Effect of pH and temperature on the global compactness, structure, and activity of cellobiohydrolase Cel7A from Trichoderma harzianum

Due to its elevated cellulolytic activity, the filamentous fungus Trichoderma harzianum (T. harzianum) has considerable potential in biomass hydrolysis application. Cellulases from Trichoderma reesei have been widely used in studies of cellulose breakdown. However, cellulases from T. harzianum are less-studied enzymes that have not been characterized biophysically and biochemically as yet. Here, we examined the effects of pH and temperature on the secondary and tertiary structures, compactness, and enzymatic activity of cellobiohydrolase Cel7A from T. harzianum (Th Cel7A) using a number of biophysical and biochemical techniques. Our results show that pH and temperature perturbations affect Th Cel7A stability by two different mechanisms. Variations in pH modify protonation of the enzyme residues, directly affecting its activity, while leading to structural destabilization only at extreme pH limits. Temperature, on the other hand, has direct influence on mobility, fold, and compactness of the enzyme, causing unfolding of Th Cel7A just above the optimum temperature limit. Finally, we demonstrated that incubation with cellobiose, the product of the reaction and a competitive inhibitor, significantly increased the thermal stability of Th Cel7A. Our studies might provide insights into understanding, at a molecular level, the interplay between structure and activity of Th Cel7A at different pH and temperature conditions.

Spectroscopic, Structural, and Conformational Properties of (Z)-4,4, 4-Trifluoro-3-(2-hydroxyethylamino)-1-(2-hydroxypheny1)-2-buten-1-one, C12H12F3NO3: A Trifluoromethyl-Substituted beta-Aminoenone

The ( Z)-4,4,4-trifluoro-3-(2-hydroxyethylamino)-1-(2-hydroxyphenyl)-2-buten-1-one (C12H12F3NO3) compound was thoroughly studied by IR, Raman, UV-visible, and C-13 and F-19 NMR spectroscopies. The solid-state molecular structure was determined by X-ray diffraction methods. It crystallizes in the P2(1)/c space group with a = 12.1420(4) angstrom, b = 7.8210(3) angstrom, c := 13.8970(5) angstrom, beta = 116.162(2)degrees, and Z = 4 molecules per unit cell. The molecule shows a nearly planar molecular skeleton, favored by intramolecular OH center dot center dot center dot 0 and NH center dot center dot center dot 0 bonds, which are arranged in the lattice as an OH center dot center dot center dot 0 bonded polymer coiled around crystallographic 2-fold screw-axes. The three postulated tautomers were evaluated using quantum chemical calculations. The lowest energy tautomer (I) calculated with density functional theory methods agrees with the observed crystal structure. The structural and conformational properties are discussed considering the effect of the intra- and intermolecular hydrogen bond interactions.

A simple and precise conductometric method for the determination of losartan in pharmaceutical products

Losartan is an antihypertensive agent that lost its patent protection in 2010, and, consequently, it has been available in generic form. The latter motivated the search for a rapid and precise alternative method. Here, a simple conductometric titration in aqueous medium is described for the losartan analysis in pharmaceutical formulations. The first step of the titration occurs with the protonation of losartan producing a white precipitate and resulting in a slow increase in conductivity. When the protonation stage is complete, a sharp increase in conductivity occurs which was determined to be due to the presence of excess of acid. The titrimetric method was applied to the determination of losartan in pharmaceutical products and the results are comparable with values obtained using a chromatographic method recommended by the United States Pharmacopoeia. The relative standard deviation for successive measurements of a 125 mg L-1 (2.71x10(-4) mol L-1) losartan solution was approximately 2%. Recovery study in tablet samples ranged between 99 and 102.4%. The procedure is fast, simple, and represents an attractive alternative for losartan quantification in routine analysis. In addition, it avoids organic solvents, minimizes the risk of exposure to the operator, and the waste treatment is easier compared to classical chromatographic methods.

Raman spectroscopy and DFT calculations of para-coumaric acid and its deprotonated species

An electronic and vibrational spectroscopic analysis of p-coumaric acid (HCou) and its deprotonated species was performed by UV-vis and Raman, respectively, and the results were supported by density functional theory (OFT) calculations. Electronic UV-vis spectral data of HCou solutions show that the deprotonation of the carboxyl group (Cou(-)) leads to a blue shift of the lowest energy electronic transition in comparison to the neutral species, whereas the subsequent deprotonation of the phenolic moiety (Cou(2-)) carries out to a more delocalized chromophore. The DFT geometric parameters calculations suggest that the variation in the electronic delocalization for the three organic species is due to different contribution of a quinoid structure that is significantly distorted in the case of Cou(2-). The Raman data of HCou and its sodium salts show that the main spectral features that allow to differentiate the three organic species are those involving the styrene nu(C=C)(sty) vibration at 1600cm(-1) region. Even though the Raman spectra of the sodium salts of Cou(-) and Cou(2-) anions show subtle differences, the appearing of a band at ca. 1598cm(-1) in the Na(2)Cou spectrum, assigned to a mode involving the carboxylate asymmetric stretching, nu(as)(COO), and the styrene stretching, nu(C=C)(sty), is quite characteristic, as confirmed by the theoretical Raman spectrum. Considering that p-coumaric acid is an archetypical phenolic compound with several biological activities that essentially depend upon the medium pH, Raman spectroscopy results reported in this work can provide a proper way to characterize such important phytochemical compound in different protonation states. In order to complement the characterization of the sodium salts, X-ray diffraction (XRD) and thermal analysis were performed. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.

Gas-phase reactivity of 2-hydroxy-1,4-naphthoquinones: a computational and mass spectrometry study of lapachol congeners

In order to understand the influence of alkyl side chains on the gas-phase reactivity of 1,4-naphthoquinone derivatives, some 2-hydroxy-1,4-naphthoquinone derivatives have been prepared and studied by electrospray ionization tandem mass spectrometry in combination with computational quantum chemistry calculations. Protonation and deprotonation sites were suggested on the basis of gas-phase basicity, proton affinity, gas-phase acidity (?Gacid), atomic charges and frontier orbital analyses. The nature of the intramolecular interaction as well as of the hydrogen bond in the systems was investigated by the atoms-in-molecules theory and the natural bond orbital analysis. The results were compared with data published for lapachol (2-hydroxy-3-(3-methyl-2-butenyl)-1,4-naphthoquinone). For the protonated molecules, water elimination was verified to occur at lower proportion when compared with side chain elimination, as evidenced in earlier studies on lapachol. The side chain at position C(3) was found to play important roles in the fragmentation mechanisms of these compounds. Copyright (c) 2012 John Wiley & Sons, Ltd.

Protomers: formation, separation and characterization via travelling wave ion mobility mass spectrometry

Travelling wave ion mobility mass spectrometry (TWIM-MS) with post-TWIM and pre-TWIM collision-induced dissociation (CID) experiments were used to form, separate and characterize protomers sampled directly from solutions or generated in the gas phase via CID. When in solution equilibria, these species were transferred to the gas phase via electrospray ionization, and then separated by TWIM-MS. CID performed after TWIM separation (post-TWIM) allowed the characterization of both protomers via structurally diagnostic fragments. Protonated aniline (1) sampled from solution was found to be constituted of a ca. 5:1 mixture of two gaseous protomers, that is, the N-protonated (1a) and ring protonated (1b) molecules, respectively. When dissociated, 1a nearly exclusively loses NH3, whereas 1b displays a much diverse set of fragments. When formed via CID, varying populations of 1a and 1b were detected. Two co-existing protomers of two isomeric porphyrins were also separated and characterized via post-TWIM CID. A deprotonated porphyrin sampled from a basic methanolic solution was found to be constituted predominantly of the protomer arising from deprotonation at the carboxyl group, which dissociates promptly by CO2 loss, but a CID-resistant protomer arising from deprotonation at a porphyrinic ring NH was also detected and characterized. The doubly deprotonated porphyrin was found to be constituted predominantly of a single protomer arising from deprotonation of two carboxyl groups. Copyright (C) 2012 John Wiley & Sons, Ltd.

New materials for electrochemiluminescence

The study of electrochemiluminescence (ECL) involves photophysical and electrochemical aspects. Excited states are populated by an electrical stimulus. The most important applications are in the diagnostic field where a number of different biologically-relevant molecules (e.g. proteins and nucleic acids) can be recognized and quantified with a sensitivity and specificity previously not reachable. As a matter of fact the electrochemistry, differently to the classic techniques as fluorescence and chemiluminescence, allows to control the excited state generation spatially and temporally. The two research visits into A. J. Bard electrochemistry laboratories were priceless. Dr. Bard has been one of ECL pioneers, the first to introduce the technique and the one who discovered in 1972 the surprising emission of Ru(bpy)3 2+. I consider necessary to thank by now my supervisors Massimo and Francesco for their help and for giving me the great opportunity to know this unique science man that made me feel enthusiastic. I will never be grateful enough… Considering that the experimental techniques of ECL did not changed significantly in these last years the most convenient research direction has been the developing of materials with new or improved properties. In Chapter I the basics concepts and mechanisms of ECL are introduced so that the successive experiments can be easily understood. In the final paragraph the scopes of the thesis are briefly described. In Chapter II by starting from ECL experimental apparatus of Dr. Bard’s laboratories the design, assembly and preliminary tests of the new Bologna instrument are carefully described. The instrument assembly required to work hard but resulted in the introduction of the new technique in our labs by allowing the continuation of the ECL studies began in Texas. In Chapter III are described the results of electrochemical and ECL studies performed on new synthesized Ru(II) complexes containing tetrazolate based ligands. ECL emission has been investigated in solution and in solid thin films. The effect of the chemical protonation of the tetrazolate ring on ECL emission has been also investigated evidencing the possibility of a catalytic effect (generation of molecular hydrogen) of one of the complexes in organic media. Finally, after a series of preliminary studies on ECL emission in acqueous buffers, the direct interaction with calf thymus DNA of some complexes has been tested by ECL and photoluminescence (PL) titration. In Chapter IV different Ir(III) complexes have been characterized electrochemically and photophysically (ECL and PL). Some complexes were already well-known in literature for their high quantum efficiency whereas the remaining were new synthesized compounds containing tetrazolate based ligands analogous to those investigated in Chapt. III. During the tests on a halogenated complex was unexpectedly evidenced the possibility to follow the kinetics of an electro-induced chemical reaction by using ECL signal. In the last chapter (V) the possibility to use mono-use silicon chips electrodes as ECL analitycal devices is under investigation. The chapter begins by describing the chip structure and materials then a signal reproducibility study and geometry optimization is carried on by using two different complexes. In the following paragraphs is reported in detail the synthesis of an ECL label based on Ru(bpy)3 2+ and the chip functionalization by using a lipoic acid SAM and the same label. After some preliminary characterizations (mass spectroscopy TOF) has been demonstrated that by mean of a simple and fast ECL measurement it’s possible to confirm the presence of the coupling product SAM-label into the chip with a very high sensitivity. No signal was detected from the same system by using photoluminescence.

Protonenleitung in imidazolhaltigen Materialien als Modellsysteme für wasserfreie Brennstoffzellenmembranen

Es wird ein neues Konzept für ein protonenleitendes Polymer vorgestellt, das ohne eine zweite, flüssige Phase auskommt. Es beruht darauf, basische Gruppen (Imidazol) über flexible Spacer kovalent an ein Polymerrückgrat zu binden und durch Dotierung mit einer geringen Menge Säure Ladungsträger (Protonen) in dieses System einzubringen.Um die für die Leitfähigkeit und ihren Mechanismus verantwortlichen Größen zu identifizieren, wurde ein Satz von niedermolekularen Modellverbindungen definierter Struktur und hoher Reinheit synthetisiert und im reinen Zustand sowie nach Dotierung mit geringen Mengen Säure umfassend charakterisiert. Untersucht wurden die thermischen Eigenschaften, die Leitfähigkeit, die Diffusion der jeweiligen Modellverbindung sowie ggf. der zugesetzten Säure, das Protonierungsgleichgewicht und die dielektrischen Eigenschaften. Insbesondere wurden durch den Vergleich von Leitfähigkeits- und Diffusionsdaten unter Anwendung der Nernst-Einstein-Beziehung Rückschlüsse auf den Leitmechanismus gezogen.Es wurden Leitfähigkeiten von bis zu 6.5E-3 S/cm bei 120°C erreicht. Der Anteil der Strukturdiffusion (vergleichbar mit dem Grotthus-Mechanismus in Wasser) an der protonischen Leitfähigkeit betrug bis zu über 90%. Als entscheidende Faktoren für die Leitfähigkeit wurden die Glastemperatur und, mit geringerer Priorität, der Imidazolgehalt des Materials identifiziert. Die Temperaturabhängigkeit aller untersuchten Transportgrößen ließ sich durch die Vogel-Tamman-Fulcher-Gleichung exzellent beschreiben.Die vorgestellten Daten bilden die Grundlage für den Entwurf eines entsprechenden Polymers.

Stilbenoide Sternsysteme - Synthese und Eigenschaften

Stilbenoide Sternsysteme - Synthese und Eigenschaften Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Synthese und den Eigenschaften stilbenoider Sternverbindungen vom Typ der Hexastyrylbenzole und Tristyryltriazine.Zu den Hexastyrylbenzolen hat sich als einzig gangbarer Weg eine Synthesesequenz aus einer dreifachen Heck-Reaktion und einer anschließenden dreifachen Horner-Olefinierung erwiesen. Diese Substanzen zeigen in Lösung eine äußerst hohe Photoreaktivität, die bereits am Tageslicht unter vollständigem Abbau der Stilbenchromophore zu statistisch vernetzten Polymeren führt.Die Synthese der Tristyryltriazine gelingt über eine dreifache Kondensationsreaktion des Trimethyl-s-triazins mit Benzaldehyden. Durch Variation der Alkoxyflügelketten der eingesetzten Aldehyde war es möglich, einen neuen Strukturtyp kolumnar diskotischer Mesogene zu synthetisieren. Es konnte gezeigt werden, daß sich durch die Änderung der Länge der Flügelketten die Temperaturbereiche der Mesophasen gezielt variieren lassen. Die Tristyryltriazine weisen innerhalb ihrer LC-Phasen eine hohe Photoreaktivität auf, die sich in einem schnellen Abbau der Texturen bemerkbar macht.Die reversible Protonierung des zentralen Triazinrings führt durch den dadurch verstärkten intramolekularen charge transfer Effekt (ICT) zu einer bathochromen Verschiebung ihres langwelligen Absorptionsmaximums.Für eine Reihe von Tristyryltriazinen mit konjugierten Wiederholungseinheiten konnte für das langwellige Absorptionsmaximum in neutraler Lösung ein Konvergenzverhalten der Verbindungen mit einer effektiven Konjugationslänge von n(EKL) = 7 festgestellt werden.

Synthesis and characterization of novel poly(imino ketone)s via palladium-catalyzed aryl amination

The challenge of the present work was to synthesize and to characterize new classes of N-containing polymers via palladium-catalyzed aryl amination. This work was inspired by a desire to combine the properties of high-performance polymers such as PEKs with those of N-containing conductive polymers such as polyaniline (PANI), poly(aromatic amides) (PAAs), and the ready synthesis of N-containing simple aromatic compound by the Buchwald-Hartwig reaction. Careful investigation of a model reaction was carried out to provide insights into the formation of side products which will have a negative effect upon the molecular weight or upon the materials properties of the desired polymers in the polycondensation reaction. In this thesis, five new different polymer classes namely, poly(imino ketone)s (PIKs), poly(imino acridine)s (PIAcs), poly(imino azobenzene)s (PIAzos), poly(imino fluorenone)s (PIFOs), and poly(imino carbazole)s (PICs) were synthesized and fully characterized by means of 1H-NMR, elemental analysis, UV, FT-IR, X-ray, GPC, TGA, DSC, DMA, and dielectric spectroscopy. To optimize the polycondensation process, the influence of the concentration, temperature, ligands and the reactivity of the halogen containing monomers were investigated. A temperature of 100-165 °C and a concentration of 30-36 % were found to be optimal for the palladium-catalyzed polycondensation to produce polymer with high molecular weight (Mn = 85 900, Mw = 474 500, DP = 126). Four different ligands were used successfully in the Pd-catalyzed process, of which the Pd/BINAP system was found to be the most effective catalyst, producing the highest yield and highest molecular weight polymers. It was found that the reactivity decreases strongly with increasing electronegativity of the halogen atoms, for example better yields, and higher molecular weights were obtained by using dibromo compounds than dichloro compounds while difluoro compounds were totally unreactive. Polymer analogous transformations, such as the protonation reaction of the ring nitrogens in PIAcs, or of the azobenzene groups of PIAzos, the photo and thermal cis-trans-isomerization of PIAzos, and of poly(imino alcohol)s were also studied. The values of the dielectric constants of PIKs at 1 MHz were in the range 2.71-3.08. These low values of the dielectric constant are lower than that of "H Film", a polyimide Kapton film which is one of the most preferred high-performance dielectrics in microelectronic applications having a dielectric constant of 3.5. In addition to the low values of the dielectric constants, PIKs have lower and glass transition temperatures (Tgs) than arimides such as Kapton which may make them more easily processable. Cyclic voltammetry showed that PICs exhibited low oxidation and reduction potentials and their values were shifted to low values with increasing degree of polymerization i.e. with increasing of the carbazole content in backbone of PICs (PIC-7, 0.44, 0.33 V, DP= 37, PIC-5, 0.63, 0.46, DP= 16, respectively).

Interpolyelektrolytkomplexe zylindrischer Bürstenpolymere

Die elektrostatische Wechselwirkung zwischen entgegengesetzt geladenen Polyelektrolyten führt zur spontanen Bildung von Interpolyelektrolytkomplexen. Besonders im Fokus des akademischen und biotechnologischen Interesses stehen derzeit Komplexe aus DNA und synthetischen Polykationen, da eine Anwendung dieser speziellen Interpolyelektrolytkomplexe in der nicht-viralen Gentherapie vielfältig diskutiert wird. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, den Einfluss von Kettensteifheit auf die Bildung von Interpolyelektrolytkomplexen zu untersuchen und dabei Wege aufzuzeigen, die eine Kontrolle der Topologie von Interpolyelektrolytkomplexen ermöglichen. Neben dem topologischen Einfluss wurde untersucht, wie durch Komplexierung hochmolekularer Polyelektrolyte equilibrierbare Strukturen erhalten werden können. Als Modellsystem für diese Untersuchungen wurden zylindrische Bürstenpolymere verwendet, denen als topologischer „Kontrast“ das Komplexierungsverhalten kommerzieller PAMAM-G5-Dendrimere mit kugelförmiger Topologie gegenüber gestellt wurde. Um den Ladungsgrad des Bürstenpolymers beliebig variieren zu können, wurden Bürstenpolymere mit Poly(ethylenimin)-Seitenketten synthetisiert, deren Ladungsdichte über den Protonierungsgrad einstellbar ist. Die vorliegende Arbeit zeigt, wie diese mit Hilfe der Makromonomermethode hergestellt werden konnten. Die Komplexbildung von DNA mit semiflexiblen zylindrischen Bürstenpolymeren mit unterschiedlichen Seitenketten und Ladungsdichten in wässriger Lösung hat gezeigt, dass diese in allen untersuchten Fällen unter kinetischer Kontrolle verläuft und Nicht-Gleichgewichtsstrukturen gebildet werden. Sehr überraschend wurde festgestellt, dass die Größen der mit vorgelegter DNA gebildeten Komplexe ungeachtet des verwendeten Polykations identisch sind und DNA-Komplexe mit einem Radius von 30 bis 50 nm und einer kugelförmigen Topologie resultieren. Diese kinetisch kontrollierte Komplexbildung konnte in nicht-wässriger Lösung durch starke Reduktion der Anzahl wechselwirkender Ladungen verhindert werden, so dass eine thermodynamische Kontrolle möglich wurde. Unter diesen Bedingungen ist es gelungen, aus hochgeladenen Poly(styrolsulfonat)-Bürsten mit modifizierten Poly(ethylenimin)-Bürsten oder PAMAM-Dendrimeren Komplexe zylindrischer Topologie herzu-stellen. Für letztere konnte darüber hinaus postuliert werden, dass diese Komplexe eine dichteste Packung der PAMAM-Dendrimere darstellen, für deren Bildung das Polyanion mit seiner größeren Konturlänge und seiner zylindrischen Topologie als Templat dient.

Spectroscopic properties from hybrid QM, MM molecular dynamics simulation

The central aim of this thesis work is the application and further development of a hybrid quantum mechanical/molecular mechanics (QM/MM) based approach to compute spectroscopic properties of molecules in complex chemical environments from electronic structure theory. In the framework of this thesis, an existing density functional theory implementation of the QM/MM approach is first used to calculate the nuclear magnetic resonance (NMR) solvent shifts of an adenine molecule in aqueous solution. The findings show that the aqueous solvation with its strongly fluctuating hydrogen bond network leads to specific changes in the NMR resonance lines. Besides the absolute values, also the ordering of the NMR lines changes under the influence of the solvating water molecules. Without the QM/MM scheme, a quantum chemical calculation could have led to an incorrect assignment of these lines. The second part of this thesis describes a methodological improvement of the QM/MM method that is designed for cases in which a covalent chemical bond crosses the QM/MM boundary. The development consists in an automatized protocol to optimize a so-called capping potential that saturates the electronic subsystem in the QM region. The optimization scheme is capable of tuning the parameters in such a way that the deviations of the electronic orbitals between the regular and the truncated (and "capped") molecule are minimized. This in turn results in a considerable improvement of the structural and spectroscopic parameters when computed with the new optimized capping potential within the QM/MM technique. This optimization scheme is applied and benchmarked on the example of truncated carbon-carbon bonds in a set of small test molecules. It turns out that the optimized capping potentials yield an excellent agreement of NMR chemical shifts and protonation energies with respect to the corresponding full molecules. These results are very promising, so that the application to larger biological complexes will significantly improve the reliability of the prediction of the related spectroscopic properties.

Reactivity of activated electrophiles and nucleophiles: labile intermediates and properties of the reaction products

The main topic of my Ph.D. thesis is the study of nucleophilic and electrophilic aromatic substitution reaction, in particular from a mechanistic point of view. The research was mainly focused on the reactivity of superactivated aromatic systems. In spite of their high reactivity (hence the high reaction’s rate), we were able to identify and in some case to isolate -complexes until now only hypothesized. For example, interesting results comes from the study of the protonation of the supernucleophiles tris(dialkylamino)benzenes. However, the best result obtained in this field was the isolation and structural characterization of the first stables zwitterionic Wheland-Meisenheimer complexes by using 2,4-dipyrrolidine-1,3-thiazole as supernucleophile and 4,6-dinitrobenzofuroxan or 4,6-dinitrotetrazolepyridine as superelectrophile. These reactions were also studied by means of computational chemistry, which allowed us to better investigate on the energetic and properties of the reactions and reactants studied. We also discovered, in some case fortuitously, some relevant properties and application of the compounds we synthesized, such as fluorescence in solid state and nanoparticles, or textile dyeing. We decided to investigate all these findings also by collaborating with other research groups. During a period in the “Laboratoire de Structure et Réactivité des Systèmes Moléculaires Complexes-SRSMC, Université de Lorraine et CNRS, France, I carried out computational studies on new iron complexes for the use as dyes in Dye Sensitized Solar Cells (DSSC). Furthermore, thanks to this new expertise, I was involved in a collaboration for the study of the ligands’ interaction in biological systems. A collaboration with University of Urbino allowed us to investigate on the reactivity of 1,2-diaza-1,3-dienes toward nucleophiles such as amino and phosphine derivatives, which led to the synthesis of new products some of which are 6 or 7 member heterocycles containing both phosphorus and nitrogen atoms.

Derivate des Ionentransporters Valinomycin

In der vorliegenden Arbeit wurden Derivate des Ionentransporters Valinomycin synthetisiert und als Sensorelemente in Modellmembransysteme inkorporiert. Als Modellmembranen wurden festkörpergestützte Lipiddoppelschichten (tBLMs, tethered bilayer lipid membranes) verwendet. rnValinomycin transportiert selektiv Kalium-Ionen durch Membranen, was durch einen Rückgang des Widerstandes über elektrochemische Messmethoden nachgewiesen werden kann. Es ist ein zyklisches Dodecadepsipeptid, das aus zwei verschiedenen Aminosäuren (L- und D-Valin) und  Hydroxysäuren (L Milchsäure und D Hydroxyisovaleriansäure) besteht. In dieser Arbeit wurde ein L Valin durch ein L-Lysin ausgetauscht, um eine freie Aminogruppe zum Anbinden verschiedenster Liganden zu erhalten. rnDie Synthese erfolgte in Lösung über einen linearen Decadepsipeptid-Precursor, hierbei wurde hauptsächlich mit Benzyl- und Boc-Schutzgruppen gearbeitet. An den Precursor wurden dann unterschiedlich modifizierte Lysin-Didepside gebunden und das daraus erhaltene lineare Dodecadepsipeptid zyklisiert.rnInsgesamt wurden sechs verschiedene Derivate synthetisiert, deren Ionentransportfähigkeit mit Hilfe eines angebundenen Liganden blockiert wurde. Diese Blockade kann entweder mechanisch durch Festhalten des Ionencarriers an der Oberfläche der Membran oder chemisch durch Einbringen einer Ladung erfolgen, da geladene Moleküle eine Membran nicht überwinden können. rnAcetyl-Lysin-Valinomycin wurde als Testsystem hergestellt, um zu zeigen, dass die Synthese einen funktionsfähigen Ionencarrier ergeben hatte. Im nächsten Schritt wurde Lysin-Valinomycin mit freier Aminogruppe synthetisiert, um es als pH-Sensor zu nutzen und damit zu überprüfen, ob das chemische Einbringen einer Ladung möglich ist. Es konnte ein pH abhängiger Kalium-Transport nachgewiesen werden, die Blockade der Ionentransportfähigkeit über eine eingebrachte Ladung ist somit möglich. rnAuf dem gleichen Konzept beruht Ferrocen-Valinomycin. Wird der Ferrocen-Ligand oxidiert, liegt eine positive Ladung vor und der Ionencarrier kann die Membran nicht mehr überwinden. Eine Reduktion macht diesen Prozess reversibel. Ferrocen-Valinomycin konnte innerhalb einer tBLM chemisch oxidiert und reduziert werden, dieses System kann somit als chemischer Redox-Sensor eingesetzt werden.rnEine mechanische Blockade liegt dem Biotin- und dem Sulfonamid-Valinomycin zugrunde. Dabei soll die Zugabe von Streptavidin bzw. BCA II (bovine Carboanhydrase) den Ionentransport durch die Membran stoppen. Beide Valinomycin-Derivate zeigten aber keine Ionentransportfähigkeit, eine Inkorporation in tBLMs konnte jedoch über SPR gezeigt werden. rnDie Synthese eines fluoreszenz-markierten (FITC) Valinomycins ergab zwar auch keinen transportfähigen Ionencarrier, aber mit diesem Derivat konnte der Diffusionskoeffizient von Valinomycin in sBLMs mit Hilfe von Fluorescence Recovery after photobleaching (FRAP) bestimmt werden.rn

Topologisch kontrollierte Interpolyelektrolytkomplexe aus kettensteifen Polyelektrolyten

Interpolyelektrolytkomplexe bilden sich spontan bei Mischung von Lösungen entgegengesetzt geladener Polyelektrolyte. Dabei sind die Haupttriebkräfte der Entropiegewinn durch die Freisetzung von niedermolekularen Gegenionen sowie die elektrostatischen Wechselwirkungen. In der letzten Zeit sind sie aufgrund ihrer zahlreichen biologischen und technischen Anwendungen in den Fokus des wissenschaftlichen Interesses gerückt. Vor allem die Anwendung von Komplexen aus DNA und kationischen Polyelektrolyten in der nonviralen Gentherapie wird vielfältig diskutiert. rnIn dieser Arbeit wird eine Polystyrolsulfonat-Bürste mit einer Pfropfdichte von 100 % mit einem kationischen Tensid komplexiert und der Komplex in verschiedenen organischen Lösungsmitteln charakterisiert. Dabei zeigt sich eine signifikante Abhängigkeit des Lösungsverhaltens von der Art und der Konzentration zugesetzter Salze. Dieser Polyelektrolyt-Tensid-Komplex wird anschließend als vereinfachtes Modellsystem für die Komplexierung von DNA verwendet. Als kationische Komponente dient zunächst ein kommerzielles PAMAM-Dendrimer der 5. Generation. Dabei steht die Erhaltung der zylindrischen Topologie der anionischen Polyelektrolytbürste in den gebildeten Komplexen im Vordergrund. Durch Variation des Lösungsmittels und des Protonierungsgleichgewichts werden die experimentellen Bedingungen eingegrenzt, bei denen eine solche topologische Kontrolle möglich ist. Es zeigt sich, dass durch die Verwendung von aprotischen organischen Lösungsmitteln gute Erfolge erzielt werden können. Des Weiteren wird das Komplexierungsverhalten stark durch den Zusatz einer Säure oder einer Base beeinflusst, sodass eine topologische Kontrolle mit einem großen Überschuss einer organischen Base auch in protischen Lösungsmitteln wie Wasser und Methanol möglich wird. Anschließend wird das gleiche Polyanion noch mit einer geschützten Polylysin-Bürste in DMF komplexiert, was zur Bildung von kinetisch kontrollierten Aggregaten führt. Die Bildung dieser Aggregate kann durch den Zusatz eines großen Überschusses an Base verhindert werden und es werden zylindrische Komplexe erhalten, die nur aus einer Polylysin-Bürste bestehen. rn