Zur Klärung welche Reaktionswege im Cu-As-S-System vorherrschen, wurden die kongruent schmelzende Verbindung Cu3AsS4 und die peritektisch zerfallende Verbindung CuAsS aus verschiedenen Kombinationen (Reaktionsgemische) der Elemente und/oder der sechs gän-gigsten Verbindungen der Randsysteme synthetisiert und die dabei ablaufenden Reaktionen in-situ thermoanalytisch (b = 10 °C/min) und in-situ röntgenographisch (b = 10 °C/h) verfolgt. Bei Verwendung der gleichen Komponenten laufen in den Reaktionsgemischen unabhängig von der Zusammensetzung zunächst die gleichen Reaktionen ab, bis sie sich bei fortschreitendem Umsatz gemäß der zu synthetisierenden Verbindung diversifizieren. Bei der Synthese einer Verbindung aus unterschiedlichen Komponenten bilden sich im mittleren Temperaturbereich bevorzugt die gleichen Zwischenprodukte, wobei zuerst binäre und dann ternäre Verbindungen entstehen. Dieses sind bei Cu3AsS4 schwefelreiche Arsensulfide, CuS und Cu6As4S9 und bei CuAsS arsenreiche Arsensulfide, Cu2-xS, Cu6As4S9 und Cu12+xAs4+yS13. Die DTA-Kurven der Reaktionsgemische lassen sich in Gruppen mit ähnlichen Komponenten einteilen, wenn die Hauptkomponenten für stark exotherme Reaktionen verantwortlich sind. Bei der Bildung von Cu2S aus den Elementen wurde der Einfluss zahlreicher Parameter auf den Reaktionsverlauf ermittelt. Neben dem Partikeldurchmesser und der Aufheizgeschwindigkeit spielen Probenform (Tablette, Pulver, in Schwefel eingebettete Kupferfolie), Herkunft und Reinigung des Kupferpulvers (Sauerstoffgehalt), mechanische Behandlung und Alterung (unter Schutzgas oder im Vakuum) des Reaktionsgemisches eine bedeutende Rolle. Bei der Reaktion von Cu3-xAs mit Schwefel zu Cu3AsS4 wurden ähnliche Einflussparameter untersucht wie bei der Bildung von Cu2S. Allgemein hat sich gezeigt, dass das Präparieren von Proben in Tablettenform bezüglich einer schnellen und vollständigen Reaktion bei niedriger Temperatur gegenüber dem Arbeiten mit Pulvern keine Vorteile bietet.

Die molekularen Tantal-Komplexe [TaCl4(NMe2)(OEt2)], [TaCl4(NEt2)(OEt2)], [TaCl3(NEt2)(OiPr)]2, [TaCl4(NEt2)]2, [TaCl3(NEt2)2]2, sowie die Pentachloroetherate [MCl5(OEt2)] (M=Nb, Ta) wurden synthetisiert und ihre Kristallstruktur aufgeklärt. Bei der Zersetzung der Chloridetherate in die korrespondierenden Oxidtrichloride, konnte die vermutete Abspaltung von Ethylchlorid bestätigt werden. Bei den Untersuchungen zur Leistungsfähigkeit der Polyol-Route wurden binäre und ternäre Sulfide, welche sich nicht im wäßrigen System fällen lassen, synthetisiert. Die Sulfide der Gruppe 10 konnten erstmals unter den milden Reaktionsbedingungen der Polyol-Route erhalten werden. Im Falle der untersuchten ternären Cuprosulfide von Indium, Zinn und Antimon, konnte gezeigt werden, daß diese durch die Präparation mittels Polyol-Route zunächst kubisch mit ungeordnetem Kationenteilgitter kristallisieren. Durch eine anschließende thermische Behandlung bei 623 K wurden diese in die tetragonal geordneten Modifikationen überführt. Bei der polyol-vermittelten Synthese binärer und ternärer Selenide wurde erstmals Selenoharnstoff erfolgreich eingesetzt. Hiermit konnte im Zuge der Synthese eine homogene, molekulare Lösung erhalten werden, bei der eine optimale Durchmischung der anionischen und kationischen Edukte gewährleistet ist. Das ternäre Mischoxid LaTaO4 wurde erfolgreich mit Hilfe der Polyol-Route hergestellt und in einem Wirbelschichtreaktor zu La2Ta2O5N2 umgesetzt. Dafür wurde eine neue Anlage entwickelt. Es konnte gezeigt werden, daß die Präparation von Tantaloxidnitriden im Wirbelschichtreaktor mit einem geringeren Ammoniak-Verbrauch als bei der bisherigen Prozeßführung möglich ist.

In der vorliegenden Arbeit wird erstmals ein transparentes elektrochromes Display (ECD) höchster Auflösung (720 dpi) beschrieben. Die Entwicklung erforderte grundlegende Arbeiten an den einzelnen Komponenten, insbesondere (i) an der Arbeitselektrode und (ii) an der Gegenelektrode.Die Arbeitselektrode des ECD enthält ein digital festgelegtes elektrochromes Bild, welches mit Hilfe der Ink-Jet-Technik nach verschiedenen Methoden übertragen wurde. Der Druck eines Bildpositivs mit elektrochromer Tinte (Viologen) auf eine mit mesoporösem TiO2 beschichtete Glaselektrode lieferte dabei die besten Ergebnisse. Mit verschiedenen Elektrochromophoren konnten Mehrfarbendrucke erzeugt werden. Als Problem trat dabei auf, daß das Bild in einem ECD nach vier Monaten Lagerung unscharf wird. Die Lösung bestand darin, einen Viologenvorläufer zu drucken, der in einer anschließenden kaskadenartigen Synthese quervernetzt wurde. Zur weiteren Optimierung der Parameter (i) berflächenkonzentration der Viologenzentren, (ii) Stabilität gegenüber polaren Lösemitteln und (iii) Pimerisierungsgrad, wurden erstmals auch kombinatorische Experimente mit einem Ink-Jet Drucker durchgeführt. Ein weiteres Thema dieser Arbeit ist die Entwicklung transparenter Gegenelektroden, welche auf dem Prinzip der Lithiumioneninterkalation in CeO2 basieren. Dazu wurde ein bereits bekannter Typ von CeO2-TiO2-Mischoxidelektroden weiterentwickelt. Ein in dieser Arbeit neu entwickelter Typ einer Gegenelektrode mit verbesserter Kinetik besteht aus einem Zweiphasenoxidgemisch, mit CeO2 auf der inneren Oberfläche einer mesoporösen, antimondotierten SnO2-Schicht (ATO). Aus den Einzelkomponenten wurden verschiedene ECDs zusammengesetzt.

Arylsubstituierte Cycloheptatriene unterscheiden sich in ihrer Lichtabsorption, Molekülgeometrie und Elektronen- Donatorstärke gravierend von den korrespondierenden Aryltropyliumionen. Die Änderung der elektronischen Eigenschaften bei der Umwandlung der Arylcycloheptatrien- in die Aryltropyliumspezies ist daher potentiell nutzbar, um nichtkovalente Bindungskräfte in supramolekularen Einheiten mit Cycloheptatrienbausteinen zu beeinflussen. Licht stellt als ein energetisch und mit hoher örtlicher Auflösung selektiv anwendbares Reagenz ein besonders interessantes Werkzeug für die Verwirklichung solcher Schaltprozesse dar. Dies setzt jedoch Kenntnisse über photochemische Methoden der Erzeugung und Reduktion von Aryltropyliumionen und Einblicke in die Reaktionsmechanismen voraus. Die lichtinduzierte Generierung von stabilen Aryltropyliumionen wurde auf verschiedenen Wegen unter Nutzu ng zweier Klassen von Cycloheptatrienderivaten, der Arylcycloheptatriene und der Arylbicycloheptatriene, erreicht. Detaillierte Studien des Redoxverhaltens der Modellverbindungen wurden mit Hilfe von Stationärphotolysen, elektrochemischen Untersuchungen sowie durch Detektion von Intermediaten mittels ESR- und zeitaufgelöster Absorptionsspektroskopie angefertigt. Demnach erfordert die unter formalem Hydridtransfer verlaufende Photooxidation der Arylcycloheptatriene zu den korrespondierenden Aryltropyliumionen den Ablauf einer Sequenz aus photoinduziertem Elektronentransfer (PET), Deprotonierung der Cycloheptatrienradikalkationen und Grund zustandsoxidation der resultierenden Cycloheptatrienylradikale. Während die Energiebilanz des PET selbst in Gegenwart schwacher Elektronenakzeptoren stark negativ ist, bestimmt die Natur der Arylsubstituenten den weiteren Reaktionsverlauf. Entscheidend ist einerseits, daß die Deprotonierung der Arylcycloheptatrienradikalkationen mit dem thermodynamisch begünstigten Rückelektronentransfer (BET) konkurrieren kann und andererseits, daß die durch Deprotonierung gebildeten Arylcycloheptatrienylradikale im Grundzustand durch den verwendeten Akzeptor oxidiert werden. Eine hinsichtlich der Produkt- und Quantenausbeuten sehr effiziente Methode stellt die sensibilisierte Photooxidation in Gegenwart sehr starker Grundzustandselektronenakzeptoren, wie etwa Triplettsauerstoff oder Benzochinon, dar. Die Aktivierung der Arylbicycloheptatriene kann via PET oder durch photochemische Homolyse der zentralen C-C-Bindung erfolgen. Die im ersten Fall gebildeten Bicycloheptatrienradikalkationen fragmentieren mit hoher Geschwindigkeit unter Bildung eines Tropyliumions und eines Cycloheptatrienylradikals. Unabhängig von der Art der Photoreaktion stellt somit die Grundzustandsoxidation der Cycloheptatrienylradikale den Schlüsselschritt auf dem Wege der Generierung der Aryltropyliumionen dar. Mit Hilfe starker Akzeptoren, z.B. N-Methyl-acridiniumperchlorat oder weniger stabilisierten Tropyliumionen, lassen sich die Arylbicycloheptatriene oxidieren. Die Photoreduktion der Aryltropyliumionen ist in Gegenwart von Hydrid- und Zweielektronendonatoren möglich. Entgegen den Erwartungen werden auch in Gegenwart der Hydriddonatoren die Arylbicycloheptatriene erhalten. Als Grund hierfür kann das Ausbleiben der Protonierung der intermediär gebildeten Arylcycloheptatrienylradikale angesehen werden. Prinzipiell ist daher ein photochemisches Schalten zwischen den Redoxpartnern Aryltropyliumion und Arylbicycloheptatrien möglich. Ein Beispiel hierfür stellt das System N- Methyl- acridiniumion/Bis(4-Dimethylamino-phenyl) bicycloheptatrien bzw. 4-Dimethylamino- phenyltropyliumion/ 10,10'-Dimethyl-9,9'- tetrahydrobiacridinyl dar. Die Richtung der photochemisch induzierten Redoxreaktion (Oxidation des Arylbicycloheptatriens bzw. Reduktion des Tropyliumsalzes) wird hierbei bestimmt durch die Konzentrationsverhältnisse der Reaktanden. Aufgrund dieser Ergebnisse stellt die vorliegende Arbeit eine Basis für künftige Untersuchungen von lichtinduzierten Schaltprozessen in supramolekularen Aggregaten dar. / Compared with their corresponding tropylium ions, arylsubstituted cycloheptatrienes possess quite different behaviour in light absorption, shape and electronic donor strength. Therefore, those redox couples are useful candidates for influencing non-covalent bonding within supramolecular units, containing cycloheptatriene building blocks. The tool light was chosen due to its characteristics such as high energetic selectivity and even high optical resolution, to reach this goal. The planned light driven switching requires new photochemical methods of generation and reduction of the aryltropylium ions as well as insight in their mechanistic details. The photochemical formation of stable aryltropylium ions has been reached on different pathways using two classes of cycloheptatriene derivativs, the arylcycloheptatrienes and the arylbitropyls, respectively. The redox behaviour of the model compounds was subject of detailed studies by means of stationary photolysis and electrochemical measurements. The EPR and the time resolved absorption spectroscopy have been utilized to get further information about the electronic structure and reactivity of short-living species involved in the phototransformation. Accordingly, the photooxidation of arylcycloheptatrienes is possible in a sequence consisting of photoinduced electron transfer (PET), followed by deprotonation of the cycloheptatriene radical cations and subsequent oxidation of the resulting cycloheptatriene type radicals in the ground state (overall hydride transfer). Due to the fast PET, even in the presence of weak electron acceptors, the success of the reaction course depends on the nature of the aryl substituents. On one hand, the deprotonation step has to compete with the energetically favoured back electron transfer (BET). On the other hand, the used acceptors must be able to oxidize the cycloheptatrienyl type radicals. With regard to chemical and quantum yields, t he most efficient procedure is the sensitized photooxidation in the presence of strong ground state oxidants, such as dioxygen or benzoquinone. The photochemical activation of the arylbitropyls is either possible via PET or by homolytic cleavage of the central C-C-bond (direct excitation). The bitropyl radical cations resulting from the PET are subjected to a fast fragmentation process yielding tropylium ions and cycloheptatriene type radicals.Therefore, the ground state oxidation of the latter is the key-step in the photooxidation of arylbitropyls. Acco rdingly, strong acceptors such as acridinium ions or even weaker stabilized tropylium ions are capable to transform the bitropyls into tropylium ions. The photoreduction of the aryl tropylium ions can be achieved by using hydride or two electron donors. It is noteworthy that the arylbitropyls are the photo-products even in the presence of hydride donors. Evidently, this effect is caused by the impossible proton transfer between the donor radical cations and the cycloheptatriene type radicals. Therefore, the light induced switching is possible in the redox couple arylbitropyl and aryl tropylium ion. The system N-methylacridinium ion /bis (4-dimethylaminophenyl)bitropyl and 10,10'-dimethyl-9,9'-tetrahydrobiacridinyl / 4-dimethylaminophenyl tropylium ion should be announced in this context. Hereby, the direction of this photoinduced redox reaction (oxidation of the bitropyl or reduction of the tropylium ion) depends on the concentrations of the reactands. The present work should be understand as a basis for future research dealing with light driven molecular machines.

Bdellovibrionaceae sind außergewöhnliche Bakterien, da sie als die kleinsten bekannten räuberischen Organismen gelten. Seit ihrer Entdeckung in Bodenproben im Jahr 1962 durch Stolp und Starr konnte eine weite Verbreitung in der Natur nachgewiesen werden. Besonderes Interesse erlangten Bdellovibrionaceae durch ihre Fähigkeit bakterielle Erreger wie Escherichia coli, Salmonella und Yersinia zu attackieren. Der bestuntersuchte Vertreter der Familie Bdellovibrionaceae ist Bdellovibrio bacteriovorus. Er durchläuft einen komplexen Lebenszyklus, der nur partiell verstanden ist. In der Attack-Phase werden durch einen noch nicht aufgeklärten Mechanismus potentielle Beutebakterien erkannt und der interzelluläre Kontakt hergestellt. Nachdem eine Pore in der Zellwand der ausschließlich Gram-negativen Beutebakterien erzeugt wurde, dringt B. bacteriovorus in den periplasmatischen Raum ein. Nach etwa 30 Minuten ist der Invasionsprozess abgeschlossen und man kann die Ausbildung sphärischer Bdelloblasten beobachten. Im Beutebakterium verdaut B. bacteriovorus makromolekulare Bestandteile des Wirtes und wächst zu einem langen spiralförmigen Stäbchen aus. Es setzt schließlich die Zellteilung ein bei der 5 bis 30 Tochterzellen in Abhängigkeit zur Größe des Beutebakteriums freiwerden. Mit der Reproduktion ist der parasitäre Lebenszyklus nach etwa 3 Stunden beendet. Die komplexe Regulation der Expression von Proteinen konnte für die einzelnen Wachstumsphasen durch ein- sowie zweidimensionale Gelelektrophorese nachgewiesen werden. In der Vergangenheit haben verschiedene Studien die Komplexität der Wechselwirkung mit den Beutebakterien belegt. Hierbei wurde, neben dem offensichtlichen Abbau makromolekularer Bestandteile der Beutebakterien, ein Recycling und Einbau von Membranbestandteilen wie Lipopolysacchariden (LPS) und Outer Membrane Proteine (OmP) in das Membransystem von B. bacteriovorus diskutiert. Die biologische Interpretation dieses Phänomens ist eine erhöhte Effizienz in der Reproduktion von B. bacteriovorus wenn es Bestandteile des Wirtsbakteriums wiederverwertet im Gegensatz zur Eigensynthese. Trotz der morphologischen Ähnlichkeit und des ungewöhnlichen Lebensstils wurde festgestellt, dass die Familie der Bdellovibrionaceae phylogenetisch sehr heterogen ist. Es werden zur Zeit zwei Gattungen unterschieden Bdellovibrio und Bacteriovorax. Aufgrund von 16S rRNA Untersuchungen konnten auch innerhalb der Gattungen eine Vielzahl von phylogenetisch distinkten Arten nachgewiesen werden. In der Literatur wird eine regulierende Wirkung auf pathogene Gram-negative Bakterien für aquatische Systeme durch Bdellovibrionaceae beschrieben. Weiterhin konnten sie bei verschiedenen Nutztieren im Verdauungstrakt mikrobiologisch nachgewiesen werden. Ein positiver Einfluss auf die Gesundheit der Tiere wurde bei Vorkommen von B. bacteriovorus festgestellt. Für eine Charakterisierung von Umweltisolaten werden in der vorliegenden Arbeit genetische Methoden vorgestellt. Hierfür wurden Hybridisierungsmethoden und PCR-methoden entwickelt, die es ermöglichen aus der Umwelt isolierte Bdellovibrionaceae phylogenetisch einzuordnen. Es konnte gezeigt werden, das sowohl B. bacteriovorus als auch Bacteriovorax stolpii im Verdauungstrakt von Nutztieren vorkommen. Es ist weiterhin gelungen eine PCR-methode für Kotproben zu entwickeln, die einen direkten Nachweis ermöglicht ohne mikrobiologische Anzucht. B. bacteriovorus ist ein Gram-negatives Bakterium, allein dieser Sachverhalt spiegelt die Schwierigkeit wider, wenn der enzymattische Abbau von Zellwandbestandteilen der Beutebakterien Ziel der Untersuchung ist, da auch die Beutebakterien Gram-negativ sind. Es ergibt sich aufgrund eines ähnlichen Zellwandaufbaus ein immenses analytisches Problem die makromolekularen Bestandteile von Wirtsbakterium und Jäger zu trennen. Um dem Lebensstil angepasst Modifikationen von B. bacteriovorus zu untersuchen, wurde in dieser Arbeit LPS, charakteristischer Bestandteil der Äußeren Membran, von Wildtypstamm B. bacteriovorus HD100 und seiner wirtsunabhängigen Mutante HI100 isoliert und das Lipid A strukturell aufgeklärt. Die Isolation gelang durch die Ausnutzung unterschiedlicher Fällungseigenschaften des LPS von B. bacteriovorus HD100 gegenüber des E. coli K-12 LPS aus dem Extraktionsmittel. Weiterhin konnte nachgewiesen werden, das B. bacteriovorus S-Form LPS besitzt. Die außergewöhnliche Struktur des Lipid A von B. bacteriovorus wurde im Detail mit massenspektrometrischen Methoden, ein- und zweidimensionalen NMR Methoden sowie mikrochemischer Methoden in Kombination mit der GC/MS charakterisiert. Der Fettsäureanker besteht aus a-D-ManpII-(1(R)4)-ß-D-GlcpN3NII-(1(R)6)-ß-D-GlcpN3NI-(1(R)1)-a-D-ManpI. Dies stellt eine neuartige Struktur dar, da an allen bisher bekannten Lipid A´s sich Brönstedtsäuren am hydrophilen Fettsäureanker befinden, die in physiologischer Lösung durch Protonenabgabe negative Ladungen tragen. Im Lipid A von B. bacteriovorus sind diese Substituenten durch den Neutralzucker Mannose ersetzt. Weiterhin wurden als Fettsäuren nur 3-Hydroxyfettsäuren nachgewiesen, wobei sich auf die 6 gebunden Fettsäuren etwa 1,5 Doppelbindungen verteilen. Dieses Lipid A zeigt eine wesentlich reduzierte endotoxische Aktivität im Vergleich zu E. coli Lipid A und weist als biophysikalische Besonderheit eine erhöhte Fluidität über einen weiten Temperaturbereich auf. Die vorgestellte 16S rRNA Analyse und die Strukturanalyse des Lipid A von B. bacteriovorus belegen seine besondere Stellung in der Welt der Bakterien. / Bdellovibrionaceae are extraordinary bacteria known as the smallest predatory organism so far. Since their discovery in soil samples by Stolp and Starr 1963 they have been detected in a wide range of other natural habitats. Bdellovibrionaceae became the focus of attention concerning their ability to attack pathogens like Escherichia coli, Salmonella and Yersinia. For Bdellovibrio bacteriovorus the most detailed studies are available. The up to now only partially understood lifecycle consists of several complex phases. In the attack phase B. bacteriovorus is motile possessing flagella and the preys are recognized by an unknown mechanism. After attachment on the cell wall within 15 to 30 minutes a pore is formed which is used as entrance to the periplasmatic space of the Gram-negative prey bacteria. The completion of the invasion process can be observed by the change of the prey s shape to spherical bdelloblasts. Inside of the prey B. bacteriovorus degrades macromolecular compounds and transforms into a long spirally shaped rod. At the end of the lifecycle the rod divides yielding 5 up to 30 daughter cells depending on the size of the prey bacteria. This reproduction phase is completed within 3 hours. The complex regulation of expression of a certain number of proteins was observed by one and two dimensional gelelectrophoresis. The complexity of the interaction between predator and prey were examined in several studies. Besides the obvious degradation of macromolecular compounds of the prey, reutilising of lipopolysaccharides (LPS) and Outer Membrane Proteins (OmP) into the membrane system of B. bacteriovorus was discussed. The biological interpretation of such behaviour was that it is more efficient for reproduction to recycle components of the prey than to perform de novo synthesis. Unexpectedly, despite the unique predatory lifecycle and common morphological features, Bdellovibrionaceae show a great phylogenetical diversity based on 16S rRNA analyses. Bdellovibrionaceae are divided into the three species Bdellovibrio bacteriovorus, Bacteriovorax stolpii, Bacteriovorax starrii and some strains yet to be assigned. In two studies Bdellovibrionaceae were found as part of regulation processes for decreasing the number of pathogenic Gram-negative bacteria in aquatic systems. Furthermore, B. bacteriovorus were found in the intestinal tract of several domestic animals showing a positive influence on the state of health. For the phylogenetic characterization of environmental isolates techniques were developed based on hybridisation methods and the PCR. In this work we detected B. bacteriovorus and B. stolpii strains in the gut of animals. Furthermore, a PCR method for direct detection of Bdellovibrionaceae in fecal samples was developed. B. bacteriovorus are Gram-negative bacteria. This fact complicates the study of the degradation of the prey s cell wall as it possesses the architecture of Gram-negative bacteria also. Furthermore, the search for important modifications of the cell wall of B. bacteriovorus concerning the predatory lifestyle becomes an analytical problem. In this study we isolated LPS of the wild type strain B. bacteriovorus HD100 and its host independent mutant strain HI100. For the isolation of pure B. bacteriovorus HD100 S-form LPS we took advantage of different precipitation properties in the extraction solvent of E. coli K-12 LPS and the predator s LPS. The structure of the lipid A was examined in detail by mass spectrometric methods, one- and two-dimensional NMR and chemical analytical techniques. The novel structure consists of backbone built of a-D-ManpII-(1(R)4)-ß-D-GlcpN3NII-(1(R)6)-ß-D-GlcpN3NI-(1(R)1)-a-D-ManpI. This is the first known natural lipid A without negatively charged substituents in physiological solution. The lipid A of B. bacteriovorus carries the neutral sugar mannose instead of Brönstedt acids. Furthermore, the lipid A exclusively consists of 3-hydroxy fatty acids with approximately 1.5 double bounds distributed on six bounded fatty acids. This lipid A shows a significant decreased endotoxic activity in comparison to E. coli lipid A and revealed increased fluidity over broad temperature range as further remarkable biophysical property. The 16S rRNA analysis and the structural analysis of the lipid A of B. bacteriovorus document the unique position in the world of bacteria.

Das SurA-Protein ist ein wichtiger Bestandteil der periplasmatischen Faltungsmaschinerie aus Escherichia coli. Trotz zahlreicher Erkenntnisse sind die Mechanismen der Substraterkennung und -bindung noch nicht abschließend geklärt. Das SurA-Protein ist aus einem Chaperonmodul und zwei PPIase-Domänen aufgebaut. Die Bindestelle eines artifiziellen Peptides wurde zu Beginn der Arbeit in der PPIase-inaktiven Parvulin-Domäne I publiziert. Im Rahmen dieser Arbeit wurde untersucht, ob auch biologisch relevante, natürliche Peptide an dieser Bindestelle interagieren und ob es noch weitere Substratbindestellen innerhalb von SurA gibt. In ESR-spektroskopischen Versuchen wurde die Interaktion der isolierten Parvulin-Domäne I von SurA mit Peptiden aus einer LamB-Peptid-Bibliothek, sowie mit dem artifiziellen Peptid analysiert. Die Bindung des artifiziellen Peptides und eines Peptides aus der LamB-Peptid-Bibliothek an die isolierte Parvulin-Domäne I konnte nachgewiesen werden. Für weitere an SurA-bindende Peptide konnte an dieser Position keine Interaktion nachgewiesen werden. Mittels des genetischen Indikatorsystems ToxR wurden gezielt Kontaktpunkte zwischen dimerisierten SurA-Untereinheiten bzw. zwischen SurA und Peptid unterbunden, um deren Einfluss auf die wechselseitige Interaktion zu untersuchen. Hierbei wurden einzelne Positionen in isolierten SurA-Domänen identifiziert, die an einer Interaktion beteiligt sind. Die Mutation dieser Interaktionsstellen führten zu keinem signifikanten Verlust der in vivo-Funktion, welche mittels der Fähigkeit der SurA-Varianten zur Komplementation des synthetisch letalen Phänotypen einer surA skp-Doppelmutante untersucht wurde. Die Grundlagen für die Methodik der photoaktivierbaren, ortsspezifischen Quervernetzung von OMP-Polypeptiden an SurA- bzw. SurAI-Proteine wurden etabliert. / The SurA protein is an important part of the periplasmic folding machinery in Escherichia coli. Despite numerous findings are the mechanisms of substrate recognition and folding not yet completely resolved. The SurA protein consists of a chaperone module and two parvulin domains. In the beginning of this work a peptide binding site was published which was located in the PPIase inactive parvulin domain I. It was investigated in this thesis whether biological relevant, natural peptides would also bind with this binding site and if additional substrate binding sites exist within the SurA protein. In ESR-spectroscopy experiments both the interaction of the isolated parvulin domain I of SurA with peptides of a LamB peptide library and with the artificial peptide were examined. Binding of the artificial peptide and one peptide of the LamB peptide library to the isolated parvulin domain I could be detected. For the remaining tested peptides, which are confirmed to be SurA binders, no interaction could be verified at this position. By use of the genetic indicator system ToxR the contact points between dimerized SurA subunits respectively between SurA and peptide were prevented site-specifically to examine their influence on the mutual interaction. Here single positions in isolated SurA-domains were identified, which are part of an interaction. The mutation of these interaction sites lead to no significant loss of the in vivo function, which was analyzed by the capability of the SurA variants to complement the synthetic lethal phenotype of a surA skp double mutant. The fundamentals for the method of photoactivated site-specific crosslinking of OMP polypeptides to SurA respectively SurAI were established.

Neuartige Rotaxane, die zwei 9-Aryl-9-methoxy-10-methyl-9,10-dihydroacridin-Bausteine (Acridane) an beiden Enden der molekularen Achse als Bindungsstellen für den tetrakationischen CBPQT4+-Ring besitzen, wurden gemeinsam mit ihren korrespondierende Acridinium-Rotaxanen synthetisiert. Mit diesen Rotaxanen wurde ein neues Konzept für die Steuerung der Ringbewegung im Rotaxan realisiert. Aufgrund der Brownschen Molekularbewegung pendelt der Ring von einem Ende der Achse zur anderen in den Acridan-Rotaxanen. Diese Pendelbewegung wird durch die Umwandlung von einer oder zwei Acridan-Stationen in die entsprechende Acridinium-Einheit gestoppt. Wenn beide Acridane durch Zugabe von Säure umgewandelt werden, komplexiert der Ring auf einer Ausweich-Station, die im mitlleren Bereich der Achse zu finden ist. Durch Photonen wird nur die unbesetzte Acridanstation umgewandelt, so dass der Ring auf der unveränderten Acridan-Station verbleibt. Die Pendelbewegung kann wieder durch Zugabe von Base und durch thermische Rückreaktion des Methoxids mit dem gebildeten Acridinium-Ion angeschaltet werden. / Novel rotaxanes containing two 9-aryl-9-methoxy-10-methyl-9,10-dihydroacridine moieties (acridanes) at both ends at the molecular axle as recognition stations for the tetracationic ring CBPQT4+ were synthesized together with their acridinium counterparts. A new concept of controlling the ring movement within rotaxanes has been realized with these rotaxanes. Owing to Brownian molecular movement, the ring shuttles from one end of the axle to the other one in acridane rotaxanes. The shuttle process is stopped by converting two or one of the acridane stations into the corresponding acridinium unit. If both acridanes are transformed by addition of an acid, the ring resides on evasive stations present in the center of the axle. Photons convert only the unoccupied acridane station, thus the ring remains on the unchanged acridane station. The shuttle process can be switched on by addition of a base and by thermal reaction of the methoxide with the formed acridinium ion, respectively.

Im Mittelpunkt der vorliegenden Arbeit stehen Untersuchungen zur Analytik, Stabilität und Metabolisierung von Nitroxylradikalen, unter besonderer Berücksichtigung Ihrer Anwendung als ESR-Spinsonden im Rahmen der Bearbeitung pharmazeutisch-technologischer und biopharmazeutischer Fragestellungen. Neben der Entwicklung und Adaptierung geeigneter analytischer Methoden waren dabei Stabilitätsfragen unter den Bedingungen ihres Einsatzes, die Stabilität von Reaktionsprodukten und Metaboliten, das elektrochemische und chemische Reduktionsverhalten sowie die Biotransformation du rch Mikroorganismen, in subzellulären Fraktionen der Leber und in humanen Zellkulturen von besonderem Interesse. Als wichtigste Ergebnisse dieser Arbeit sind: (i) bisher unbekannte Metaboliten (wie z.B. sekundäreAmine) identifiziert, (ii) der Erkenntnisstand zu den Mechanismen der Biotransformation dieser stabilen Radikale erweitert, (iii) methodische Fortschritte wie die Entwicklung einer On-line HPLC-ESR-Kopplung und bei der Anwendung der Festphasenmikroextraktion (SPME) erreicht, (iv) die ESR als Methode für nichtinvasive Messungen des pH-Wertes und für die Erfassung der Stabilität und Hautpenetration von Liposomen erschlossen worden. / The present thesis was focused on the investigation of analytic, stability and metabolism of nitroxyl radicals used as esr spin probes in pharmaceutical, technological and biopharmaceutical applications. New analytical methods were developed and adapted for nitroxides and diamagnetic products. The stability of nitroxides was analysed and reaction products were cleared up. Furthermore there were in vestigated the electrochemical and chemical behaviour of reduction as well as the biotransformation by microorganisms, in subcellular liver fractions and in human cell cultures. The main results of this document are presented in the following: (i) the appearance of new dia- and paramagnetic metabolites (e.g. secondary amines), (ii) the latest findings about metabolic mechanisms of stable nitroxyl radicals, (iii) the development of online HPLC-ESR-couppling technique and the application of solid phase microextraction (SPME) as the greatest acquisition, (iv) the advantage of ESR technique for noninvasive measurement of pH and to register the stability and penetration of liposomes through skin layers.

Peptide und Proteine sind wichtige Untersuchungsobjekte der biochemischen Forschung. Es wurden in den letzten Jahren eine Reihe von Ligationsmethoden entwickelt, um weitgehend entschützte, gereinigte Peptidsequenzen im wässrigen Milieu zu koppeln. Vor diesem Hintergrund von besonderem Interesse für einen möglichen Einsatz bei Ligationen ist die bakterielle Transpeptidase Sortase A. Dieses Enzym ist in vivo an der Anknüpfung von Proteinen an das bakterielle Peptidoglycan beteiligt, wobei es Substrate an einem LPXTG-Motiv zwischen Threonin und Glycin spaltet und auf ein Oligoglycin-Nucleophil überträgt. Zur Untersuchung der Enzymaktivität wurde in dieser Arbeit ein einfacher HPLC-basierter Assay etabliert. Die an Peptidmodellen gewonnenen Resultate wurden schließlich für den Aufbau eines löslichen Rezeptors genutzt. Ein Schlüsselschritt war die Sortase-vermittelte Ligation des in E. coli exprimierten, gefalteten Rezeptor-N-Terminus an ein 3-Loop-Konstrukt. Das erhaltene 23 kDa große Rezeptormimetikum war nach chromatographischer Reinigung homogen gemäß HPLC und MS. Es zeigte eine spezifische, hoch affine Bindung zu natürlichen Peptidliganden des CRF1-Rezeptors. Weiterhin konnte demonstriert werden, dass sich Sortase für die selektive Markierung von Proteinen eignet. So wurde ein Fluoreszenzlabel C-terminal an das 50 kDa Protein NEMO geknüpft. Als weiteres Anwendungsbeispiel der Sortase-vermittelten Ligation diente die Darstellung von PNA–CPP-Konjugaten. Die Verwendung von Überschüssen des Peptides und die Entfernung der niedermolekularen Abgangsgruppe durch Dialyse erwies sich als sehr effektiv und gestattete gute bis hervorragende Kupplungsausbeuten von bis zu 94%. Die biologische Wirkung der erhaltenen CPP–PNA-Konjugate konnte in Aufnahmeuntersuchungen an Zellen gezeigt werden. / Peptides and proteins are important research objects in biochemical research. Therefore, several ligation methods to couple unprotected, purified peptide sequences in aqueous media have been developed during the last years. At a special interest in this case is the bacterial transpeptidase sortase A. This enzyme couples proteins in vivo to the bacterial peptidoglycan by cleavage at a LPXTG-recognition motif between threonine and glycine and subsequent transfer to an oligoglycin nucleophile. In order to investigate the enzymatic activity, a simple HPLC-based assay was established in this work. Results obtained with model peptides were used for the assembly of a soluble receptor. A key step was the sortase-mediated ligation of the folded receptor N-terminus (expressed in E. coli) to the 3-loop-construct. The resulting receptor mimic of 23 kDa was homogeneous according to HPLC and MS. It showed specific binding to natural peptide ligands of the CRF1-receptor with high affinity. Furthermore, it could be shown that sortase is usable for selective protein labeling. For this purpose, a fluorescence label was attached C-terminally to the 50 kDa protein NEMO. As a further example of sortase-mediated ligation served the synthesis of PNA-CPP-conjugates. The use of an excess of the peptide and dialyzing away the small leaving group proved to be very effective and coupling yields up to 94% could be achieved. The biological activity of the CPP-PNA-conjugates could be shown by uptake studies in cells.

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde eine Auswertemethodik für anomale Röntgenkleinwinkelstreuung (ASAXS) zur nanochemischen Zusammensetzungsanalyse der beteiligten Phasen eines Probensystems entwickelt und auf eine Glaskeramik angewendet. Die nanochemische Analyse unterscheidet sich von den bekannten Verfahren der partiellen Strukturfaktoren bzw. -funktionen (PSF) durch die Anwendbarkeit auf nahezu jedes Probensystem, da keine einschränkenden Annahmen bezüglich der anomalen Korrekturfaktoren der atomaren Streufaktoren der einzelnen Elemente getroffen werden müssen. Im Gegensatz zu den üblicherweise verwendeten PSF''s werden die relevanten Probeneigenschaften, d.h. die Nanostruktur und die nanochemische Zusammensetzung, direkt aus den Verläufen der differenziellen Streuquerschnitte in Abhängigkeit von der Röntgenenergie und des Streuvektorbetrages bestimmt. Es wurden umfangreiche anomale Röntgenkleinwinkelstreuexperimente an einer ausgewählten Oxyfluorid-Glaskeramik durchgeführt und mit der entwickelten Methode analysiert. Die untersuchte Glaskeramik, welche mit den seltenen Lanthanoiden Erbium und Ytterbium dotiert ist, zeigt die nichtlineare optische Eigenschaft der Frequenzerhöhung. Es konnte gezeigt werden, dass es möglich ist, die gemittelte Zusammensetzung der Teilchenphase und die der amorphen Glasmatrix mittels ASAXS quantitativ zu bestimmen. Im Gegensatz zu EDX-Studien liefert ASAXS gemittelte Zusammensetzungen, die das Probensystem aus statistischer Sicht besser repräsentieren. Die nanochemische Zusammensetzungsanalyse der Glaskeramik lieferte das Ergebnis, dass das Cadmium kein Bestandteil der Nanopartikelphase ist, die eine gemittelte Zusammensetzung von 17%Pb 2%Er 17%Yb 64%F (at%) aufweist. TEM-Studien implizieren, dass die Nanopartikel im Glas näherungsweise als Rotationsellipsoide beschrieben werden können. Es wurde gezeigt, dass die Streukurven der ASAXS Studien mit einem solchen Strukturmodell modelliert werden können. / In the present work an evaluation method for anomalous small-angle X-ray scattering (ASAXS) to analyze nanochemical compositions of all involved phases of a sample has been developed and was applied to a glass ceramic. The nanochemical analysis differs from the known methods of partial structure factors or functions (PSF) by the applicability to virtually any system, because the new evaluation method does not require any limiting assumptions regarding the anomalous corrections of the atomic scattering factors of the individual elements. Unlike the PSF''s normally used, the relevant sample properties, i.e. nanostructure and nanochemical compostion, will be determined directly from the differential scattering cross sections as a function of the X-ray energy and the scattering vector. Extensive ASAXS experiments at a selected oxyfluoride glass ceramic were done and analyzed by the developed method. The investigated glass ceramic, which is co-doped with selected lanthanides like erbium and ytterbium, shows the nonlinear optical property of frequency upconversion. It was shown that it is possible to determine quantitatively the average compositions of all phases of a system using ASAXS. In contrast to EDX studies, ASAXS provides average compositions, which represent the sample better from a statistical point of view. The nanochemical composition analysis of the glass ceramic yielded the result that the cadmium is not part of the nanoparticle phase, which has an average composition of 17%Pb 2%Er 17%Yb 64%F (at%). TEM studies imply that the nanoparticles in the glass can be described by ellipsoids. It was shown that the scattering curves of the ASAXS studies can be simulated by such a structural model.