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- URN zum Zitieren dieses Dokuments:
- urn:nbn:de:bvb:355-opus-4867
- DOI zum Zitieren dieses Dokuments:
- 10.5283/epub.10376
| Dokumentenart: | Hochschulschrift der Universität Regensburg (Dissertation) |
|---|---|
| Open Access Art: | Primärpublikation |
| Datum: | 5 März 2006 |
| Begutachter (Erstgutachter): | Armin (Prof. Dr.) Geyer |
| Tag der Prüfung: | 25 Februar 2005 |
| Institutionen: | Chemie und Pharmazie > Institut für Organische Chemie |
| Stichwörter / Keywords: | NMR-Spektroskopie , Kohlenhydrate , Strukturaufklärung , niedermolekulare Verbindungen , Konformationsanalyse , schwache Wechselwirkung , Oligosaccharide , Blutgruppenantigen , Epitop , Bindestelle , Calciumion , Lewis Blutgruppenantigen , Membranaffinität , residuale dipolare Kopplung , makrozyklische Peptide , modifizierte DNA Oligomere , Lewis bloodgroup antigene , membrane affinity , residual dipolar coupling , macrocyclic peptide , modified DNA oligomers |
| Dewey-Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 540 Chemie |
| Status: | Veröffentlicht |
| Begutachtet: | Ja, diese Version wurde begutachtet |
| An der Universität Regensburg entstanden: | Ja |
| Dokumenten-ID: | 10376 |
Zusammenfassung (Deutsch)
Die vorliegende Arbeit beschreibt die Strukturermittlung niedermolekularer Biomoleküle in Lösung mittels Nuclear Magnetic Resonance (NMR) Spektroskopie. Hieraus gewonnene, experimentelle Daten dienen als Basis für die anschliessende Berechnung der Strukturen im Rahmen von MD Simulationen. Insgesamt gliedert sich die Arbeit in sechs Themenbereiche, wobei der Schwerpunkt auf der Strukturermittlung ...
Zusammenfassung (Deutsch)
Die vorliegende Arbeit beschreibt die Strukturermittlung niedermolekularer Biomoleküle in Lösung mittels Nuclear Magnetic Resonance (NMR) Spektroskopie. Hieraus gewonnene, experimentelle Daten dienen als Basis für die anschliessende Berechnung der Strukturen im Rahmen von MD Simulationen.
Insgesamt gliedert sich die Arbeit in sechs Themenbereiche, wobei der Schwerpunkt auf der Strukturermittlung von Kohlenhydraten beruht.
Das Sichtbarmachen von Hydroxyprotonen in polar, protischen Lösungsmitteln (hier: Methanol) gelang durch eine spezielle Probenvorbehandlung, welche den säure- bzw. basenkatalysierten Austausch jener Protonen mit Lösungsmittel bzw. enthaltenem Restwasser drastisch reduzierte.
Diese neue Methode fand Anwendung in der Ermittlung des Ca2+ Bindungsepitops von Lewis Oligosacchariden, einer Klasse von Blutgruppenantigenen, die in Form von Glycolipiden oder �peptiden auf Zelloberflächen präsentiert werden und vorrangig der Zell-Zell-Kommunikation dienen. Mit den Hydroxyprotonen kann man direkt jene Gruppen untersuchen, die an der Ionenbindung beteiligt sind. Dadurch konnte nicht nur ermittelt werden, wo und mit welcher Affinität die Ca2+ Bindung stattfindet, sondern auch, welche Orientierung die daran beteiligten Lewis Saccharideinheiten zueinander einnehmen.
Eine weitere Klasse neuer Oligosaccharide stammt aus dem Cyanobakterium Nostoc. Hier stand die Identifizierung der bis dato unbekannten Oligomere und die Ermittlung der Vorzugskonformation der höheren Oligomere im Vordergrund.
Die, aus alpha-(1-2)-verknüpften Glucoseeinheiten bestehenden Oligomere, die an ihrem reduzierenden Ende eine beta-Fructose in (1-2)-Verknüpfung tragen, zeigen eine für niedermolekulare Kohlenhydrate ungewöhnliche Stabilität einer Konformation und somit eine relativ starke Einschränkung ihrer Flexibilität. Bei der bevorzugt eingenommenen Konformation, einer helikalen Struktur, zeigt sich für die höheren Oligosaccharide ein langsamer Austausch zwischen verschiedenen Konformationen mit starker Signalverbreiterung im NMR. Dies lässt sich nur bei Vorhandensein einer genügend hohen, energetischen Barriere zwischen den Konformeren erklären.
Ein weiterer Punkt war die Untersuchung der Membranaffinität von Polyolen in Abhängigkeit struktureller Merkmale. In flüssig-kristalliner Phase aus Phospholipidbilayern (Bicellen) zeigte sich eine ultra-schwache, jedoch hochspezifische Wechselwirkung zwischen den untersuchten Polyolen und der Bilayermembran, welche über die Grösse der in anisotroper Lösung zusätzlich vorhandenen residualen, dipolaren Kopplungen (RDCs) näher bestimmt werden konnte. Die Abschätzung einer Bindungskonstante lieferte einen Wert für die Diffusionskonstante Kd von ca. 30 M, im Bereich sehr schwacher �Ligand-Rezeptor�-Wechselwirkung, der mit herkömmlichen NMR Methoden nicht untersucht werden kann.
Weiterhin wurde die Konformation und Dynamik zyklischer Peptide untersucht und mit ihrem natürlichen Analogon, Jasplakinolid, verglichen. Hier zeigte sich eine starke Abhängigkeit der Flexibilität von der Ringgrösse.
Ferner wurde auch die Auswirkung einer 4�-Alkylierung in DNA-Tetrameren auf Einzel- und Doppelstrang mittels NMR Spektroskopie untersucht. Die Alkylierung im Desoxyribosering am 5�-Ende hatte weder einen Effekt auf die Konformation des Einzelstranges, noch auf die Ausbildung des Duplexstranges.
Übersetzung der Zusammenfassung (Englisch)
The PhD Thesis on hand describes the structure elucidation of biomolecules with low molecular weight in solution by nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy. The experimental data gained from these measurements serve as the basis for the subsequent structure calculations by MD simulation. Consisting of six different topics the main emphasis in this work is laid on the structure determination ...
Übersetzung der Zusammenfassung (Englisch)
The PhD Thesis on hand describes the structure elucidation of biomolecules with low molecular weight in solution by nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy. The experimental data gained from these measurements serve as the basis for the subsequent structure calculations by MD simulation.
Consisting of six different topics the main emphasis in this work is laid on the structure determination of carbohydrates.
The visualization of hydroxyprotons in polar, protic solvents (i. e. methanol) was achieved by a special sample treatment which helped to reduce the acid- resp. base-catalyzed exchange of those protons with the solvent or residual water.
This new method was directly used on Lewis oligosaccharides to define their binding epitope for Ca2+ ions. These oligosaccharides are one group of bloodgroup antigenes which are presented in the form of glycolipids or �peptides on the surface of cells. An important function is the communication between different cells. With the hydroxyprotons it is possible to observe those protons directly involved in the binding of Ca2+. Thus not only the affinity of Ca2+ complexation and the exact binding site can be determined but furthermore the orientation of the saccharide units towards each other upon ion complexation.
A further class of oligosaccharides isolated from the cyanobacterium Nostoc were structurally characterized for the first time. In case of the higher oligomers the identification of a preferred conformation was of special interest. Consisting of alpha-(1-2)-linked glucoses with a beta-frucose unit in alpha-(1-2)-linkage at the reducing end, these oligosaccharides exhibit an unusual stability for one conformation. A fact which is quite uncommon for oligosaccharides of low molecular weight which generally show a high flexibility. The preferred conformation could be identified as a helical structure with reduced flexibility compared to homooligomers (e. g. oligomaltose). The larger oligomers exhibit a broadened signal set in the NMR spectrum due to an energy barrier between two competing conformations.
Another topic was the investigation of the membrane affinity of polyols in dependence on their structural characteristics. In a liquid-crystalline phase built up of phospholipidbilayers (bicelles) an ultra-weak, yet highly specific interaction between the investigated polyols and the bilayer membrane was detected, which could be defined in detail via the size of the additionally present residual dipolar couplings (RDCs) in liquid-crystalline solution. The estimation of a binding constant resulted in diffusion constants of about 30 M, a range of very weak li-gand-receptor interaction which is not accessible by common NMR methods.
Furtheron the conformation and dynamics of cyclic peptides were investigated and compared to their natural analogue jasplakinolide. A strong dependence of the flexibility of the system on the ring size could be observed.
Concerning the third class of biomolecules � DNA � the effect of 4�-alkylation of DNA tetramers was investigated by NMR spectroscopy. The alkylation on the desoxyribose at the 5� end had no effect on the conformation of the single strand, nor on the formation of the duplex.
Metadaten zuletzt geändert: 26 Nov 2020 13:09
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