Da eine Vielzahl von Proteininteraktionen innerhalb zellulärer Organismen an der Grenzfläche zu Membranen stattfindet, ist die Untersuchung dieser Prozesse von gro-ßem wissenschaftlichem Interesse. Ziel dieser Arbeit war es Modellsysteme basierend auf artifiziellen Membranen zu entwickeln, mit deren Hilfe die Untersuchung ausge-wählter Proteininteraktionen ermöglicht werden konnte. Im ersten Abschnitt dieser Arbeit (Kapitel 4-6) wurde ein Biosensorassay basierend auf festköperunterstützten Membranen entwickelt, der die Quantifizierung der Interaktion von C-Polycystin-2 (cPC2) mit seinen Interaktionspartnern C-Polycystin-1 (cPC1) und PIGEA14 mittels der Quarzmikrowaagetechnik ermöglichte. Aufgrund der Tatsache, dass die Affinität von cPC2 zu cPC1 in Anwesenheit von Ca2+ dreifach höher war, wurde eine Ca2+ abhängige Trimerisierung von cPC2 postuliert. Die Unterschiede der ermittelten kinetischen Koeffizienten führten zur Entwicklung eines Bindunsgmodells, welches die dreistufige Adsorption von cPC2 an cPC1 in Abwesenheit bzw. einstufige Adsorption in Anwesenheit von Ca2+ implizierte. Im Falle der Interaktion von cPC2 mit PIGEA14 wurde die Abhänigkeit der cPC2 Bindung von der Pseudophosphorylie-rung des Proteins an Ser812 untersucht. Es wurde festgestellt, dass die Affinität der pseudophosphorylierten Mutante cPC2S812D zu PIGEA14 zweifach niedriger war, als die von cPC2wt. Im zweiten Abschnitt der Arbeit (Kapitel 7 und 8) wurde die spezifische Wechselwir-kung von filamentösem Aktin (F-Aktin) mit festkörperunterstützten und porenüber-spannenden Membranen untersucht. Die kontrollierte Anbindung von F-Aktin in und auf porösen Aluminiumoxidfilmen konnte mit Hilfe verschiedener Funktionalisie-rungsstrategien erzielt werden. Der Einfluss eines F-Aktin Netzwerks auf die Span-nung und viskoelastischen Eigenschaften porenüberspannender Membranen wurde mittels kraftmikroskopischer Studien untersucht. Es wurde nachgewiesen, dass der Einfluss von gebundenem F-Aktin auf die Membranspannung gering war, aber erst durch die F-Aktin Adhäsion viskoelastische Membraneigenschaften induziert wurden.

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Die Plasmamembranspannung von eukaryotischen Zellen soll maßgeblich zur Regulation von zellulären Prozessen wie der Zellmigration, Mitose, Endo- und Exozytose, Membranreparatur, Osmoregulierung und Zellspreiten beitragen, welche zu einer Veränderung der Membranfläche und ihrer Deformation führt. In dieser Arbeit wurde die epitheliale Zelllinie MDCK II (Madin-Darby Canine Kidney) benutzt, um spannungsgesteuerte Oberflächenregulierung zu untersuchen. Indentationsexperimente kombiniert mit dem Herausziehen von Membrannanoröhren wurden mit Hilfe des Rasterkraftmikroskops (Atomic Force Microskope, AFM) durchgeführt, um lokale Variationen in der Membranspannung und überschüssiger Membranfläche als Funktion von äußeren Reizen abzuschätzen. Die verwendeten externen Stimuli beinhalten eine Veränderung der Funktionalität des Actomyosin-Cortexes durch die Wirkung von Blebbistatin und Cytochalasin D, sowie die Manipulation der Zytoskelett-Membran Adhäsionspunkte durch Einzel-Mikroinjektion. Die Injektion von Neomycin verhindert die Anbindung von ERM-Proteinen an das Lipid Phosphatidylinositol-(4,5)-bisphosphat (PIP2) und bewirkt somit die Abkopplung des Zytoskeletts von der Plasmamembran. Als Gegenexperiment diente die Injektion des Lipids PIP2 selbst, welches zur Erhöhung der Anzahl der Zytoskelett-Membran Adhäsionspunkte führte. Weiterhin wurden die als Membranreservoire dienenden Mikrovilli durch den Entzug von Cholesterol entfernt. Auswirkung auf das Vorhandensein von Membranreservoiren hat ebenfalls die Veränderung des osmotischen Drucks innerhalb der Zellen. Zusätzlich wurden die elastischen Eigenschaften von apikalen Zellmembran-Fragmenten von konfluenten MDCK II Zellen untersucht, welche Aufschluss über die intrinsischen Membraneigenschaften ohne den Einfluss des Zytosols und Zytoskeletts geben konnten. Abschließend wurde die Mechanik von adhärierenden und spreitenden Zellen untersucht. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass die Plasmamembran, bestehend aus einer Phospholipiddoppelschicht, lateral schwer ausdehnbar ist aufgrund ihrer flüssig-kristallinen Natur. Durch das Vorhandensein von dynamischen Membranreservoiren wie Mikrovilli, die schnell auf Veränderungen der Membranspannung durch Membranhomöostase reagieren, werden zellulare Prozesse wie die Zellmotilität oder die Anpassung an osmotischen Stress ermöglicht. In der vorliegenden Arbeit gelang es gleichzeitig, die Membranspannung und die Verfügbarkeit von Membranfläche von adhärenten konfluenten als auch von adhärierenden und spreiten Zellen zu messen. Die durchgeführten Experimente ergaben ein detailliertes Bild wie sich die zelluläre Oberflächenregulierung in der Membranmechanik widerspiegelt.

Ziel der Arbeit war die Synthese von Derivaten des Azobenzols mit Silananker zur Darstellung photoschaltbarer Oberflächen. Dies ist ein Ansatz zum Aufbau photoschaltbarer Oberflächen, bei der nur ein Reaktionsschritt an der Oberfläche benötigt wird und keine weitere Oberflächenreaktion zur Funktionalisierung der Oberfläche gebraucht wird, wie sie in der Literatur beschrieben werden. In der vorliegenden Arbeit wird eine Vorschrift zur Synthese photoschaltbarer Organosilane mit unterschiedlichen Endgruppen beschrieben. Dieses Verfahren basiert auf der Darstellung photoschaltbarer Organothiole auf Goldoberflächen. Die Charakterisierung der synthetisierten Verbindungen erfolgt mittels 1H-NMR, 13C-NMR, IR, DC und GC-MS. Die analytische Kontrolle der Edukte und der weiteren synthetisierten Zwischenstufen mit endständigen funktionellen Gruppen und aller photoschaltbaren Organosilane zeigt, dass alle photoschaltbaren Organosilane erfolgreich synthetisiert werden, jedoch mit unterschiedlicher Reinheit. Auf Grund der Silanankergruppe wird jede dieser Verbindungen kovalent auf eine SiO2-Oberfläche gebunden. Die Schichtdicke wird mittels Ellipsometrie bestimmt und eine weitere Charakterisierung erfolgte durch die Bestimmung des Kontaktwinkels verschiedener Flüssigkeiten. Die Synthese der Derivate des Azobenzols mit Silananker erfolgt in mehreren Stufen. Im ersten Schritt erfolgt die Darstellung eines Farbstoffs durch ein in para-Stellung substituiertes Anilin über die Azokupplung. Im zweiten Schritt wird eine Alkylkette durch eine nukleophile Substitution mit 11-Brom-1-undecen bzw. 6-Brom-1-hexen erreicht und im dritten Syntheseschritt wird eine Silanankergruppe mittels Hydrosilylierung angebunden. Die Beschichtung von SiO2-Oberflächen wird durch den Prozess der Self-Assembled Monolayer erreicht. Dabei werden monosubstituierte Organochlorsilane verwendet, da diese im Gegensatz zu Trichlorsilanen bessere Monolayer ausbilden. Es werden verschiedene endständige funktionelle Gruppen eingeführt, so dass mit steigender Kettenlänge immer dickere bzw. dichtere Schichten gebildet werden. Die unterschiedliche Ausbildung eines Oberflächenfilms eines photoschaltbaren Azofarbstoffes nach der ersten bzw. zweiten Synthesestufe mit endständiger C10-Kette als funktionelle Gruppe an einer Wasser-Luft-Grenzfläche wird mit der Brewster-Winkel-Mikroskopie in Kombination mit einem Langmuir-Pockels-Trog gezeigt. Der höhere Platzbedarf für die cis-Konfiguration im Gegensatz zur trans-Konfiguration wird nach Bestrahlung der Oberfläche aus den aufgenommenen Schubflächen-Isothermen bestimmt. Die für die Photoisomerisierung benötigten scheinbaren Aktivierungsenergien werden mittels Arrhenius-Gleichung an Hand der UV-/VIS-Spektren bestimmt und diskutiert. Es wird gezeigt, dass diese nicht nur abhängig von dem Substituenten R, sondern auch von den verwendeten Lösungsmitteln sind, wobei diese Abhängigkeit auf der Grundlage der verschiedenen Reaktionsmechanismen der Photoisomerisierung erörtert wird. Bei allen Farbstoffen wird eine trans-/cis-Konfigurations-änderung der chemischen Verbindung bei Bestrahlung mit Licht entsprechender Wellenlängen in verschiedenen Lösungsmitteln beobachtet. Die nachfolgende Rückreaktion (cis-/trans-Konfigurationsänderung) wird nur bei denjenigen Farbstoffen beobachtet, die einen hohen Extinktionskoeffizienten in Lösung besitzen. Die Beeinflussung der Benetzbarkeit wird während der Konfigurationsänderung auf diesen photoschaltbaren Oberflächen durch Kontaktwinkelmessungen untersucht. Diese wird durch die Bildung einer homogenen Oberfläche beeinflusst. Die Homogenität der Oberfläche zeigt die Hysterese, die abhängt von den funktionellen Gruppen der synthetisierten photoschaltbaren Organosilane. Die trans-/cis-Konfigurationsänderung auf einer Oberfläche erfolgte durch Bestrahlung der Oberfläche mit UV- bzw. blauem Licht. Die Einführung einer Alkylkette (C5 bzw. C10) als funktionelle Endgruppe führt zum Teil zu einer Verbesserung der Homogenität der Oberfläche. Durch Mischbeschichtungen von photoschaltbaren und nicht-photoschaltbaren verbessert sich die Änderung des Kontaktwinkels bei der Bestrahlung der photoschalbaren Oberflächen nicht, so dass auch andere Lösungsansätze z.B. die Verwendung anderer Oberflächen, die Erhöhung der Konzentration der photoschaltbaren Verbindungen an der Oberfläche oder der Einsatz hydrophiler Endgruppen in der Diskussion berücksichtigt werden.

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IR-Spektren von neutralen Na(H2O)n-Clustern wurden im OH-Streckschwingungsbereich (2800 – 3800 cm-1) größenselektiv bis n=575±25 gemessen. Die Infrarot-anregungsmodulierte, durch chemische Vorionisation verstärkte Photoionisation beruht auf dem Effekt einer Signalverstärkung durch IR-Absorption bei schwellennaher Photoionisation. Die Strukturinformation kann anhand eines Vergleichs mit quantenchemischen Rechnungen gewonnen werden. Die mit dieser Methode erhaltenen IR-Spektren können für verschiedene Größenbereiche mit durch andere Verfahren generierten Spektren verglichen werden. Für mittlere Clustergrößen (~n=20-50) sind die erhaltenen IR-Signaturen sehr ähnlich zu RIDIR-Spektren von phenoldotierten Clustern. Die Spektren großer amorpher Cluster (n=250) sind vergleichbar mit denen ionischer Cluster. Die Variation der Expansionsbedingungen (z. B. die Änderung des Trägergases) beeinflusst nicht nur das Einsetzten der Kristallisation (beginnend zwischen n=200 und n=400), sondern auch die Isomerenzusammensetzung für kleinere Clustergrößen. Auf dieser Grundlage wurden Strukturen für die Größen (H2O)20, (H2O)25 und (H2O)32 untersucht.

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