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.

Das Entwicklungsstadium bestimmter Krankheiten ist eng mit der Konzentration diverser Proteine in biologischen Proben verknüpft. Eine sensitive Detektion dieser sogenannten Biomarker kann somit maßgeblich zu einer frühzeitigen Diagnose beitragen. In der vorliegenden Arbeit wurden strukturierte, fluorogene Sonden entwickelt, die die Möglichkeit bieten in einem homogenen Verfahren Zielproteine sensitiv, direkt und in Echtzeit nachzuweisen. Die peptidische Erkennungssequenz für das Zielprotein wurde dabei von zwei zueinander komplementären PNA-Segmenten flankiert. Die Sonden besaßen dadurch eine haarnadelförmige Anordnung, die kontrolliert eingebaute Reporter in eine enge Proximität zwang und ein minimales Hintergrundsignal im ungebundenen Zustand gewährleistete. Durch die Wechselwirkung mit dem Zielprotein erfolgte eine Reorganisation der Sondenstruktur, die fluoreszenzspektroskopisch verfolgt werden konnte. Für den Einbau der fluorogenen Einheiten wurden verschiedene Strategien entwickelt und die resultierenden Architekturen bzgl. ihres Einsatzes als sensitives Detektionssystem validiert. Als Zielproteine wurden die intrazellulären SH2-Domänen der Src- und Lck-Kinase sowie die extrazelluläre Matrix-Metalloprotease MMP-7, ein proteolytischer Biomarker für Krebs, untersucht. Besonders die neuartigen In-Stem Hairpin Peptide Beacons (IS-HPBs), bei denen fluorogene Pseudonukleobasen in die PNA-Stammregion eingebaut wurden, zeichneten sich als sensitive Proteasereporter mit einer bis zu 50-fachen Signalverstärkung aus. Mit einem excimerbasierten IS-HPB und einer zeitaufgelösten Fluoreszenzmethode konnte die direkte Detektion von MMP-7 bei einer kritischen Konzentration von 1 nM im humanen Blutserum erreicht werden. Eine mögliche Anwendbarkeit in der medizinischen Diagnostik wurde somit bekräftigt. Weiterhin wurden erste Hinweise mithilfe thermodynamischer Untersuchungen erhalten, dass die Strukturierung einer peptidischen Sonde zu einer erhöhten Selektivität beiträgt. / The developmental stage of certain diseases is closely linked to the concentration of various proteins in biological samples. A sensitive detection of these so-called biomarkers can thus significantly contribute to an early diagnosis. In the present work, structured, fluorogenic probes were developed that offer the possibility of a sensitive, direct and in real-time detection of target proteins in a homogeneous process. The peptidic recognition sequence for the target protein was thereby flanked by two self-complementary PNA segments. As a result, the probes possessed a hairpin-type arrangement, in which suitable appended labels are forced into close proximity and guaranteed a minimal background signal in the unbound state. By interacting with the target protein a reorganization of the probe structure occured, which could be followed by fluorescence spectroscopy. To embed the fluorogenic units different approaches were developed and the resulting architectures were validated relating to their use as a sensitive detection system. As target proteins the intracellular SH2-domains of the Src and Lck kinase and the extracellular matrix metalloprotease MMP-7, a proteolytic biomarker for cancer, were investigated. In particular, the new In-Stem Hairpin Peptide Beacons (IS-HPBs), in which fluorogenic pseudo nucleic acids were incorporated into the PNA-stem region, proved as sensitive protease reporters with an up to 50-fold signal amplification. By using an excimer-signaling IS-HPB and a time-resolved fluorescence method the direct detection of MMP-7 with a critical concentration of 1 nM within complex human blood serum was achieved. A possible application in medical diagnostics was thus confirmed. Furthermore, initial indications were obtained using thermodynamic studies that the structure of a peptide-based probe contributes to increased selectivity.

Die Wechselwirkung zwischen Kohlenhydraten und Lektinen ist relativ schwach. Dennoch ist sie in einer Fülle biologischer Prozesse von essentieller Bedeutung. Eine Verstärkung der Bindungsaffinität wird häufig durch Multivalenz, d. h. die Ausbildung mehrerer Bindungen zwischen zwei Bindungspartnern, realisiert. Neben der reinen Anzahl der präsentierten Liganden spielt jedoch auch deren Positionierung im Raum eine große Rolle. In dieser Arbeit wurde ein molekulares Lineal entwickelt, das einen modular aufgebauten PNA/DNA-Duplex als Gerüst nutzt und die Präsentation von Liganden im Raum mit atomarer Auflösung ermöglicht. Die Anzahl der präsentierten Liganden, der Abstand zwischen diesen und die Flexibilität des Gerüsts, das diese verbindet, können einerseits fein moduliert werden und sind andererseits sehr gut vorhersagbar. Mittels diverser Bindungsassays wurde zunächst gezeigt, dass das Werkzeug für die räumliche Rasterung von Kohlenhydrat-Lektin-Wechselwirkungen geeignet ist. Die ermittelten räumlichen Anordnungen der Bindungstaschen von Erythrina cristagalli Lektin (ECL) und Ricinus communis Agglutinin (RCA120) waren in Übereinstimmung mit den Kristallstrukturanalysen. Im Fall von RCA120 wurde neben den primären Bindungstaschen zudem eine potentielle sekundäre Bindungstasche identifiziert. Anschließend wurde das Werkzeug für die räumliche Rasterung eines weniger gut charakterisierten Systems verwendet. Im Detail handelte es sich um die Wechselwirkung zwischen Selektinen und seinen Liganden wie sie während der Leukozytenadhäsionskaskade infolge einer Entzündung auftritt. Als Liganden wurden das natürliche Tetrasaccharid Sialyl-Lewis-X und ein artifizielles DNA-Aptamer präsentiert. Dabei zeigte sich, dass der Abstand zwischen zwei bivalent präsentierten Liganden nur einen geringen Einfluss auf die Bindungsaffinität hatte. Die Selektin-Moleküle besaßen demnach eine hohe Flexibilität und/oder waren nicht absolut starr in der Membran verankert. / The interaction between carbohydrates and lectins is relatively weak. Still, it is of great importance in a plethora of biological processes. An enhancement of the binding affinity is often achieved via multivalency, i.e., the formation of several bonds between two binding partners. Besides the number of presented ligands, their spatial alignment is crucial as well. In this study, a molecular ruler was developed that utilizes a modularly assembled PNA/DNA duplex as scaffold and allows the presentation of ligands in space with atomic resolution. The number of presented ligands, the distance between them, and the flexibility of the scaffold that connects them can be nicely modulated and, at the same time, are very well predictable. By using various binding assays it was first shown that this tool is suitable for the spatial screening of carbohydrate-lectin interactions. The determined spatial alignments of the binding sites of Erythrina cristagalli lectin (ECL) und Ricinus communis agglutinin (RCA120) were in agreement with the crystal structure analyses. In addition to the primary binding sites, a potential secondary binding site was identified in the case of RCA120. Afterwards, the tool was used for the spatial screening of a system that is less well characterized. In detail, this was the interaction between selectin and its ligands as it occurs during the leukocyte adhesion cascade as a result of an inflammation. The natural tetrasaccharide sialyl-Lewis-X as well as an artificial DNA aptamer were presented as ligands. It was found that the distance between two bivalently presented ligands had only a minor effect on the binding affinity. Accordingly, the selectin molecules had a high flexibility and/or were not absolutely rigid anchored in the membrane.

L'infection par le virus de l'hépatite C (VHC) demeure une cause majeure de cirrhose et de carcinome hépatocellulaire. Compte tenu d'une efficacité encore insuffisante des thérapies actuelles (55% de succès en moyenne), le développement de nouvelles stratégies antivirales reste une priorité. Dans ce contexte, nos travaux ont porté sur l'évaluation de nouveaux variants de l'interféron alpha dans un modèle de réplicon VHC. Nous avons pu identifier un variant, GEA007.1 qui présente une activité anti-VHC supérieure à celle de l'IFN alpha-2b utilisé en clinique associé à une plus grande efficacité de transduction du signal. Nous avons également évalué une approche antisens avec des molécules de type Peptide Nucleic Acids (PNA) et montré qu'elle permettait d'inhiber la traduction in vitro du VHC par blocage de la région interne d'entrée du ribosome (IRES), de manière plus efficace et spécifique qu'une approche antisens avec des molécules de premières générations. Une telle stratégie se justifie par la conservation de la cible qui pourrait se révéler utile avec l'utilisation prochaine des anti-protéases et anti-polymérases du VHC et le risque inhérent d'apparition de résistances au traitement. L'ensemble de ces résultats montre que l'amélioration de la bithérapie actuelle est possible et que de nouvelles approches thérapeutiques fonctionnent.

The studies presented here address the characterization of the electronic structure of various self-assembled monolayers (SAMs) of peptide nucleic acid (PNA) and tetraphenylporphyrin (TPP) SAMs and arrays, formed on gold substrates. PNA is a promising alternative to DNA for bio-sensing applications, as well as for strategies for self-assembly based on nucleic acid hybridization. In recent years charge transfer through PNA molecules was a focus of research due to possible applications in self-assembled molecular circuits and molecular tools. In light of this research it is interesting to investigate the electronic structure of PNA interfaces to gold, a potential electrode material. TPP is, due to its electronic structure, an organic p-type molecular semiconductor. Such a material can provide an alternative to standard micro- and optoelectronic devices and in recent years more attention was paid to semiconducting polymers and organic compounds offering these low-cost and flexible alternatives. Therefore, it is of high importance to investigate the prospect of using modified TPP molecules for the formation of interconnected molecular networks on metallic surfaces. All investigated monolayers were formed from solution in a nitrogen atmosphere inside a homemade glove box. This process allowed for PNA SAM and TPP SAM and array formation on clean Au substrates without the exposure to the ambient atmosphere. Ultraviolet and X-ray photoemission spectroscopy (UPS and XPS) measurements on the resulting PNA SAMs and TPP SAMs and arrays, which were performed in a to the glove box attached vacuum chamber containing a photoemission spectrometer, revealed the hole injection barriers at the interfaces and the interface dipoles. In addition to the UPS and XPS measurements on PNA, electronic structure calculations based on molecular dynamics sampling of the PNA structure were obtained, yielding the HOMO-LUMO gap and the electronic density of states for PNA. Combined with the UPS data, the theoretical calculations enabled estimation of the charge injection barriers for the PNA SAMs at the interface, as well as the assignment of individual UP-spectral features to specific molecular orbitals. The orbital line-up at the interface between the Au substrate and the PNA indicated a significant interface dipole resulting in the alignment of the Au Fermi level near the center of the PNA HOMO-LUMO gap. This alignment causes large charge injection barriers for both holes and electrons, and thus impedes charge transfer from Au into the PNA SAM. The study of PNA molecules with ferrocene termini showed that this hole injection barrier is shifted to lower energies at the PNA/ferrocene interface. This shift was explained with a molecular orbital reconfiguration through the presence of the ferrocene terminus. The further investigation of the dependence of the electronic structure of PNA SAMs, based on their orientation, showed that incomplete films containing flat lying molecules can have a significant impact on the charge injection barriers. The close proximity of the nucleobases to the Au surface offers new ways for charge transfer between the substrate and the PNA molecule through its nitrogen sites, leading to a lowering of the hole injection barrier at the interface. The TPP arrays were formed by depositing AgNO3 on the Au substrate prior to TPP incubation using the electrospray technique. The interaction of AgNO3 with the TPP promoted the formation of an interconnected thin film forming a network on the Au substrate. The line-up at the Au/TPP interface without AgNO3 exposure showed an interface dipole formation with injection barriers that would potentially obstruct charge injection into the molecule. However, the addition of AgNO3 to the process resulted in the formation of fine structures, and lead to a lower hole injection barrier due to an induced dipole, which would ultimately improve charge transfer between the substrate and the thin film. A separate thiolated TPP derivative was used to form SAMs on a gold substrate. The SAM exhibited an even lower injection barrier than the mentioned TPP thin film with AgNO3 exposure, leading to the conclusion that a mix of both TPP derivatives could potentially lead to a SAM with long range interconnectivity and a low hole injection barrier towards the substrate.

Le travail de recherche de cette thèse consiste en le développement de nouveaux matériaux hybrides organiques-inorganiques pour des applications en nanotechnologie, nanomédicine et diagnostic. Dans ce contexte, des cristaux poreux de zéolite-L ont été utilisé comme nano-vecteur pour faire de la transfection d’ADN et d’ANP, en combinaison avec le relargage de molécules hôtes placées dans les pores. Des nanoparticules de silice mesoporeuses multifonctionnelles ont été utilisées pour traiter le glioblastome, en combinant la thérapie génique avec l’administration durable d’un principe actif. Des nano-coquilles hybrides biodégradables ont été encore développés pour encapsuler des protéines et les relâcher dans les cellules vivantes. Dans le domaine de la détection d’acides nucléiques, des fibres optiques à cristal photonique, fonctionnalisées avec des sondes d’ANP, ont été exploitées comme plateformes optiques pour faire de la détection ultra-sensible d’oligonucléotides ou d’ADN génomique. Enfin, la squelette de l’ANP a été modifié à créer des sondes fluorescentes pour reconnaître et détecter la présence des séquences cibles spécifiques. / The research work presented throughout this thesis focuses on the development of novel organic-inorganichybrid materials for applications in nanotechnology, nanomedicine and diagnostics. In such a context, porous zeolite-L crystals have been used as nanocarriers to deliver either DNA or PNA in live cells, in combination with the release of guest molecules placed into the pores. Multifunctional mesoporous silica nanoparticles have been designed to treat glioblastoma, combining gene therapy with the sustained delivery of a chemotherapy agent. Biodegradable hybrid nano-shells have been furthermore created to encapsulate proteins and release them in living cells upon degradation of the outer structure in reductive environment. In the field of nucleic acid detection, photonic crystal fibers, functionalized with specific PNA probes, have been exploited as optical sensing devices to perform ultra-sensitive detection of DNA oligonucleotides or genomic DNA. Eventually, the PNA backbone has served as scaffold to synthesize fluorescent switching probes able to recognize and to detect the presence of specific target sequences.

In dieser Arbeit wurde geprüft, ob eine sequenzspezifische Hybridisierung von zwei Peptid-PNA-Konjugaten an einem komplementären DNA-Templat die Bildung eines neuen Peptids auslösen kann, welches proapoptotische Eigenschaften besitzt. Dazu binden zwei kurze PNA-Oligomere an einem komplementären DNA-Templat und ermöglichen dadurch den Transfer einer Aminoacylgruppe. In den vorgestellten Untersuchungen trug ein Oligomer einen Alaninrest, welcher C-terminal als Thioester gebunden war. An das zweite PNA-Oligomer war ein Peptid mit N-terminalem Cysteinrest geknüpft. Mittels einer Cystein-vermittelten Transferreaktion wurde die Aminoacyleinheit auf das Akzeptor-Konjugat übertragen und es entstand das freie PNA-Oligomer sowie ein neues Peptid. Die so generierten Peptid-PNA-Konjugate waren so konstruiert, dass sie an BIR3 binden und damit dessen Interaktion mit Caspase-9, einem Schlüsselenzym der Apoptose, entgegenwirken konnten. Es wurde ein Assay entwickelt, bei dem die DNA-gesteuerte Transferreaktion mit der Aktivierung der Caspase-9 aus dem inhibitorischen Komplex mit BIR3 in HEK293-Zelllysat kombiniert wurde. Als Vorbereitung für eine intrazelluläre Anwendung der Nukleinsäuretemplat-katalysierten Peptidsynthese wurde zunächst die Stabilität der Konjugate in Zelllysat untersucht und weiterhin eine Synthesestrategie zur PEGylierung der verwendeten Peptid-PNA-Konjugate entwickelt. Zusammenfassend ist festzustellen, dass mit dem DNA-gesteuerten Aminoacyltransfer zum ersten Mal eine Methode aufgezeigt wurde, welche die in Nukleinsäuren kodierte Information für die Generierung eines Wirkstoffes nutzt, der die Aktivität eines Proteins kontrollieren kann. Die Synthese des aktiven Peptidwirkstoffes gelang in der komplexen Umgebung von Zelllysat, erfolgte sequenzspezifisch und in Gegenwart substöchiometrischer Konzentrationen des Templats. / In this thesis it was investigated, whether the sequence specific hybridisation of two peptide-PNA conjugates could trigger the formation of a new peptide with proapoptotic properties. The method draws upon a nucleic acid-templated reaction, in which two short PNA oligomers bind adjacently on a complementary DNA template enabling the transfer of an amino acyl group. In the presented study one oligomer carried an alanine residue that was C-terminally attached to the PNA sequence via a thioester linkage. The second PNA oligomer conferred a peptide with an N-terminal cysteine residue and served as acceptor. In a cysteine mediated transfer reaction an amino acyl moiety was transferred to the acceptor conjugate yielding a free PNA oligomer and a new peptide. The generated peptide-PNA conjugates were designed to bind BIR3 protein and therefore interrupt its interaction with caspase-9 a key enzyme of apoptosis. In a cell free functional assay, which included recombinant BIR3 protein and HEK293 cell lysate, the peptide-PNA conjugates formed upon the DNA-triggered peptide synthesis acted as BIR3 antagonists and allowed reactivation of inhibited initiator caspase-9 as well as of the executioner caspase-3. Preliminary studies for future intracellular applications of this method included the investigation of the stability of the peptide-PNA conjugates in cell lysate and the development of a synthetic strategy for the PEGylation of the conjugates. With the DNA-triggered peptide synthesis via aminoacyl transfer we introduced a method, which allows for the translation of nucleic acid information into the output of molecules that interfere with disease-related protein-protein interactions. The synthesis of the active peptide drug proceeds sequence specifically and shows turnover in template even in a complex biomolecular environment such as cell lysate.

Les peptides de la famille du LAH4 sont des peptides cationiques capables de se replier en hélice α amphiphile. Ces peptides sont riches en histidines ce qui permet de moduler les interactions de ces peptides de manière pH dépendante et dans une gamme physiologique. Leurs capacités à interagir et perturber les membranes ont été utilisées pour divers applications biologique, et notamment pour l'amélioration de systèmes de transport de gènes.Le travail de cette thèse a été divisé en trois parties dans le but de caractériser de manière biophysique les différentes interactions ayant lieu lors de la livraison du système de transport de gènes à l’intérieur d’une cellule. L’interaction peptide-peptide : avec l’étude de l’agrégation en fibrilles de la VF1 ; l’interaction peptide-membrane : avec l’effet du LAH4L1 en présence de membranes ; et l’interaction peptide-ADN : avec le suivit de l’interaction entre le LAH4L1 et de l'ADN. / The LAH4 family consists of cationic amphiphilic peptides with propensity to fold in α-helical secondary structures. They contain histidines allowing the modulation of their interactions in a pH dependent manner in the physiological range. In membranes, at neutral or acidic pH the peptide assumes a transmembrane or an in planar configuration, respectively.In the field of gene delivery systems, peptides like LAH4 are used. They are able to firstly interact with different cargoes in order to form stable complexes, then interact with the cell membrane, and finally, promote to escape from the endosome.This PhD has been divided into three parts in order to characterize, with biophysical methods, the interactions occurring during the delivery of these gene systems: peptide-peptide interactions with a focus on the study of VF1 fibre formation; peptide-membrane interactions: with the investigation of the effect of LAH4L1 in different membranes; and peptide-DNA interactions, where the interactions of LAH4L1 with a small DNA fragment were measured.

Nanočástice perovskitů halogenidů kovů vykazují unikátní vlastnosti, především výjimečně vysoké hodnoty kvantových výtěžků fluorescence, které předurčují tyto materiály pro aplikace v optoelektronických a fotonických zařízeních. Tato práce popisuje přípravu nanočástic perovskitů halogenidů kovů pomocí stabilizačních činidel inspirovaných přírodou. Stabilizační činidla zde slouží nejen ke stabilizaci, ale i k modifikaci povrchu nanočástic za účelem zvýšení funkčnosti výsledných nanostruktur. Úvod práce popisuje optimalizaci přípravy nanočástic precipitační technikou za použití stabilizačních činidel; jako stabilizační činidlo byl zvolen adamantan-1-amin spolu s hexanovou kyselinou. Bylo prokázáno, že klíčový vliv na optické vlastnosti výsledných koloidních roztoků má volba rozpouštědel a teploty při precipitaci. Mimo jiné byl zkoumán vliv koncentrace prekurzorů na výslednou morfologii a optické vlastnosti nanočástic a jejich koloidních roztoků. V neposlední řadě byly nanočástice stabilizovány adamantan-1-aminem spolu s různými karboxylovými kyselinami a byly studovány optické vlastnosti a koloidní stabilita výsledných koloidních roztoků. V dalším kroku byly nanočástice perovskitů stabilizovány pomocí proetogenních aminokyselin L-lysinu and L-argininu. Takto stabilizované nanočástice vykazovaly úzká emisní spektra ve viditelné oblasti a kvantové výtěžky fluorescence dosahující hodnot téměř 100 %. Stabilizace nanočástic prostřednictvím postranních skupin aminokyselin byla prokázána navázáním chránící terc-butoxykarbonylové skupiny na -amino skupinu. Nanočástice stabilizované modifikovaným lysinem v průběhu jejich přípravy vykazovaly závislost optických vlastností na přítomnosti vody. Předpokládá se, že molekuly vody jsou schopné kontrolovat růst krystalové mřížky po navázání na prekurzory perovskitů a ovlivňovat tak výslednou velikost nanočástic, což vede k projevení kvantových jevů. Spojení nanočástic perovskitů s peptidy představuje nový typ materiálů kombinujících výjimečné optické vlastnosti se samoorganizačními a senzorickými vlastnostmi. Tento koncept byl představen přípravou nanočástic perovskitů stabilizovaných cyklo(RGDFK) pentapeptidem. Vzhledem k citlivosti peptidů na jejich byly nanočástice stabilizovány peptidovými nukleovými kyselinami, robustními analogy nukleových kyselin. Ke stabilizaci nanočástic byl připraven monomer a trimer peptidové nukleové kyseliny obsahující thymin jako dusíkatou bázi. Thymin byl na povrchu nanočástic dostupný k interakci s adeninem přes vodíkové můstky umožňující přenos náboje. Kombinace peptidových nukleových kyselin a perovskitů s unikátními optickými vlastnostmi otevírá aplikační možnosti zejména v oblasti optických senzorů.

Micro-pollutants such as 17β-estradiol (E2) have been detected in different water resources and their negative effects on the environment and organisms have been demonstrated. It is essential to confirm the presence of micro-pollutants in different environments by biosensors and to remove these compounds. In this thesis, E2-binding target structures were used to investigate the underlying binding properties. E2-binding protein, DNA-, and PNA-aptamere (peptide nucleic acid) structures were used as targets to determine physicochemical interactions. The protein dataset consist of 35 publicly accessible three-dimensional structures of E2-protein complexes, from which six representative binding sites could be selected. There is no three-dimensional structure information for an E2-specific DNA aptamer, thus it was modeled using a coarse-grained modeling method. Using sequence information additional DNA aptamers were modeled. The E2 ligand was positioned close to the potential binding area of the aptamer structures, the underlying complexes were investigated by a molecular dynamics simulation, and the interactions were examined by an interaction profiler tool for each time step. A PNA generator was developed that can convert DNA and RNA in silico to more robust, but chemically equivalent PNA. This generator was used to transform the E2-specific DNA aptamer into PNA for binding studies with E2. All formed complexes were investigated with respect to the following non-covalent interaction types: hydrogen bonds, water-mediated hydrogen bonds, π-stacking, and hydrophobic interactions. Ten functional groups could be derived which formed the conserved interactions to E2. The study contributes to the understanding of the behavior of ligands that bind through different target structures in an aqueous solution and to the identification of binding specific interaction partners. The results of this thesis can be used to design novel synthetic receptor and filter systems.