
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   6.3 NMR-Spektroskopie
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   6.4 Vergleich von NMR und MS-Analytik der 13C-Markierung
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  7 Stoffflussanalyse (SFA)
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   7.1 Prinzip der 13C-Stoffflussanalyse
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   7.2 Markierungsexperiment und Markierungsanreicherung
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   7.3 Isotopisch stationäre 13C-Markierungsexperimente
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   7.4 Isotopisch instationäre 13C-Markierungsexperimente
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   7.5 Mathematische Modellierung
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   7.6 Parameteranpassung
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   7.7 Statistische Auswertung
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   7.8 Experimentelles Design
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   7.9 Generelles Vorgehen bei der SFA
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   8 Flux-Balance-Analyse
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   TEIL II Materialien & Methoden
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  9 Biologische Systeme
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   9.1 Charakterisierung von E. coli F82pC22
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   9.2 Stammhaltung
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   9.3 Vorkultur
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  10 Kultivierungen im Sensorreaktor
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   10.1 Ausstattung des Bioreaktors
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   10.2 Regelung des Kultivierungsprozesses
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   10.3 Vorbereitung der Kultivierung
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   10.4 Durchführung der Kultivierungen
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  11 Durchführung der 13C-Markierungsexperimente
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   11.1 Batch-Experiment mit dem Wildtyp E. coli K12
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   11.2 Fedbatch-Experimente mit E. coli F82pC22
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   11.3 Isotopisch instationäre Markierungsexperimente
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  12 Analytische Methoden
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   12.1 Stoppen des Zellstoffwechsels
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   12.2 Freisetzen der Metabolite (Extraktion)
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   12.3 Bestimmung der Biomassekonzentration
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   12.4 Extrazelluläre Analytik
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   12.5 LC-MS/MS-Analytik der intrazellulären Metabolite
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   12.6 NMR-Analyse der 13C-Markierungsmuster
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  13 Durchführung der 13C-Stoffflussanalysen
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   13.1 Extrazelluläre Raten und Kohlenstoffbilanz
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   13.2 Berechnung der Standardabweichung der Messungen
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   13.3 Berechnung der intrazellulären Konzentrationen
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   13.4 Isotopenkorrektur der MS-Daten
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   13.5 Berechnung von Markierungsanteilen
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   13.6 Konsistenzkontrolle der Markierungsmuster
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   13.7 Parameteranpassung und Berechnung der Stoffflüsse
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   13.8 Verwendete Netzwerkmodelle
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  14 Flux-Balance-Analyse
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   14.1 Stöchiometrisches Modell
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   14.2 Optimierung der Produktausbeute
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   Teil III Isotopisch stationäre13C-Stoffflussanalysen
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  15 Stationäre 13C-Stoffflussanalyse für E. coli K12
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   15.1 Markierungsexperiment
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   15.2 Markierungsmessung
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   15.3 Parameteranpassung
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   15.4 Ermittelte Stoffflüsse des Netzwerks
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   15.5 Vergleich der Netto-Flüsse mit Literaturdaten
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   15.6 Diskussion und Folgerungen
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  16 Stoffflussanalysen mit E. coli F82pC22
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   16.1 Konzentrationsverläufe, spezifische Raten und C-Bilanzen
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   16.2 Vergleich der Konzentrationsverhältnisse mit E. coli K12
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   16.3 Theoretische Produktausbeute von E. coli F82pC22
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   16.4 Ergebnisse der 13C-Markierungsmessungen
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   16.5 Stoffflussanalysen mit den LC-MS/MS-Datensätzen
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   16.6 Ergebnisse der Flux-Balance-Analyse
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   16.7 Vorschläge zur Erhöhung der CHD-Ausbeute
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   16.8 Stoffflussanalyse mit dem NMR-Datensatz
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   17 Folgerungen aus Teil III
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   Teil IV Isotopisch instationäre13C-Stoffflussanalysen
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   18 Entwicklung einer schnellen Probenahmeeinheit
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   18.1 Stopp des Zellstoffwechsels
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   18.2 Probenahmeventil
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   18.3 Probenahmeteller für Probengefäße
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   18.4 Charakterisierung der Probenahmeeinheit
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   19 Entwicklung eines mobilen Systems
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   20 Steuerung und Regelung des Reaktorsystems
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   20.1 Hardwarekomponenten
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   20.2 Softwaremodule
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   20.3 Funktionsumfang der Steuer- und Regeleinheit
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   21 Freisetzung der intrazellulären Metabolite
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  22 Markierungsexperiment und 13C-Stoffflussanalyse
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   22.1 Markierungsexperiment
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   22.2 Intrazelluläre Metabolitkonzentrationen
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   22.3 Markierungsmessung mittels LC-MS/MS
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   22.4 Gründe für die langsame Dynamik der Anreicherung
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   22.5 Anpassung der Metabolitkonzentration
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   22.6 Anpassung der Markierungsverläufe
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   22.7 Vergleich der Stoffflüsse von zwei Experimenten
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  23 Zusammenfassung und Ausblick
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   23.1 Zusammenfassung
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   23.2 Folgerungen und Ausblick
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   Literaturverzeichnis
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   Danksagung
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  Anhang
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   A. MATERIALIEN UND METHODEN
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   B. ERGEBNISSE