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Synthese und Anwendung Metallkomplex-modifizierter Oligonucleotide

Sprödefeld, Arnd

English Title: Synthesis and application of metal-complex-modified oligonucleotides

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PDF, German
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Abstract

Die vorliegende Arbeit behandelt die Synthese Bisterpyridin-funktionalisierter Oligonucleotide und die Anwendung ihrer ZnII- und CuII-Komplexe als Sonden für den amplifizierten sequenzspezifischen DNA-Nachweis. Durch Hybridisierung mit Target-DNA kommt es zur Destabilisierung des Metallkomplexes, so dass durch Zugabe geeigneter Präkatalysatoren katalytisch aktive Spezies gebildet werden. Der Einsatz chromogener oder fluorogener Substrate erzeugt nachfolgend ein Farb- oder Fluoreszenzsignal. Bisterpyridin-Metallkomplex-funktionalisierte Oligonucleotide unterschiedlicher Länge und Sequenz wurden zur Optimierung des Systems hinsichtlich ihrer thermodynamischen und kinetischen Stabilität charakterisiert. Die Signal¬amplifikation gelang erstmals durch eine zweistufige Kaskade, wobei zunächst ein chemischer CuII-Katalysator gebildet wird, der dann einen enzymatischen Cofaktor aktiviert und so eine Enzymkatalyse in Gang setzt. Weiterhin befasst sich die Arbeit mit der Synthese und Charakterisierung katalytisch aktiver Kupferkomplex-DNA-Konjugate. Diese sollen als immobilisierbare Redoxkatalysatoren die erstmalige Beobachtung einer Metallkomplex-Katalyse auf Einzelmolekülebene ermöglichen. Durch Hybridisierung mit einem Farbstoff-DNA-Konjugat können z. B. Änderungen der Oxidationsstufe des Kupfers direkt über Fluoreszenzfluktuationen des Farbstoffs beobachtet werden. Dazu wurde der Bisphenanthrolin-Ligand 3-Clip-phen kovalent an Oligonucleotide gekoppelt. Ein Hybrid mit Fluorophor-markierter DNA zeigt die Bindung eines CuII Ions durch 3-Clip-phen anhand von Fluoreszenzlöschung an, was auch auf Einzelmolekülebene bestätigt werden konnte. Die Komplexe sind Redox¬katalysatoren z. B. für die Oxidationen von Thiolen durch Luftsauerstoff oder von Hydrochinon durch Wasserstoffperoxid.

Translation of abstract (English)

This thesis covers the synthesis of bisterpyridine-modified oligonucleotides and application of their ZnII- and CuII-complexes for amplified sequence-specific DNA detection. Hybridization with target-DNA leads to destabilization of DNA-metal complexes and enables coligands to form catalytically active species. By use of suitable substrates a colorimetric or fluorimetric signal can be generated. Bisterpyridine-metal-complex-modified oligonucleotides of different sequences and length were characterized to optimize the system. Signal amplification was firstly realized by a two-step signal cascade. After formation of a chemical CuII-catalyst, an enzymatic cofactor is activated, which initiates an enzyme catalysis. Furthermore, this thesis deals with the synthesis and characterization of catalytically active copper-complex-modified oligonucleotides, which are supposed to serve as immobilizable redox catalysts for monitoring of metal complex catalized processes on a single-molecule level. Hybridization with dye-modified oligonucleotides allows to observe, for example, changes in the oxidative state of copper by fluctuations of fluorescence intensity of the dye. To this end, the bisphenanthroline ligand 3-clip-phen was covalently coupled to oligonucleotides. Hybridized to dye-modified DNA, binding of CuII can be monitored by fluorescence quenching, which could also be proved in single-molecule experiments. These complexes are redox catalysts for e. g. the oxidation of thiols by oxygen or hydroquinone by hydrogen peroxide.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Krämer, Prof. Dr. Roland
Date of thesis defense: 11. June 2010
Date Deposited: 22. Jun 2010 10:56
Date: 2010
Faculties / Institutes: Fakultät für Chemie und Geowissenschaften > Institute of Inorganic Chemistry
Subjects: 540 Chemistry and allied sciences
Uncontrolled Keywords: DNA-Detektion , Allosterie , Amplifikation , Redoxkatalyse , EinzelmolekülspektroskopieDNA-detection , allosteric interactions , amplification , redox catalysis , single-molecule-spectroscopy
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