Universitätspublikationen
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Neuartige Bausteine für die Synthese von Peptid-Nucleinsäuren
(2004)
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Sven Thomas Breitung
- 7 Zusammenfassung und Ausblick 7.1 Synthese des PNA-Bausteine Primäres Ziel der Diplomarbeit war die Synthese von 6-Aminochinolin-2(1H)-on (3) und dessen Kupplung über die Carbonsäure (4) mit dem PNA-Grundgerüst (6). ... Das Chinolin (3) wurde durch eine dreistufige Synthese aus para-Phenylendiamin (2) erhalten und als Pikrat gefällt. Über eine Ionenaustauschsäule wurde das Hydrochlorid des Chinolins (3b) gewonnen. Durch Charakterisierung des RNA-Liganden mittels FRET konnte ein IC50-Wert des Chinolin Hydrochlorids (3b) von 46 μmol ermittelt werden. Das kupplungsfähige Essigsäurederivat (4) wurde über den tert-Butylesters (87) des Chinolins (3) gewonnen. ... Die literaturbekannte zweistufige Synthese des PNA-Rückgrats (5) geht vom Ethylendiamin ... 7.2 Synthese des PNA-Monomers Das Ziel die Synthese des PNA-Monomers (6), konnte durch Kupplung des Essigsäurederivats (4) und des PNA-Rückgrats (5) mittels DIC/HOBt erreicht werden. ... Das PNA-Monomer sollte in weiterführenden Arbeiten durch kombinatorische Chemie in ein Tripeptid eingebaut werden. Dazu wäre es jedoch notwendig, die tert-Butyl-Schutzgruppe durch Säurezugabe abzuspalten, um die Carbonsäure (88) zu erhalten, die als PNA-Monomer in ein Tripeptid eingebaut werden kann. Es wurde jedoch eine Zersetzung des PNA-Monomers in das Hydrochlorid des Chinolins (3b) und zwei Fragmenten des Fmoc-geschützten Grundgerüsts nachgewiesen. 7.3 Alternative Methoden ... Auf einem anderen Weg konnte das Anhydrid (8) aus Ethylendiamin (9) in vier Syntheseschritten dargestellt werden, das mit dem Chinolin (3) gekuppelt werden konnte. Die resultierende Carbonsäure (10) wurde durch weiterführende Arbeiten in ein Tripeptid eingebaut. Nach der Abspaltung vom Harz und der Entschützung des Tripeptids fand eine intramolekulare Cyclisierung statt, wobei das Chinolin (3) als Abgangsgruppe nachgewiesen wurde. In nachfolgenden Arbeiten sollten die Eigenschaften von Iminochinolin (93) als RNA-Ligand bestimmt werden. Der Syntheseweg sollte über eine dreistufige Synthese vom Chinolin (3) ausgehend zum Iminochinolin (93) führen. Es konnte im Rahmen dieser Arbeit gezeigt werden, dass der erste Schritt, die Darstellung des Chlorochinolins (91), gelingt. 7.4 Ausblick Das erwähnte Iminochinolin (93) sollte in nachfolgenden Arbeiten ebenfalls auf seine Eigenschaft als RNA-Ligand untersucht werden. Die PNA-Monomere ließen sich nur mit geringen Ausbeuten kuppeln. In der Literatur zur Darstellung von PNA-Monomeren werden unterschiedliche Kupplungsreagenzien, wie EDC/HOBt, BOP/HOBt, TOTU oder PyBOP, für die PNA-Grundgerüste angegeben. Um bessere Ausbeuten zu erreichen, ist eine systematische Untersuchung der optimalen Kupplungsbedingungen vorzunehmen. Um die Zersetzung des PNA-Monomers (6) bei der Abspaltung der tert-Butylschutzgruppe zu verhindern, ist nach alternativen PNA-Rückgraden zu suchen. Methyl- oder Ethylester statt tert-Butylester wären durch Verseifung mit Natriumhydroxid in einem Wasser/Dioxan-Gemisch in das jeweilige Carboxylat zu überführen. Aufgrund der niedrigen Ausbeute des Tripeptids (4)-(D)Arg-(D)-Arg-CO-NH2 (96) soll versucht werden die Kupplungsausbeute durch Vermeidung möglicher Nebenreaktionen zu erhöhen. Eine mögliche Nebenreaktion ist die Cyclisierung der zu kuppelnden Carbonsäure (4) mit einer weiteren Carbonsäure (4), die vermieden werden kann durch die Einführung einer Boc-Schutzgruppe am sekundären Amin. Eine Kupplung mit der Boc-geschützten Carbonsäure (97) verspricht bessere Kupplungsausbeuten. ... In vorangegangenen Arbeiten[74][75] konnten das Lactam (98) mittels Heck- oder Suzuki-Reaktion nicht an das Vinylglycinderivat (99) gekuppelt werden. ... Als alternative Kupplungsmethode wird gerade in einer Doktorarbeit die „chiral pool“- Synthese mit Glutaminsäure (101) untersucht, die in die halogenierte Spezies (102) überführt werden soll. Die Kreuzkupplungsreaktion erfolgt durch eine Fe(acac)3 vermittelte Grignard-Reaktion...
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J-Kopplungs-gestützte Diederwinkelanalyse im Fettsäurebindungsprotein
(1996)
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Thorsten Egbert Rolf Brandau
- In dieser Arbeit wurde eine Geometrieuntersuchung am FABP-Molekülmodell durchgeführt. Um 3J-Kopplungsinformation für die Diederwinkelanalyse zu bestimmen, wurden J-modulierte [15N,1H]-COSY-Experimente durchgeführt. Mit Hilfe numerischer Anpassungsroutinen wurden die Signalintensitäten quantitativ ausgewertet, um sehr genaue 3JHN,H-alpha-Kopplungskonstanten zu erhalten. Diese Kopplungskonstanten wurden in Kraftfeldrechnungen als experimentelle Randbedingungen für die Phi-Diederwinkel des Proteinrückgrates berücksichtigt. Dadurch ist eine Aussage über die Winkelverteilung und über die zeitlich gemittelten Kopplungseffekte im Proteinmodell möglich. Die aus der Molekulardynamiksimulation bestimmten 3JHN,H-alpha-Kopplungskonstanten wurden mit den experimentellen verglichen. Die Analyse ergab, daß die den beta-Faltblättern zugewandten Ränder der alpha-Helixbereiche sowie zwei der zehn beta-Faltblattbereiche sehr flexible Teilabschnitte aufweisen. Diese Arbeit konnte somit die Überlegungen stützen, die vor allem den flexiblen Teilabschnitt zwischen der alpha-II-Helix und dem beta-B-Faltblattbereich für die Funktion des Proteins verantwortlich machen.
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Selektives Ätzen von Silizium/Germanium und Germanium : Selektive Analysemethoden für die aktive Ätzspezies Peressigsäure und Einflüsse auf die Kinetik sowie das Gleichgewicht der in situ-Bildung
(2005)
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Mathias Guder
- Da die benötigte Rechenleistung heut zu Tage stark gestiegen ist, ist es immer wichtiger schnelle Schaltungen und Transistoren zu erzeugen. Dabei gelangt man langsam an eine physikalische Grenze welche einerseits bedingt ist durch die Größe der verwendeten Strukturen und andererseits viel fundamentaler durch die Schaltzeit des verwendeten Transistormaterials Silizium (Si). Die Beweglichkeit der Elektronen im normalen Silizium bildet eine Einschränkung für die Leistungsfähigkeit der Transistoren auf Si-Basis. Um diese Beweglichkeit zu erhöhen, ist es mittelfristig notwendig auf andere Halbleitermaterialien umzusteigen. Ein Halbleiter, der sich dafür anbietet ist das Germanium (Ge), das zwar mit dem Silizium über die Mitgliedschaft zur selben Hauptgruppe verwandt ist, doch durch seine Zugehörigkeit zur nächst höheren Periode einen größeren Radius aufweist. Dies führt unter anderem zu einer größeren Gitterkonstante im Germaniumkristall. Sowohl beim Siliziumdioxid (SiO2) als auch beim Germaniumdioxid (GeO2) handelt es sich um Isolatoren. Leider ist GeO, im Vergleich zu SiO22 leichter wasserlöslich, was bei der Prozessierung zu großen Schwierigkeiten führt und eine komplette Neuentwicklung des Produktionsprozesses zur Folge hat. Da Germanium als Ersatz für Silizium noch nicht einsatzreif ist, wurde ein Verfahren entwickelt, mit dem es möglich ist Silizium mit einer größeren Gitterkonstante (Streckung um 1% in X- und Y-Richtung) zu erhalten. Dies führt, zuerst unerwartet, zu einer erhöhten Ladungsträgerbeweglichkeit in diesem „strained silicon“ (sSi). Die höhere Ladungsträgerbeweglichkeit führt neben einer kürzeren Schaltzeit auch zu einer geringeren Leistungsaufnahme in den Prozessoren....
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Präparation und Charakterisierung von Self-Assembled Monolayers (SAMs) auf Goldoberflächen
(2004)
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Martin Lommel
- In der vorliegenden Arbeit ist es gelungen, hinreichend ebene Goldoberflächen als Substrate für Self-assembled Monolayers durch Aufdampfen auf Glimmer herzustellen und herauszuarbeiten, unter welchen Bedingungen sich die Struktur dieser Goldschichten für die Aufbringung der Monolagen verbessern lässt. Hervorzuheben ist hierbei, dass das Erhitzen des Glimmers während des Aufdampfvorgangs die Rauigkeit der Goldoberfläche reduziert. Vier unverzweigte Alkanthiole (HS-C10H20-CH3, HS-C15H30-CH3, HS-C17H34-CH3 und HS-C10H20-COOH) wurden in vier verschiedenen Konzentrationen in Ethanol gelöst und auf das Substrat aufgebracht. Die Thiole unterschieden sich in Kettenlänge (11, 16 und 18 C-Atome) sowie in der Kopfgruppe (CH3 und COOH). Die entstandenen Filme wurden ebenso wie die verwendeten Goldoberflächen mit dem Rasterkraftmikroskop im Tappingmode, im Contactmode und zum Teil im Frictionmode sowie unter Ethanol vermessen. Zwei Spitzen des Rasterkraftmikroskops wurden durch das Aufbringen einer Monolage (HS-C15H30-CH3 und HS-C10H20-COOH) funktionalisiert. Alle Monolagen wurden mit diesen Spitzen vermessen. Die gewonnenen Abbildungen lassen bis zu einem gewissen Punkt Rückschlüsse über die Beschaffenheit der Self-assembled Monolayers und ihre Eigenschaften zu, dies gilt vor allem für die Messungen im Frictionmode und die Abbildungen, die mit funktionalisierten Spitzen erzielt wurden. Da die Monolagen offensichtlich ohne sichtbare Fehlstellen ausgebildet wurden, fällt es schwer, die Abbildung der Filme von denen der Goldoberflächen eindeutig zu unterscheiden, auch wenn die ausgewerteten Linienprofile zeigen, dass die Rauigkeit der Oberfläche durch die Aufbringung von Monolagen verringert wird. Für zukünftige Messungen sollten die Monolagen vor der Vermessung durch Micro-Printing strukturiert werden. Zwischen Monolagen und funktionalisierten Spitzen wurden Kraft-Abstandskurven und Force-Volume-Abbildungen unter Laborbedingungen aufgezeichnet. Die ermittelten Werte liegen um Größenordnungen über den Werten aus der Literatur, was sich durch den auf den Monolagen unterschiedlich starken Wasserfilm, und den daraus resultierend, wirkenden Kapilarkräften bei der Messung erklären lässt. Diese Messungen sollten unter Flüssigkeit wiederholt werden, um aussagekräftige Ergebnisse zu erzielen. Es gelang dennoch durch diese Messungen, die Existenz der Monolagen auf Substrat und Spitze eindeutig nachzuweisen.
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Merkmalsextraktion mitochondrialer Targetingsequenzen in Plasmodium falciparum
(2002)
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Andreas Bender
- Der Malaria verursachende Organismus Plasmodium falciparum (P. falciparum) besitzt in seinem Kerngenom für die Mitochondrien bestimmte Proteine, die als Transportsignal ein mitochondriales Transitpeptid enthalten. Durch die kürzlich erfolgte Sequenzierung des Genoms von P. falciparum ist es wünschenswert, Vohersagealgorithmen für verschiedene Proteinlokalisationen zur Verfügung zu haben. Für andere Organismen etablierte Programme zur Vorhersage von mitochondrialen Transitpeptiden, MitoProtII und TargetP, lieferten bei Anwendung auf Sequenzen aus P. falciparum nur unbefriedigende Ergebnisse. MitoProtII erzielte in einer 20-fachen Kreuzvalidierung einen Mathews-Koeffizienten von cc = 0,49, TargetP erzielte in diesem Fall einen Mathews-Koeffizienten von cc = 0,60. TargetP erzielte für die Sequenzen aus P. falciparum nur eine Selektivität von 47%, MitoProtII nur eine Sensitivität von 35%. Dieser Ergebnisse haben die Entwicklung eines speziell auf P. falciparum trainierten Vorhersagemodells wünschenswert gemacht. Kerncodierte mitochondriale Precursorproteine aus P. falciparum wurden mit statistischen Methoden, Hauptkomponentenanalyse, selbstorganisierenden Karten und überwachten neuronalen Netzen analysiert und mit solchen aus anderen Organismen verglichen. Zwei Repräsentationen der Datensätze wurden gewählt, Aminosäurehäufigkeiten und 19 physikochemische Eigenschaften. Ein grundsätzlich unterschiedlicher Aminosäuregebrauch konnte festgestellt werden. Glycin, Alanin, Prolin und Arginin werden in P. falciparum mit weniger als 60% der Häufigkeit in der Swiss-Prot-Datenbank, Version 36, verwendet. Isoleucin, Tyrosin, Asparagin und Lysin werden hingegen mit mehr als 150% der Häufigkeit in der Referenzdatenbank verwendet. Diese Häufigkeitsmuster wurden, mit Variationen, auch in allen Targetingsequenzen beobachtet. In der Datenanalyse mittels Hauptkomponentenanalyse und selbstorganisierenden Karten ließen sich cytoplasmatische Proteine in beiden Repräsentationen klar von der Gruppe mitochondrialer, extrazellulärer und apicoplastischer Proteine trennen. Die Trennung innerhalb der zweiten Gruppe war weniger deutlich. Ein neuronales Netz (PlasMit) zur Vorhersage mitochondrialer Transitpeptide in P. falciparum wurde entwickelt. Basierend auf der relativen Aminosäurehäufigkeitsverteilung innerhalb der ersten 24 N-terminalen Aminosäuren lieferte es einen Mathews- Korrelationskoeffizienten von 0,74 (86% korrekt vorhergesagte Sequenzen) in einer 20fachen Kreuzvalidierung. Dieses Netz sagte 2449 (24%) der 10276 vorhergesagten Open Reading Frames aus dem Genom von P. falciparum als mögliche mitochondrial lokalisierte Proteine voraus. Ein Netz mit identischer Topologie wurde auf eine geringere Anzahl falsch-positiver Vorhersagen trainiert und erzielte einen Mathews-Koeffizienten von 0,51 (84% korrekte Vorhersagen) in einer 10fachen Kreuzvalidierung. Dieses Netz sagte 903 (8,8%) potentielle mitochondriale Precursorproteine unter den 10276 vorhergesagten Open Reading Frames voraus. Sämtliche Trainingsdatensätze, die Open Reading Frames des Genoms von P. falciparum, sowie das Netz, das den höchsten Mathews-Koeffizienten erzielt hat, sind per Web unter http://www.modlab.de, Menüpunkt PlasMit, erreichbar.
