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Multifunktionelle, fluoreszente PerfluorPEG-Linker : Synthese, Charakterisierung und Applikation in Einzelenzymspektroskopie, in Fluor-Fluor-Interaktionsquantifizierung und in weiteren Anwendungen

Rapp, Hartmut Magnus - Albert-Ludwigs-Universität Freiburg (2010)


In der vorliegenden Arbeit wurden erfolgreich verschiedene effiziente Syntheserouten für perfluoralkylmodifizierte, hydroxysuccinimidaktivierte Trimethylsilylethoxycarbonyl (Teoc-)-Homologe evaluiert und die Verbindungen sehr detailliert charakterisiert. Aus den synthetisierten Teoc-Bausteinen mit unterschiedlichem Fluorgehalt, einem Carbostyrilchromophor und einem AminocarboxyPEG wurde eine Bibliothek von PEG-Linkern durch modulare kombinatorische Synthese erstellt. Die Auswahl der Bausteine und damit ihrer Eigenschaften wurde nach einem zuvor auf die Anwendungen Einzelmolekülspektroskopie und Einzelmolekülinteraktionsmessung abgestimmten Design durchgeführt. Durch die geschickte Kombination der Module und deren Reaktion in Lösung konnten die PEG-Linker effizient dargestellt werden. Alle getesteten Darstellungsmethoden bedienten sich einer ausgeklügelten Synthese- und Präcipitationsstrategie, wodurch die Isolierung der Zielverbindungen in hervorragenden Ausbeuten gelang. Trotz der Polydispersität des verwendeten PEGs und der damit verbundenen Schwierigkeiten für die Analyse gelang die eindeutige Charakterisierung der Zielverbindungen mittels Maldi-Tof. In Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe um Prof. Nienhaus wurde das Enzym RNase H nach Konjugation mit den Perfluoralkyllinkern auf perfluormodifizierten Oberflächen bioorthogonal, spezifisch und stabil immobilisiert. In einzelmolekülspektroskopischen Messungen wurden gezielt verschiedene Faltungszustände des Proteins nachgewiesen und mit hohem Erfolg die enzymatische Aktivität demonstriert.

Des Weiteren wurde das PerfluorPEG-Linkersystem zusammen mit den perfluorbeschichteten Oberflächen mittels Rasterkraftmikroskopie in einer Kollaboration mit der Arbeitsgruppe um Prof. Anselmetti in Studien zur Ermittlung der Interaktion zwischen Perfluoralkyleinheiten getestet. Es konnten nicht nur Wechselwirkungen nachgewiesen werden, die die Quantität von Einzelmolekülinteraktionen um ein Weites überschritten, sondern es gelang auch einen Zusammenhang zwischen Beladungsdichte der Oberfläche und Adhäsion zu demonstrieren.

Um die Anwendungsbreite der Linker zu erhöhen, wurden diese für die Clickkonjugationen mit azidofunktionalisierten Proteinen ausgelegt und neben den bewährten Fluor-Fluor-Interaktionen auch Biotin zur Immobilisierung verwendet. Die Untersuchung dieser Derivate für Separation und Quantifizierung von zellfrei exprimierten Proteinen wurde in einer Zusammenarbeit mit der Fa. RiNA GmbH vorgenommen.

Im weiteren Verlauf dieser Arbeit wurden Machbarkeitsstudien zur Immobilisierung von Organokatalysatoren oder Biokatalysatoren in Mikroreaktoren via Fluor-Fluor-Wechselwirkungen durchgeführt und bereits erste Hydroformylierungsreaktionen mit selbst organisierenden und zum Teil perfluormodifizierten Liganden in der Arbeitsgruppe um Prof. Breit in gutem Umsatz und Selektivität durchgeführt.


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