Die spektroskopischen Eigenschaften von Molekülaggregaten wurden mittels quantendynamischer Berechnungen untersucht. Hierbei wurden sowohl lineare als auch nichtlineare Spektroskopietechniken einbezogen. Zur Simulation von Absorptions- und CD-Spektroskopie wurden Kopplungseffekte sowie die relative Orientierung der Monomer-Einheiten in den Modellen berücksichtigt, um gemessene Spektren reproduzieren und so die entsprechenden Parameter zu bestimmen. Zur genaueren Beschreibung wurden auch Ergebnisse quantenchemischer Rechnungen verwendet. Darüber hinaus wurden Untersuchungen zur nichtlinearen optischen Spektroskopie an Dimeren durchgeführt. / The spectroscopic properties of molecular aggregates have been investigated by means of quantum dynamical calculations. Thereby both linear and nonlinear spectroscopic techniques have been taken into account. For the simulation of absorption and CD-spectra, coupling effects were regarded as well as the relative orientation of the monomer units in order to determine the parameters by reproducing measured spectra. For a more detailled description, results from quantum chemical calculations have also been included. Furthermore, investigations on nonlinear spectroscopy of molecular dimers have been performed.

Für die Aufklärung der absoluten Stereostruktur von chiralen Molekülen, die ein Chromophorsystem besitzen, hat sich die Kombination der experimentellen und theoretischen Spektroskopie des elektronischen Circulardichroismus (ECD) als Methode bewährt. In der vorliegenden Arbeit wurden die chiroptischen Eigenschaften von Bisbibenzyl-Makrocyclen, Mono- und Bis(cycloketo)porphyrinen, der Mohnblütenpigmente Nudicaulin I und II sowie von Bordipyrrol-Dimeren mit quantenchemischen Methoden untersucht. Zu diesem Zweck wurden verschiedene dichtefunktionaltheoretische (DFT) Ansätze und post-HF-Methoden, wie z. B. der Coupled-Cluster-Ansatz RI-CC2, bezüglich ihrer Eignung, die Grund- und angeregten Zustände (UV/vis- und ECD-Eigenschaften) der einzelnen Verbindungen korrekt wiederzugeben, evaluiert. Da bei quantenchemischen UV- und ECD-Rechnungen an ausgedehnten π-Systemen aufgrund energetisch nah beieinander liegender Anregungen die Wahrscheinlichkeit für ghost states und charge-transfer-Übergänge sowie Multireferenz-Problematiken steigt, wurden diese Aspekte genauer betrachtet. Die ersten zwei Phänomene lassen sich bereits auf TD-DFT-Niveau durch genaue Analyse der theoretischen spektroskopischen Daten ermitteln und unter Umständen durch entsprechend korrigierte Funktionale sogar sehr gut beschreiben. Im Gegensatz dazu können Doppelanregungsanteile überhaupt erst durch Rechnungen mit geeigneten Methoden, wie z. B. das hier verwendete SORCI-Verfahren, erfasst werden. Zusätzlich wurde das zur Auswertung von UV und ECD-Daten entwickelte Programm SpecDis um Funktionalitäten erweitert, welche die Berechnung des Übereinstimmungsgrades zweier UV- bzw. ECD-Kurven ermöglichen, und dadurch ein zusätzliches quantitatives Kriterium für die Verlässlichkeit des Spektrenvergleichs und folglich für die Zuordnung der absoluten Konfiguration bieten. / For the elucidation of the absolute stereostructure of chiral molecules possessing a chromophore, the combination of experimental and theoretical spectroscopy of the electronic circular dichroism (ECD) has proven a valuable tool. In the present work, the chiroptical properties of bisbibenzyl macrocycles, mono- and bis(cycloketo)porphyrins, the poppy-petal pigments nudicaulins I and II, and boron-dipyrrole dimers were investigated with quantum-chemical methods. For this purpose, different density-functional and post-HF methods, for example the coupled-cluster approach RI-CC2, were evaluated regarding their suitability to correctly describe the ground and exited states (UV/vis and ECD properties) of each compound. Since the probability of ghost states, charge-transfer transitions, and multi-reference problems increases for quantum-chemical UV and CD calculations of extended π systems due to energetically close-lying excitations, these aspects were closely examined. The first two phenomena can be detected on TD-DFT level of theory by a thorough analysis of the theoretical spectroscopic data, and can in some cases even be described quite well by specially corrected functionals. By contrast, double excitations can only be included in the calculations by using suitable methods, e.g. the herein used SORCI approach. Additionally, functionalities were added to the program SpecDis which allow for the calculation of the degree of similarity of either two UV or ECD curves, and thus, offer an additional quantitative measure for the comparison of spectra and, in consequence, for the reliability of the assignment of an absolute configuration.

Stuttgart, Univ., Diss., 2008.

Frankfurt (Main), Universiẗat, Diss., 2008.

Universiẗat, Diss., 2004--Köln.

In mehrzelligen Organismen ist der Aufbau stabiler Zell-Zell- und Zell-Matrix-Verbindungen lebensnotwendig. Hierfür werden innerhalb einer Körperzelle membranständige Adhäsionskomplexe gebildet, die eine zentrale Rolle in der Verankerung sowie Regulierung des intrazellulären Zytoskelettes spielen. Zu diesen Aktin-bindenden Proteinen gehören das ubiquitär vorkommende Vinculin sowie dessen muskelspezifische Spleißvariante Metavinculin, deren genaue Funktion bisher nicht bekannt ist. Metavinculin besitzt einen Einschub von zusätzlichen 68 Aminosäuren im Vergleich zu Vinculin, wodurch eine neue alpha-Helix H1´ im Bereich der Schwanzdomäne entsteht, die dem Protein funktionelle Unterschiede verleiht. Frühere Studien zeigten, dass eine Punktmutation innerhalb des Metavinculin-spezifischen Einschubes (Mutante R975W) mit dem Auftreten einer familiären dilatativen Kardiomyopathie assoziiert ist. In der vorliegenden Arbeit wurden biochemische und zellbiologische Versuche sowie immunhistochemische Untersuchungen durchgeführt, welche bisher unbekannte Eigenschaften des Metavinculins aufdecken und Hinweise zur physiologischen Funktion des Metavinculins in muskulären Zelladhäsionsverbindungen liefern. Es konnte in der Rindermuskulatur gezeigt werden, dass Metavinculin eine fasertypabhängige Expression aufweist, welche unabhängig vom verwendeten Muskeltyp reproduzierbar auftritt. Metavinculin wird im Gegensatz zum ubiquitär vorkommenden Vinculin in den Muskeladhäsionskomplexen vor allem schneller, glykolytischer Muskelfasertypen ausgebildet. Untersuchungen zur Proteindynamik zeigten eine deutlich verlängerte Verweildauer von Metavinculin im Vergleich zu Vinculin in den Adhäsionskomplexen von Muskelvorläuferzellen. In CD-spektroskopischen Untersuchungen konnte eine deutliche Destabilisierung der Schwanzdomäne der Metavinculin-Mutante R975W im Vergleich zum Wildtyp aufgezeigt werden. Insgesamt deuten die Ergebnisse darauf hin, dass der zusätzliche Einbau von Metavinculin in die Adhäsionskomplexe von Muskelfasern eine spezielle Anpassung an die physiologische Funktion und mechanische Belastung der Muskelfasern ist und wahrscheinlich eine höhere mechanische Stabilität bei schnellen und glykolytischen Muskelfasertypen gewährleistet. Wird die Stabilität der Aktin-bindenden Domäne in Metavinculin durch eine Punktmutation vermindert, könnte dies zu einer weniger stabilen Verankerung des Aktinzytoskelettes führen, was zu den pathophysiologischen Veränderung des Herzmuskels im Rahmen einer dilatativen Kardiomyopathie beitragen kann.:1 Einleitung……………………………………………………………………......................... 5 1.1 Allgemeine Einleitung……....…………………………………........................... 5 1.2 Die Adhäsionsproteine Metavinculin und Vinculin…......................... 5 1.2.1 Bedeutung und Vorkommen………………………………...........................5 1.2.2 Aufbau, Struktur und Bindungspartner………………......................... 7 1.2.3 Unterschiede in Aufbau und Funktion zwischen Metavinculin und Vinculin ... 8 1.2.4 Unterschiede der Dynamik im Adhäsionskomplex………………............8 1.3 Metavinculin in der Muskulatur………………………………..........................9 1.3.1 Allgemeines………………………………………………………………………………………. 9 1.3.2 Aufbau und Einteilung verschiedener Muskeltypen……………………….. 10 1.3.3 Skelettmuskelfasertypen……………………………………………………………...… 11 1.3.4 Dilatative Kardiomyopathie bei Mutationen im Metavinculingen…12 1.3.5 Ungleiche Verteilung von Metavinculin in verschiedenen Muskeltypen... 13 1.4 Zielstellung der Arbeit………………………………………………………………….. 14 2 Publikation - Metavinculin: New insights into functional properties of a muscle adhesion protein… 15 3 Zusammenfassung…………...........…………………………………………………… 24 4 Anhang……………………………………………...……………………………………………. 29 Material und Methoden………………………………………………..…………………….. 29 Literaturverzeichnis……………………………………………………….…………………… 33 5 Erklärung über die eigenständige Abfassung der Arbeit…………………36 6 Lebenslauf……………………………………………………………………………………….. 37 7 Danksagung……………………………………………………………………………………… 39

It is well-known that the large diversity of protein functions and structures derives from the broad spectrum of physicochemical properties of the 20 canonical amino acids that constitute modern proteins. According to the generally accepted coevolution theory of the genetic code, evolution of protein structures and functions was continuously associated with enrichment of the genetic code, with aromatic amino acids being considered the latest addition to the genetic code to increase structural stability of proteins and diversification of their catalytic functions. The main objective of this master thesis was to test whether enzymatic catalysis could precede the appearance of aromatic amino acids in the standard genetic code. For that purpose, the effect of amino acid alphabet reduction on structure and function of dephosphocoenzyme A kinase (DPCK) was studied. Dephosphocoenzyme A kinase catalyses the final step in the biosynthesis of coenzyme A, a very conserved cofactor. Two aromatic amino acid-lacking mutants of DPCK from a thermophilic bacterium, Aquifex aeolicus, were designed by substituting aromatic amino acid residues by (i) leucines and (ii) various non-aromatic amino acids to best preserve the structural stability of the protein. Wild type protein and the two mutants were cloned and...

This diploma thesis deals with the study of possible interactions between hyaluronan (HA) and plasmid DNA (pDNA). Plasmid DNA was isolated from E. coli JM109 (pUC19) and resuspended in TE buffer as well as high molecular weight hyaluronan. Individual samples of pDNA, HA and pDNA-HA were characterized by gel electrophoresis, CD spectroscopy and high resolution ultrasonic spectroscopy. Agarose gel electrophoresis examined the effect of the addition of hyaluronan to plasmid DNA on the migration of samples to the positive electrode. Structural changes in pDNA-HA samples were examined using CD spectroscopy. Individual CD spectra describes the dependence of the difference in absorption coefficients for left-hand and right-handed elliptic polarized light at wavelength. High resolution ultrasonic spectroscopy has been used to study interactions. It is an analytical method based on ultrasonic velocity and attenuation. We classify this technique as a non-destructive method because the passing waves do not affect the structure of the analyzed sample.

According to the International Diabetes Federation (IDF), there were 371 million people in the age from 20 to 79 years worldwide affected by diabetes in 2012. This means diabetes has become a global epidemic disease and, therefore, the importace of insulin research still grows. Insulin is a protein hormone that plays a key role in regulating blood glucose level which has a widespread impact on whole metabolism. Insulin acts through binding of its monomeric form to the insulin receptor. It is clear that insulin monomer has to undergo structural changes upon binding to the insulin receptor as the residues which are crucial for the interaction are burried within the native form. According to studies of highly active hormone analogs and the new information about the insulin-insulin receptor complex, there is a strong evidence that the C-terminal part of the B-chain is a dynamic element in insulin activation and receptor binding. Probably, there is also a great importance of the B-chain N- terminus and the transition between T and R conformations of insulin. However, the exact significance of the T and R states of insulin still remains unclear. In this work, several new insulin analogs AibB3-insulin, AibB5-insulin, AibB8- insulin, N-MeAlaB8-insulin and D-ProB8-insulin were prepared for the purpose of...

Rapid development of bacterial resistance and multiresitance to conventional antibiotics has resulted in an intensive search for alternative antimicrobial agents. Antimicrobial peptides (AMPs) belong to promising anti-infective candidates since they do not development bacterial resistance. They kill microbes by disturbing or permeabilizing the cytoplasmic membrane, or may target putative key intracellular compartments. Their advantages include fast action and selectivity between prokaryotic and eukaryotic cells. We have isolated several novel AMPs from the venom of wild bees: halictines (HAL-1 and HAL-2) from Halictus sexcinctus, lasiocepsin (Las) from Lasioglossum laticeps and macropin (MAC-1) from Macropis fulvipes. They are active against Gram-positive and Gram- negative bacteria and against yeast Candida albicans. While halictines and macropin have moderate hemolytic activity, Las shows no hemolytic activity. A novel AMP was isolated also from the mucus of Xiphydria camelus. This AMP belongs to the category of insect defensins. It contains 55 amino acid residues, three disulphide bridges and its C-terminus is amidated. CD and NMR studies of HAL-1, HAL-2 and MAC-1 revealed propensity to form amphipathic α-helical structure in the presence of sodium dodecyl sulfate or trifluoroethanol. For the...