Refine
Year of publication
- 2017 (72) (remove)
Document Type
- Article (51)
- Doctoral Thesis (19)
- Book (2)
Has Fulltext
- yes (72)
Is part of the Bibliography
- no (72) (remove)
Keywords
- crystal structure (6)
- Research article (4)
- Biochemistry (3)
- Cell biology (3)
- Biophysics and structural biology (2)
- NMR spectroscopy (2)
- Optogenetics (2)
- RNA (2)
- Schiff bases (2)
- benzoxazines (2)
Institute
- Biochemie und Chemie (72) (remove)
"Ästhetisch ist, was hilft"
(2017)
Schönheit liegt auch in der Wissenschaft im Auge des Betrachters. So wie Eltern ihre Sprösslinge schön finden, schwärmen auch Forscher wie Mike Heilemann und Ivan Dikic von ihren Bildern fluoreszierender Bakterien. Doch wenn sie es auf das Cover einer Fachzeitschrift schaffen wollen, nehmen sie die Hilfe wissenschaftlicher Illustratorinnen wie Ella Marushchenko in Anspruch.
Megasynthases are large multienzyme proteins that produce a plethora of important natural compounds by catalyzing the successive condensation and modification of precursor units. Within the class of megasynthases, polyketide synthases (PKS) are responsible for the production of a large spectrum of bioactive polyketides (PK), which have frequently found their way into therapeutic applications. Rational engineering approaches have been performed during the last 25 years that seek to employ the "assembly-line synthetic concept" of megasynthases in order to deliver new bioactive compounds. Here, we highlight PKS engineering strategies in the light of the newly emerging structural information on megasynthases, and argue that fatty acid synthases (FAS) are and will be valuable objects for further developing this field.
Die einzelnen Forschungsprojek
te sollen den breit aufgestellten Anwendungsbereich der Röntgenpulverdiffraktometrie im Bereich der Klärung von wissenschaftlichen Problemstellungen mit weiteren Beispielen komplementieren. Weiter soll die Nutzung der Synergie aus der kombinierten Anwendung von diversen strukturaufklärenden Methoden an polykristallinen Festkörpern aufgezeigt werden. Verwendet werden dazu Testsubstanzen aus verschiedenen, breit gefächerten Stoffklassen. Zum Einen wird die erfolgreiche Kristallstrukturbestimmung aus Röntgenpulverbeugungsdaten an einem diradikalischen Azobenzol-Derivates 1 (4-4'-Diazendiylbis[(1,4-phenyl)-bis-(carbonyloxy)]bis(2,2,6,6-tetramethylpiperidinyloxidanyl) gezeigt. Die Substanzklasse der diradikalischen Verbindungen ist für die Bestimmung von Radikal-Radikal-Abständen per EPR-Methoden (electron paramagnetic resonance) sehr wichtig. Zur Validierung der ermittelten Abstände aus den EPR-Messungen musste der Radikal-Radikal-Abstand vorab bekannt sein. Der intramolekulare Radikal-Radikal-Abstand von 23,658(6) Å. welcher im gewünschten Radikal-Radikal-Abstandsbereich für EPR-Messungen liegt, somit konnte 1 als Testsubstanz für Abstandsbestimmungen mittels EPR validiert werden. Die vorliegende
Kristallstruktur wurde in der Raumgruppe P21/c (Z = 2, Z’ = 0,5) mit a = 19,3355(5) Å, b = 5,9277(2) Å, c = 14,5264(4) Å, β = 109,22(1)° und einem Volumen V = 1572,12(8) ų ermittelt. Der Molekülmittelpunkt von 1 liegt auf einem kristallographischen Inversionszentrum und das aromatische Fragment von Estergruppe zu Estergruppe bildet annähernd eine Ebene. Anhand der Kristallstrukturbestimmung aus Röntgenpulverbeugungsdaten soll die
Lokalisierung eines Wasserstoffatoms in direkter Nachbarschaft zu Molekülfragmenten mit einer hohen Anzahl an Chlorsubstituenten untersucht werden. Am Beispiel der Bestimmung des tautomeren Zustands des achtfach chlorierten Color Index Pigment Yellow 138 (P.Y. 138) kann die Synergie aus quantenchemischen Rechnungen, Festkörper-NMR-Messungen und der Kristallstrukturbestimmung aus Röntgenpulverbeugungsdaten gezeigt werden. Hierbei wurden unter anderen unterschiedliche Kristallstrukturverfeinerungsstrategien zur Ermittlung des tautomeren Zustands entwickelt und angewendet. P.Y. 138 liegt in der monoklinen Raumgruppe P21/c (Z = 4, Z’ = 1) mit a = 19,3750(5) Å, b = 7,8516(1) Å, c = 16,9704(4) Å, β = 105,649(2)° und V = 2485,9(1) ų als NH-Tautomer vor. Es bilden sich Molekülschichten parallel zur (100)-Ebene aus. Innerhalb der Schichten wirken Van-der-Waals-Kräfte; zwischen den Schichten dominieren Typ I Cl⋯Cl-Wechselwirkungen. An dem pharmazeutisch aktiven Wirkstoffes Flupirtinmaleat wird die immer noch hohe Relevanz der Röntgenpulverdiffraktometrie bei einer Polymorphiesuche gezeigt. Flupirtinmaleat ist aufgrund seiner analgetischen Wirkung, ohne typische weitere Eigenschaften von Schmerzmittel wie beispielsweise opiode oder herzrhythmusbeeinflussende aufzuweisen, eine höchst interessante Substanz. Neue Polymorphe können bessere Eigenschaften als die Ausgangsphase aufweisen oder auch den wirtschaftlichen Nutzen erhöhen, da diese patentierbar oder kostengünstiger und ressourcenschonender in der Herstellung sein können. Für das Flupirtinmaleat-Projekt wurden Aufnahme und Auswertung von Röntgenpulverdiffraktogrammen als standardisierte analytische Methoden zur Bestimmung von neuen kristallinen Phasen bei einer sehr großen Probenanzahl von über 500 Einzelversuchen, welche bei Polymorphiesuchen aufkommt, genutzt. Von der pharmazeutisch aktiven Substanz Flupirtinmaleat ist es gelungen, die neuen Festkörperphasen C, F, G und H zu entdecken. Ebenfalls konnte durch Vermahlungsexperimente Flupirtinbromid erzeugt werden. Des Weiteren wurden die Einkristallstrukturen von Flupirtinmaleat Form A und Flupirtin Phase B bestimmt. Das letzte Projektkapitel zeigt den Beginn einer methodischen Entwicklung zur Konfigurationsbestimmung von chiralen Molekülen aus Röntgenpulverbeugungsdaten. Ziel
der Methode ist es, ein schnelles Verfahren zur Ermittlung der absoluten Konfiguration und Strukturaufklärung von neu entwickelten Substanzen beispielsweise für pharmazeutische Wirkstoffe zu haben. Bei der Einkristallstrukturanalyse kann aus dem Reflexbild anhand von Intensitätsunterschieden spezieller Reflexpaare die Konfiguration einer Verbindung direkt bestimmt werden. Da dies bei Röntgenpulverdiffraktogrammen nicht der Fall ist, kann diese
Methode nicht angewendet werden. Zur Umsetzung des Leitgedankens sollen daher chirale Salze aus der Zielsubstanz mit unbekannter Konfiguration und einem Salzbildner bekannter Chiralität erzeugt werden. Der Drehsinn des bekannten Salzbildners soll sozusagen als
Ankerpunkt für die Bestimmung der absoluten Konfiguration dienen. Da ein Anwendungsschwerpunkt die pharmazeutische Forschung sein könnte, wurden als Grundlage der Methodenentwicklung chirale Testsysteme bestehend aus pharmazeutischen Wirkstoffen und Salzbildnern jeweils mit bekannter Konfiguration. Acht neue Entitäten von verschiedenen Wirkstoff-Salzbildner-Paaren konnten erzeugt und mittels Röntgenpulverbeugungsdaten bestätigt werden. Dies zeigt, dass durch Kristallisation wahrscheinlich durch Salzbildung, neue Entitäten mit einem Ankerpunkten zur späteren Konfigurationsbestimmung erzeugbar sind. Ebenfalls konnten aus Einkristallbeugungsdaten die Kristallstruktur von R-Flurbiprofen und Kristallstrukturen der Salze aus R-Flurbiprofen mit R-Phenylpropylamin und R-Aminoglutethimid mit R-Camphersulfonsäure bestimmt werden. Diese Kristallstrukturen, ganz speziell die der Salze, können im weiteren Verlauf zum Vergleich und/oder zur Validierung mit den Kristallstrukturen aus Röntgenpulverbeugungsdaten dienen. Hervorzuheben sind die Kristallisationsprodukte aus S-Flurbiprofen bzw. R-Flurbiprofen mit R-Phenylpropylamin, da diese voneinander unterscheidbare Röntgenpulverdiffraktogramme aufweisen die enantiomeren Ausgangsstoffe S- und R-Flurbiprofen jedoch nicht. Dies legt nahe, dass es grundsätzlich möglich sein sollte eine Konfigurationsbestimmung aus Röntgenpulverbeugungsdaten durchzuführen.
Fatty acids (FAs) are considered strategically important platform compounds that can be accessed by sustainable microbial approaches. Here we report the reprogramming of chain-length control of Saccharomyces cerevisiae fatty acid synthase (FAS). Aiming for short-chain FAs (SCFAs) producing baker’s yeast, we perform a highly rational and minimally invasive protein engineering approach that leaves the molecular mechanisms of FASs unchanged. Finally, we identify five mutations that can turn baker’s yeast into a SCFA producing system. Without any further pathway engineering, we achieve yields in extracellular concentrations of SCFAs, mainly hexanoic acid (C6-FA) and octanoic acid (C8-FA), of 464 mg l−1 in total. Furthermore, we succeed in the specific production of C6- or C8-FA in extracellular concentrations of 72 and 245 mg l−1, respectively. The presented technology is applicable far beyond baker’s yeast, and can be plugged into essentially all currently available FA overproducing microorganisms.
The adaptive immune system is able to detect and destroy cells that are malignantly transformed or infected by intracellular pathogens. Specific immune responses against these cells are elicited by antigenic peptides that are presented on major histocompatibility complex class I (MHC I) molecules and recognized by cytotoxic T lymphocytes at the cell surface. Since these MHC I-presented peptides are generated in the cytosol by proteasomal protein degradation, they can be metaphorically described as a window providing immune cells with insights into the state of the cellular proteome. A crucial element of MHC I antigen presentation is the peptide-loading complex (PLC), a multisubunit machinery, which contains as key constituents the transporter associated with antigen processing (TAP) and the MHC I-specific chaperone tapasin (Tsn). While TAP recognizes and shuttles the cytosolic antigenic peptides into the endoplasmic reticulum (ER), Tsn samples peptides in the ER for their ability to form stable complexes with MHC I, a process called peptide proofreading or peptide editing. Through its selection of peptides that improve MHC I stability, Tsn contributes to the hierarchy of immunodominant peptide epitopes. Despite the fact that it concerns a key event in adaptive immunity, insights into the catalytic mechanism of peptide proofreading carried out by Tsn have only lately been gained via biochemical, biophysical, and structural studies. Furthermore, a Tsn homolog called TAP-binding protein-related (TAPBPR) has only recently been demonstrated to function as a second MHC I-specific chaperone and peptide proofreader. Although TAPBPR is PLC-independent and has a distinct allomorph specificity, it is likely to share a common catalytic mechanism with Tsn. This review focuses on the current knowledge of the multivalent protein–protein interactions and the concomitant dynamic molecular processes underlying peptide-proofreading catalysis. We do not only derive a model that highlights the common mechanistic principles shared by the MHC I editors Tsn and TAPBPR, and the MHC II editor HLA-DM, but also illustrate the distinct quality control strategies employed by these chaperones to sample epitopes. Unraveling the mechanistic underpinnings of catalyzed peptide proofreading will be crucial for a thorough understanding of many aspects of immune recognition, from infection control and tumor immunity to autoimmune diseases and transplant rejection.
According to general doctrine canceroselectivity of Cyclophosphamide is based on different activities of the 4-hydroxycyclophosphamide (OHCP) detoxifying cellular enzyme aldehyde dehydrogenase in tumor and normal cells. Aldehyde dehydrogenase converts the OHCP tautomere aldophosphamide (ALDO) to the non-cytotoxic carboxyphosphamide. Due to different activities of the detoxifying enzyme more cytotoxic phosporamide mustard (PAM) is spontaneously released from OHCP/ALDO in tumor cells. PAM unfolds its cytotoxic activity by forming intrastrand and interstrand DNA crosslinks. This hypothesis is supported by in vitro experiments which show inverse correlations of aldehyde dehydrogenase activity and sensitivity of tumor cells against activated congeners of cyclophosphamide like mafosfamide which hydrolyses within a few minutes to OHCP. In protein free rat serum ultrafiltrate however free OHCP and its coexisting tautomer ALDO are stable compounds. Its half-life in protein free rat serum ultrafiltrate (pH7, 37oC) is more than 20 h. Contrary to protein free ultrafiltrate in whole serum ALDO is enzymatically decomposed to PAM and 3-hydroxypropionaldehyde (HPA) within minutes. The decomposing enzyme was identified as 3´-5´ phosphodiesterase, the Michaelis constant was determined to be 10-3 M in human serum.
The experiments presented clearly demonstrate that ALDO is not only cleaved base catalyzed yielding acrolein and PAM but also cleaved enzymatically by serum phosphodiesterases yielding HPA and PAM. It is discussed that the reason of the high canceroselectivity of cyclophosphamide is not only due to enrichment of OHCP/ALDO in tumor cells due to less detoxification of ALDO in tumor cells than in normal cells. It is discussed that there is a good reason for an additional mechanism namely the amplification of apoptosis of PAM damaged cells by HPA.
A two step mechanism for the mechanism of action of OHCP/ALDO is discussed. During the first step, the DNA is damaged by alkylation by PAM. During the second step the cell containing damaged DNA is eliminated by apoptosis, supported by HPA.
Telomeric G-quadruplexes have recently emerged as drug targets in cancer research. Herein, we present the first NMR structure of a telomeric DNA G-quadruplex that adopts the biologically relevant hybrid-2 conformation in a ligand-bound state. We solved the complex with a metalorganic gold(III) ligand that stabilizes G-quadruplexes. Analysis of the free and bound structures reveals structural changes in the capping region of the G-quadruplex. The ligand is sandwiched between one terminal G-tetrad and a flanking nucleotide. This complex structure involves a major structural rearrangement compared to the free G-quadruplex structure as observed for other G-quadruplexes in different conformations, invalidating simple docking approaches to ligand-G-quadruplex structure determination
Cells respond to protein misfolding and aggregation in the cytosol by adjusting gene transcription and a number of post-transcriptional processes. In parallel to functional reactions, cellular structure changes as well; however, the mechanisms underlying the early adaptation of cellular compartments to cytosolic protein misfolding are less clear. Here we show that the mammalian ubiquitin ligase C-terminal Hsp70-interacting protein (CHIP), if freed from chaperones during acute stress, can dock on cellular membranes thus performing a proteostasis sensor function. We reconstituted this process in vitro and found that mainly phosphatidic acid and phosphatidylinositol-4-phosphate enhance association of chaperone-free CHIP with liposomes. HSP70 and membranes compete for mutually exclusive binding to the tetratricopeptide repeat domain of CHIP. At new cellular locations, access to compartment-specific substrates would enable CHIP to participate in the reorganization of the respective organelles, as exemplified by the fragmentation of the Golgi apparatus (effector function).
The transcriptional regulator far upstream binding protein 1 (FUBP1) is essential for fetal and adult hematopoietic stem cell (HSC) self-renewal, and the constitutive absence of FUBP1 activity during early development leads to embryonic lethality in homozygous mutant mice. To investigate the role of FUBP1 in murine embryonic stem cells (ESCs) and in particular during differentiation into hematopoietic lineages, we generated Fubp1 knockout (KO) ESC clones using CRISPR/Cas9 technology. Although FUBP1 is expressed in undifferentiated ESCs and during spontaneous differentiation following aggregation into embryoid bodies (EBs), absence of FUBP1 did not affect ESC maintenance. Interestingly, we observed a delayed differentiation of FUBP1-deficient ESCs into the mesoderm germ layer, as indicated by impaired expression of several mesoderm markers including Brachyury at an early time point of ESC differentiation upon aggregation to EBs. Coculture experiments with OP9 cells in the presence of erythropoietin revealed a diminished differentiation capacity of Fubp1 KO ESCs into the erythroid lineage. Our data showed that FUBP1 is important for the onset of mesoderm differentiation and maturation of hematopoietic progenitor cells into the erythroid lineage, a finding that is supported by the phenotype of FUBP1-deficient mice.
The widespread application of human stem-cell-derived neurons for functional studies is impeded by complicated differentiation protocols, immaturity, and deficient optogene expression as stem cells frequently lose transgene expression over time. Here we report a simple but precise Cre-loxP-based strategy for generating conditional, and thereby stable, optogenetic human stem-cell lines. These cells can be easily and efficiently differentiated into functional neurons, and optogene expression can be triggered by administering Cre protein to the cultures. This conditional expression system may be applied to stem-cell-derived neurons whenever timed transgene expression could help to overcome silencing at the stem-cell level.
Membrane proteins frequently assemble into higher order homo- or hetero-oligomers within their natural lipid environment. This complex formation can modulate their folding, activity as well as substrate selectivity. Non-disruptive methods avoiding critical steps, such as membrane disintegration, transfer into artificial environments or chemical modifications are therefore essential to analyze molecular mechanisms of native membrane protein assemblies. The combination of cell-free synthetic biology, nanodisc-technology and non-covalent mass spectrometry provides excellent synergies for the analysis of membrane protein oligomerization within defined membranes. We exemplify our strategy by oligomeric state characterization of various membrane proteins including ion channels, transporters and membrane-integrated enzymes assembling up to hexameric complexes. We further indicate a lipid-dependent dimer formation of MraY translocase correlating with the enzymatic activity. The detergent-free synthesis of membrane protein/nanodisc samples and the analysis by LILBID mass spectrometry provide a versatile platform for the analysis of membrane proteins in a native environment.
Differentiated neurons can be rapidly acquired, within days, by inducing stem cells to express neurogenic transcription factors. We developed a protocol to maintain long-term cultures of human neurons, called iNGNs, which are obtained by inducing Neurogenin-1 and Neurogenin-2 expression in induced pluripotent stem cells. We followed the functional development of iNGNs over months and they showed many hallmark properties for neuronal maturation, including robust electrical and synaptic activity. Using iNGNs expressing a variant of channelrhodopsin-2, called CatCh, we could control iNGN activity with blue light stimulation. In combination with optogenetic tools, iNGNs offer opportunities for studies that require precise spatial and temporal resolution. iNGNs developed spontaneous network activity, and these networks had excitatory glutamatergic synapses, which we characterized with single-cell synaptic recordings. AMPA glutamatergic receptor activity was especially dominant in postsynaptic recordings, whereas NMDA glutamatergic receptor activity was absent from postsynaptic recordings but present in extrasynaptic recordings. Our results on long-term cultures of iNGNs could help in future studies elucidating mechanisms of human synaptogenesis and neurotransmission, along with the ability to scale-up the size of the cultures.
Flightless-I governs cell fate by recruiting the SUMO isopeptidase SENP3 to distinct HOX genes
(2017)
Background: Despite recent studies on the role of ubiquitin-related SUMO modifier in cell fate decisions, our understanding on precise molecular mechanisms of these processes is limited. Previously, we established that the SUMO isopeptidase SENP3 regulates chromatin assembly of the MLL1/2 histone methyltransferase complex at distinct HOX genes, including the osteogenic master regulator DLX3. A comprehensive mechanism that regulates SENP3 transcriptional function was not understood.
Results: Here, we identified flightless-I homolog (FLII), a member of the gelsolin family of actin-remodeling proteins, as a novel regulator of SENP3. We demonstrate that FLII is associated with SENP3 and the MLL1/2 complex. We further show that FLII determines SENP3 recruitment and MLL1/2 complex assembly on the DLX3 gene. Consequently, FLII is indispensible for H3K4 methylation and proper loading of active RNA polymerase II at this gene locus. Most importantly, FLII-mediated SENP3 regulation governs osteogenic differentiation of human mesenchymal stem cells.
Conclusion: Altogether, these data reveal a crucial functional interconnection of FLII with the sumoylation machinery that converges on epigenetic regulation and cell fate determination.
Lieblingsbild
(2017)
N-Allyltetramethylpiperidine is readily isomerized to the corresponding enamine by treatment with catalytic amounts of B(C6F5)3. It adds HB(C6F5)2 at the nucleophilic enamine carbon atom to form a C/B Lewis adduct. This reacts with two molar equivalents of carbon monoxide by selective head to tail coupling to give a five-membered C2O2B heterocycle. In contrast the enamine/HB(C6F5)2 Lewis pair reacts with two molar equiv. of nitric oxide by head to head coupling. This reaction probably proceeds via equilibrium with the corresponding vicinal N/B Lewis pair. Most products were characterized by X-ray diffraction.
We have determined the crystal structures of two decachlorocyclopentasilanes, namely bis(tetra-n-butylammonium) dichloride decachlorocyclopentasilane dichloromethane disolvate, 2C16H36N+·2Cl−·Si5Cl10·2CH2Cl2, (I), and bis(tetraethylammonium) dichloride decachlorocyclopentasilane dichloromethane disolvate, 2C8H20N+·2Cl−·Si5Cl10·2CH2Cl2, (II), both of which crystallize with discrete cations, anions, and solvent molecules. In (I), the complete decachlorocyclopentasilane ring is generated by a crystallographic twofold rotation axis. In (II), one cation is located on a general position and the other two are disordered about centres of inversion. These are the first structures featuring the structural motif of a five-membered cyclopentasilane ring coordinated from both sides by a chloride ion. The extended structures of (I) and (II) feature numerous C—H⋯Cl interactions. In (II), the N atoms are located on centres of inversion and as a result, the ethylene chains are disordered over equally occupied orientations.
In der organischen Elektronik werden Moleküle mit konjugierten pi-Elektronensystemen als Halbleiter und Lichtemitter eingesetzt. Für die Fabrikation fortschrittlicher elektronischer Bauelemente, wie z. B.organischer Leuchtdioden, werden Materialien mit besonderen optoelektronischen Eigenschaften benötigt.Die Stoffklasse der Arylamine ist für den Transport positiver Ladungen etabliert, da die exozyklischen Stickstoffatome Elektronenlöcher mesomer zu stabilisieren vermögen. Komplementär dazu sind auch Materialien für den Transport negativer Ladungen in der organischen Elektronik unverzichtbar. Zu diesem Zweck sollten borhaltige Verbindungen ideal geeignet sein, da das Element Bor weniger Valenzelektronen als Kohlenstoff besitzt und Arylborane daher im Vergleich zu den entsprechenden Kohlenwasserstoffen eine geringere Elektronendichte aufweisen. Als Halbleitermaterialien sind Arylborane jedoch nicht so weit verbreitet wie Arylamine, da die Instabilität vieler Vertreter gegenüber Luft und Feuchtigkeit sowie der Mangel an effizienten Synthesemethoden ihre Anwendung verzögert haben. Um geeignete organische Elektronenleiter bereitzustellen, ist die Entwicklung stabiler, pi-konjugierter Borane erstrebenswert. Ansatzpunkte für diese Arbeit waren Erkenntnisse aus der vorangegangenen Masterarbeit, sowie Beispiele für hydrolysestabile Arylborane, welche in der jüngeren Vergangenheit von M. Wagner et al. Und S. Yamaguchi et al. veröffentlicht wurden. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit gelang die Entwicklung einer modularen Synthesestrategie, die einen vielseitigen Zugang zur Stoffklasse der borhaltigen polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffe (PAKs) ermöglicht: Ausgehend von einem gut verfügbaren siliziumhaltigen Startmaterial und diversen, zum Großteil kommerziell erhältlichen, Carbonylverbindungen wurden mehr als zwanzig verschiedene Triarylborane dargestellt. Dabei wurde eine Auswahl spezieller Reaktionstypen nach den jeweiligen Erfordernissen in geeigneter Weise miteinander kombiniert. Zu diesen gehörte die Peterson-Olefinierung zum Aufbau drei- und vierfach substituierter Alkene, die Photozyklisierung der resultierenden Stilben-artigen Verbindungen, eine Ru(II)-katalysierte Reaktion zur Benzanellierung und der Silizium/Bor Austausch mittels BBr3. An wichtigen Zwischenprodukten wurden Reaktivitätsstudien durchgeführt, um die Anwendungsmöglichkeiten und Einschränkungen dieser Synthesestrategie zu ergründen. Um die Stabilität der Produkte gegenüber Luft und Feuchtigkeit zu gewährleisten, wurden die reaktiven Borzentren in bewährter Weise durch Einführung eines sterisch anspruchsvollen Mesitylsubstituenten kinetisch abgeschirmt. Die überwiegende Zahl der synthetisierten borhaltigen PAKs erwies sich als absolut unempfindlich gegenüber Wasser und konnte mit den gängigen Methoden der organischen Chemie (z. B. Säulenchromatographie an Kieselgel) gereinigt werden. Als Alternative zur sterischen Abschirmung wurde der Einbau des Boratoms in ein starres Molekülgerüst an einem Ausführungsbeispiel verwirklicht. Diese zweite Möglichkeit der Stabilisierung stellte sich in Bezug auf die Eigenschaften des Produkts als vergleichbar heraus, erforderte aber einen größeren synthetischen Aufwand und lieferte eine geringere Ausbeute über die gesamte Reaktionssequenz. Die in dieser Arbeit dargestellten borhaltigen PAKs wurden mittels Röntgenkristallographie umfassend strukturell charakterisiert. Die intensiv genutzten Methoden Cyclovoltammetrie, UV/vis- und Fluoreszenzspektroskopie gewährten zusätzlich einen detaillierten Einblick in ihre elektronischen Strukturen. Die Synthese und systematische Variation der Moleküle führten zu neuen Erkenntnissen über grundlegende Struktur-Eigenschafts-Beziehungen. Insbesondere zeigten diese Vergleiche, dass in ladungsneutralen Triarylboranen keine Delokalisation der pi-Elektronen über das leere p-Orbital eines Boratoms stattfindet. Von entscheidender Bedeutung für die elektronische Struktur borhaltiger PAKs ist das Gerüst aus sp2-hybridisierten Kohlenstoffatomen: Wenn mindestens zwei der Arylsubstituenten am Boratom zu einem gemeinsamen Gefüge verbrückt sind, zeigen diese Verbindungen elektronische Übergänge im sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums und in den meisten Fällen auch eine intensive Fluoreszenz. Des Weiteren besitzen diese borhaltigen PAKs eine hohe Elektronenaffinität und lassen sich elektrochemisch reversibel reduzieren. Damit erfüllen sie bedeutende Kriterien für eine mögliche Anwendung als Elektronenleiter. Von den Molekülen mit ausgedehntem pi-Elektronensystem ließen sich manche zusätzlich reversibel oxidieren und zeichnen sich daher durch eine außergewöhnlich hohe elektrochemische Stabilität aus. An Arylboranen, deren Farbe sich durch externe Stimuli verändern lässt, wurden grundlegende Untersuchungen im Kontext der molekularen Sensorik durchgeführt. Einige der synthetisierten Verbindungen ändern ihr Absorptions- und Emissionsspektrum bei Kontakt mit Fluorid-Ionen, bei Oxidation integrierter Schwefelatome durch ein Carbonsäureperoxid, bei elektrochemischer Reduktion oder in Abhängigkeit der Polarität ihrer Umgebung. Die Ergebnisse dieser Arbeit wurden in vier Fachartikeln beschrieben und veröffentlicht (siehe Anhang). Sie können zu einem besseren Verständnis der elektronischen Eigenschaften borhaltiger PAKs beitragen und die Entwicklung neuer Halbleitermaterialien auf der Basis dieser Stoffklasse erleichtern.
Na+/H+ exchange is essential for survival of all organisms, having a role in the regulation of the intracellular Na+ concentration, pH and cell volume. Furthermore, Na+/H+ exchangers were shown to be involved in the virulence of the bacterium Yersinia pestis, indicating they might be potential targets for novel antibiotic treatments. The model system for Na+/H+ exchangers is the NhaA transporter from Escherichia coli, EcNhaA. Therefore, the general transport mechanism of NhaA exchangers is currently well characterized. However, much less is known about NhaB exchangers, with only a limited number of studies available. The pathogen Klebsiella pneumoniae, which is a major source of nosocomial infection, possesses three electrogenic Na+/H+ exchangers, KpNhaA1, KpNhaA2 and KpNhaB, none of which have been previously investigated. Our aim in this study was to functionally characterize KpNhaB using solid supported membrane-based electrophysiology as the main investigation technique, and thus provide the first electrophysiological investigation of an NhaB Na+/H+ exchanger. We found that NhaB can be described by the same competition-based mechanism that was shown to be valid for electrogenic NhaA and NapA, and for electroneutral NhaP Na+/H+ exchangers. For comparison we also characterized the activity of KpNhaA1 and KpNhaA2 and found that the three exchangers have complementary activity profiles, which is likely a survival advantage for K. pneumoniae when faced with environments of different salinity and pH. This underlines their importance as potential antibiotic drug targets.