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In der vorliegenden Diplomarbeit wird die Auger-Ionisation des Kohlenstoffmonooxidmoleküls CO in linear und zirkular polarisierter Röntgenstrahlung untersucht. Die Strahlung liegt im Bereich des Vakuumultraviolett (VUV) bei 305eV und wird durch ein Elektronensynchrotron, die Advanced Light Source des Lawrence Berkeley National Laboratory, erzeugt. Die Energie eines Photons führt zur Photoionisation eines Elektrons aus dem 1s-Orbital des Kohlenstoffs. Das im darauf folgenden Augerzerfall ausgesandte Elektron und die jeweils einfach positiv geladenen Fragmente aus der Coulombexplosion des CO++-Molekülions werden hinsichtlich ihrer Impulse vermessen. Zur Impulsmessung wurde die in unserer Arbeitsgruppe laufend weiter entwickelte Methode COLTRIMS (COld Target Recoil Ion Momentum Spectroscopy) eingesetzt. Der experimentelle Aufbau gestattet prinzipiell die Messung aller bei der Ionisation freigesetzten geladenen Teilchen. Um die hochenergetischen Auger-Elektronen mit hinreichender Auflösung zu erfassen, wurde erstmals bei einer solchen Apparatur ein Abbremsfeld eingebaut. Dadurch werden allerdings die niederenergetischen Photoelektronen unterdrückt. Die Meßmethode erlaubt eine Rekonstruktion der Impulse der Fragmente zum Zeitpunkt der Ionisation und läßt Rückschlüsse auf die Dynamik der Ionisation zu. Die Winkelverteilung der Augerelektronen wird in Abhängigkeit von der Polarisation beobachtet. Die Verteilungen sowohl des Polar- als auch des Azimutwinkels zur rekonstruierten Molekülachse zeigen keine ausgeprägte Abhängigkeit von der Polarisation. Dies rehabilitiert das von Guillemin et al. in Frage gestellte Zweistufenmodell des Augerzerfalls. Durch Selektion der kinetischen Energie der Augerelektronen und der bei der Coulombexplosion freigesetzten kinetischen Energie (KER) gelingt es, kurzlebige Molekülionen nach Drehimpulszuständen zu trennen und deutlich anisotrope Emissionsmuster zu beobachten. Die Muster lassen sich qualitativ erklären. Langlebigere Molekülionen zeigen ein scharfe Vibrationlinien im KER-Spektrum. Das Vibrationsspektrum wird analysiert und in Bezug zu vorangehenden Messungen gesetzt. Durch die koinzidente Meßmethode ist es möglich, bislang nicht beobachtbare Vibrationslinien zu identifizieren.
Aufbau und Test einer COLTRIMS-Apparatur zur Untersuchung der Ionisation von metastabilem Helium
(2007)
In der vorliegenden Arbeit wurde ein COLTRIMS-Experiment, zur Untersuchung eines angeregten, spinpolarisierten Gastargets in starken Laserfeldern, aufgebaut. Das zu untersuchende kalte Gastarget wird durch eine Überschallexpansion in der Quellkammer erzeugt. Zusätzlich wird in der dafür vorhergesehenen Düse über eine Gleichstromentladung in einer MSE ein Plasma im Gas gezündet. Dieses Plasma regt einen Teil der Gasatome in den gewünschten spinpolarisierten Zustand an. Für den Aufbau der Düse wurde auf das bereits bewährte Prinzip von [Jah02] zurückgegriffen und dieses im Detail verbessert. Die Stromzufuhr für die Hochdruckseite der MSE (s. Kap. 3.3.2) verläuft jetzt entlang der Gaszuleitung während die Niederdruckseite der MSE über das Düsengehäuse geerdet ist. Durch diese Vorgehensweise wird ein ungewolltes Brennen des Plasmas außerhalb der Düse unterbunden. Zudem ist die MSE nun von außen mit dem Düsendeckel verschraubt und lässt sich so leichter austauschen. Für eine längere Brenndauer (10-15 h) des Plasmas werden die stabileren Kupfer- oder Wolfram-MSEs verwendet. Die Separation der (", ")-Zustände erfolgt durch einen eigens für dieses Experiment angefertigten Hexapolpermanentmagneten [Jah02]. Der Strahl wird zwecks einer maximalen Ablenkung des gewünschten spinpolarisierten Anteils nahe eines Pols eingeschossen. Die Kenntnis über die Strahlqualität nach der Expansion sowie die zusätzliche Fokussierungseigenschaft des Magneten lassen auf einen gut lokalisiertes Target schließen. Nach vorangegangen Berechnungen beträgt die Targetdichte ca. 5·10exp6 /cmxcm bei einer Fokusausdehnung von ca. 1-2 mm. Diese Werte beschreiben jedoch nur einen Mittelwert, da es durch die Abnutzung der MSEs und deren Wechsel zu verschiedenen Brennzuständen des Plasmas kommen kann. Der Laserstrahl wird unter Verwendung eines Periskops orthogonal zu der um 3° gekippten Tragetstrahl-Spektrometer-Ebene eingeschossen. Er kreuzt den Targetstrahl in der Mitte des Spektrometers, welches dafür verantwortlich ist die Fragmente der Reaktion mit Hilfe eines elektrischen und magnetischen Feldes in Richtung der Delayline-Detektoren zu lenken. Dies ermöglicht eine genaue Untersuchung der Reaktion mit einer Raumwinkelakzeptanz von 4 Pi. Aufgrund des winzigen Fokusvolumens des Lasers kann auf eine Flugzeit- sowie Ortsfokussierung der Teilchen verzichtet werden. In diesem Experiment sollen anhand der Koinzidenz-Imaging-Technik von COLTRIMS Doppelionisationsprozesse von spinpolarisiertem Helium in starken Feldern untersucht werden. Eine besondere Aufmerksamkeit soll dabei der relativ neuen „Rescattering“-Theorie geschenkt werden. Bei diesem nichtsequentiellen Doppelionisationsmechanismus wird ein Elektron durch einen Laserpuls aus dem Atom gelöst. Durch das weiterhin anhaltende, oszillierende Laserfeld nimmt das Elektron genügend kinetische Energie auf, um zu dem Atom zurückzukehren und mit dem zweiten Elektron zu stoßen und dieses zu ionisieren. Das vorliegende Experiment kann somit als Elektronenstoßexperiment angesehen werden, bei dem sowohl Target als auch Projektil polarisiert sind. Die geplanten Messungen konnten leider aufgrund eines langanhaltenden Defekts des Frankfurter Lasersystems nicht durchgeführt werden. Erste Testmessungen zeigen allerdings, dass alle Einzelkomponenten des Aufbaus funktionieren. Der spinpolarisierte Heliumstrahl konnte erzeugt werden und der zu untersuchende Anteil verläuft mittig durch das COLTRIMSS-Pektrometer. Die beiden Delayline Detektoren wurden in Betrieb genommen und in einer Testmessung mit Argongas optimiert. Erste Flugzeitmessungen zeigen, dass auch das konzipierte Spektrometer entsprechend den Erwartungen funktioniert und auch die restliche Messelektronik einsatzbereit ist.
Zacharias Conrad von Uffenbach, Schöff und Rathsherr der Stadt Frankfurt am Main, geboren den 22. Februar 1683, hatte bekanntlich eine für die damalige Zeit sehr bedeutende Privatbibliothek zusammengebracht, und insbesondere weder Kosten noch Mühe gescheut, eine Sammlung von Handschriften anzulegen, deren Anzahl so sehr anwuchs, dass er im Jahre 1720 in Halle ein Verzeichniss derselben in einem starken Foliobande herauszugeben sich veranlasst sah. Noch bei Lebzeiten entschloss er sich, einen Theil seines grossen Bücher- und Manuscripten-Schatzes zu veräussern, und liess aus diesem Grunde einen aus vier starken Bänden bestehenden Katalog in 8° erscheinen. So behielt er nur den kleinsten Theil seiner Bücher und die werthvollsten Manuscripte bis zu seinem 1734 erfolgten Tode, „um, wie er sich selbst ausdrückt, sich seinen Verlust wegen der Übrigen erträglich zu machen." Unter den zurückbehaltenen Manuscripten befanden sich die unten näher verzeichneten, die die Geschichte der Stadt Frankfurt betreffen, welche durch Vermächtniss des Besitzers auf die hiesige Stadtbibliothek gelangten. Die bei seinem Tode noch vorhandenen Bücher und Manuscripte wurden dahier öffentlich verkauft und füllte der Katalog vier Bände in 8°. Es hat zwar schon Kirchner in der Einleitung zu seiner Geschichte der Stadt Frankfurt (1. Band. S. 32—36) ein Verzeichniss der von Uffenbach'schen Handschriften gegeben, allein eine Vergleichung mit dem untenstehenden wird zeigen, dass dasselbe sehr mangelhaft und unzureichend ist; daher wohl dem Forscher auf dem Gebiete vaterstädtischer Geschichte ein Dienst durch die Herausgabe des nachfolgenden vollständigeren Verzeichnisses dieser Handschriften geleistet sein möchte.
Das Funneling-Prinzip ist für Großprojekte wie SNS und IFMIF zur Erzeugung hoher Strahlströme bei hoher Brillanz von großem Interesse und bietet die Möglichkeit der Strahlstromerhöhung bei gleichbleibender Emittanz. Das Frankfurter Funneling-Experiment ist ein skalierter Aufbau einer ersten Funneling-Stufe von HIDIF. Hauptbestandteile des Experimentes sind zwei Multicusp-Ionenquellen, ein Zwei-Strahl-RFQ-Beschleuniger, ein Einzellen- und ein Mehrzellen-Deflektor sowie eine Emittanzmeßanlage. Das Zusammenführen zweier Ionenstrahlen nach dem Funneling-Prinzip konnte am IAP im Jahr 2000 erstmalig realisiert werden. Allerdings war aufgrund der unmodulierten End-Elektroden des RFQ-Beschleunigers der Strahlradius und die Emittanz bereits bei Eintritt in den Deflektor viel zu groß. Die dadurch aufgetretenen Strahlverluste an den Elektroden führten also nicht zu der gewünschten Strahlstromverdoppelung. Daraufhin wurden die letzten Elektrodenstücke der beiden Beschleuniger gegen modulierte Elektroden ausgetauscht. Der Fokus der Ionenstrahlen wird nun mittels eines sogenannten 3D-Matchings in den Strahlkreuzungspunkt gelegt. Experimente mit den neuen RFQ-End-Elektroden und dem überarbeiteten Mehrzellen- Deflektor stehen noch aus. Die vorliegende Arbeit entstand als theoretischer Teil im Rahmen des Frankfurter Funneling-Experimentes. Es sind zahlreiche Simulationsrechnungen zum bestehenden experimentellen Aufbau durchgeführt worden, die in Auszügen in Kapitel 7 dargestellt wurden. Weiterhin wurde die Teilchendynamik und die Raumladung in Deflektoren, das Emittanzwachstums während des Funnelings, der Einfiuß der inhomogenen Felder bei verschiedenen Deflektorgeometrien ausführlich untersucht und ausgewertet (Kapitel 8). Für diese Aufgaben sind einerseits neue Programme für eine dreidimensionale Deflektorsimulation und andererseits Software zur Auswertung mit graphischer Darstellung geschrieben worden. Diese wurden in Kapitel 6 vorgestellt. Die für diese Arbeit entwickelten Programme ermöglichen die Berechnung der Potential- und Feldverteilungen in elektrischen Hochfrequenz-Funneling-Deflektoren sowie die Simulation des Funnelingprozesses zweier Ionenstrahlen. Ferner sind diverse Auswertemethoden in tabellarischer oder graphischer Form wie Strahlverlauf, Emittanzebenen, Dichteverteilungen und Verlustgraphen verfügbar. Damit sind umfangreiche Simulationen und Auswertungen bezüglich des Deflektordesigns und der Strahldynamik sowie Optimierungen solcher Systeme möglich. Der Einfluß der Raumladungskräfte und der inhomogenen Felder auf den Funnelingprozeß konnten in Kapitel 8 gezeigt werden. Für den im Experiment verwendeten Mehrzellen-Deflektor sollten folgende Strahlparameter eingehalten werden: der Strahlradius in der x-y-Ebene sollte vor Eintritt in den Deflektor kleiner als 0.5 cm sein, die Energiebreite deltaW < +- 2% und die Phasenbreite deltaPhi < +- 30° betragen. Ansonsten treten Teilchenverluste durch Elektrodenkontakt auf oder der Bunch wird in longitudinaler Richtung zu groß, so daß die Möglichkeit besteht, das eine Überlappung der Bunche stattfindet. Mit der vorliegenden Arbeit sind Programme zur detaillierten Berechnung und Analyse von Funneling-Systemen entwickelt worden. Zukünftige Aufgaben sind neben der Untersuchung der Randfelder in Deflektoren die Minimierung des Emittanzwachstums durch die inhomogenen Felder. Nach ersten Strahltests und Funnelingergebnissen ist zu entscheiden, ob eine Matching-Sektion zwischen RFQ-Beschleuniger und Funneling-Deflektor zur weiteren Strahlanpassung eingebracht werden muss.
Es sollte untersucht werden, wie sich das Fehlen der beiden bisher in Säugetieren charakterisierten Melatoninrezeptoren (Mel1A und Mel1B) auf die Lokalisation und die zirkadiane Verteilung der Peptide GRP und NPY im SCN von Mäusen auswirkt. Hierzu wurde der Anteil der für diese beiden Peptide immunreaktiven Perikaryen und Nervenfasern in Tieren untersucht, denen entweder der Mel1A Rezeptor (Genotyp aaBB), der Mel1B Rezeptor (Genotyp AAbb) oder beide Rezeptoren fehlten (Genotyp aabb) fehlten. Die Ergebnisse wurden mit Tieren des Wildtyps (Genotyp AABB) verglichen. Im Hinblick auf die Lokalisation konnte ein Einfluss ausgemacht werden. In den Tieren des Wildtyps waren die Immunreaktionen für beide Peptide diffus über den SCN verteilt, während in den Tieren des Genotyps AAbb eine stärkere GRP-Immunantwort im dorsomedialen Bereich festgestellt wurde. Hingegen war die NPY-Immunantwort im ventrolateralen Bereich des SCN bei den Tieren des Genotyps aaBB verstärkt. Das Fehlen beider Rezeptoren in den aabb Tieren führt für beide Peptide zu einem stark verkürzten Maximum in der Immunantwort. Die Melatoninrezeptoren dürften also eine wichtige Funktion für die Steuerung des Gehalts der Peptide über einen längeren Zeitraum hinweg besitzen. Das Fehlen eines einzelnen Rezeptors ergibt allerdings keinen so einheitlichen Befund. Bei der Untersuchung der Immunantwort in den Genotypen AAbb und aaBB konnte ein GRP-Profil mit mehreren Maxima und Minima ausgemacht werden. Bei den aaBB-Tieren kam es zu einer Verschiebung der NPY-Immunantwort, so dass diese in der späten Licht- und in der Dunkelphase erhöht war, während sie bei den anderen Genotypen in der gesamten Lichtphase maximale Werte erreichte. Die Befunde aus der vorliegenden Arbeit geben deutliche Hinweise darauf, dass das Fehlen der Melatoninrezeptoren einen Einfluss auf den Gehalt und die Lokalisation der untersuchten Peptide hat. Die hier durchgeführten Untersuchungen ergeben allerdings noch kein klares Bild über die konkreten Wirkungsmechanismen dieser Effekte. Es wäre nun interessant herauszufinden wodurch diese Veränderungen zustande kommen. Hierbei sind mehrere Möglichkeiten denkbar, da der Gehalt eines Peptids in der Zelle durch verschiedene Mechanismen verändert werden kann. Die Regulation kann z.B.schon bei der Bildung der Peptide stattfinden, also auf der Ebene der Translation oder Transkription. Durch in situ-Hybridisierung kann Gehalt an mRNA sichtbar gemacht werden, und so Veränderungen der Transkription des Gens nachgewiesen werden. Andererseits kann für eine verminderte Immunreaktion in der Zelle auch eine verstärkte Freisetzung des Peptids in die Cerebrospinalflüssigkeit verantwortlich sein, in der es z. B. durch Microdialyse nachgewiesen werden kann (Kalsbeek et al. 1995). Wenn weder die Produktion, noch die Ausschüttung des Peptids für eine veränderte Immunreaktion verantwortlich sind, ist vermutlich der Abbau betroffen. In eukaryotischen Zellen stellt der Abbau von Proteinen mit Hilfe von Proteasomen einen wichtigen Abbauweg dar. Proteine, die zum proteasomalen Abbau in der Zelle bestimmt sind, werden zuvor durch Bindung mehrerer Einheiten des Polypeptids Ubiquitin, das als eine Art "Adresse" funktioniert, gekennzeichnet. Um den proteasomalen Abbau eines beliebigen Proteins zu zeigen, muß daher zunächst nachgewiesen werden, daß Ubiquitin an dieses Protein bindet (Ciechanover et al. 1984). Dies könnte z.B. mit Hilfe der Immunpräzipitation durchgeführt werden. So ergibt sich aus der vorliegenden Arbeit eine Vielzahl neuer Möglichkeiten die Wirkmechanismen der Melatoninrezeptoren im SCN weiter aufzuklären.
The experience of pain is mediated by a specialized sensory system, the nociceptive system. There is considerable evidence that the cGMP/cGMP kinase I (cGKI) signaling pathway modulates the nociceptive processing within the spinal cord. However, downstream targets of cGKI in this context have not been identified to date. In this study we investigated whether cysteine-rich protein 2 (CRP2) is a downstream effector of cGKI in the spinal cord and is involved in nociceptive processing. Immunohistochemistry of the mouse spinal cord revealed that CRP2 is expressed in superficial laminae of the dorsal horn. CRP2 is colocalized with cGKI and with markers of primary afferent C fibers. Importantly, the majority of CRP2 mRNA-positive dorsal root ganglion (DRG) neurons express cGKI and CRP2 is phosphorylated in a cGMP-dependent manner. To elucidate the functional role of CRP2 in nociception, we investigated the nociceptive behavior of CRP2-deficient (CRP2-/-) mice. Touch perception and acute thermal nociception were unaltered in CRP2-/- mice. However, CRP2-/- mice showed an increased nociceptive behavior in models of persistent pain as compared to wild type mice. Intrathecal administration of cGKI activating cGMP analogs increased the nociceptive behavior in wild type but not in CRP2-/- mice, indicating that the presence of CRP2 was essential for cGMP/cGKI-mediated nociception. These data indicate that CRP2 is a new downstream effector of cGKI-mediated spinal nociceptive processing and point to an inhibitory role of CRP2 in the generation of inflammatory pain.
cGMP- and cAMP-dependent protein kinases (cGK and cAK) mediate the inhibitory effects of endothelium-derived messenger molecules nitric oxide and prostacyclin on platelets. To understand the mechanisms involved in platelet inhibition we searched for new substrates of cGK and cAK. We identified Rap1GAP2, the only GTPase-activating protein of Rap1 in platelets. Rap1 is a guanine-nucleotide binding protein that controls integrin activity, platelet adhesion and aggregation. Rap1GAP2 is required to turn over Rap1-GTP to Rap1-GDP resulting in the inactivation of integrins and reduced cellular adhesion. Using phospho-specific antibodies we demonstrate phosphorylation of endogenous Rap1GAP2 on serine 7 by cGK and cAK in intact platelets. Yeast-two-hybrid screening revealed an interaction of the phosphoserine/-threonine binding adapter protein 14-3-3 with Rap1GAP2, and we mapped the 14-3-3 binding site to the N-terminus of Rap1GAP2 close to the cGK/cAK phosphorylation site. We could show that 14-3-3 binding to Rap1GAP2 requires phosphorylation of serine 9. Platelet activation by ADP and thrombin treatment induces Rap1GAP2 serine 9 phosphorylation and enhances the attachment of 14-3-3 to Rap1GAP2. In contrast, phosphorylation of serine 7 by cGK/cAK leads to the detachment of 14-3-3. Furthermore, Rap1GAP2 serine 7 phosphorylation correlates with the inhibition of Rap1-GTP formation by cGMP and cAMP in platelets. Cell adhesion experiments provide additional evidence that Rap1GAP2 is activated by the detachment of 14-3-3. Point mutants of Rap1GAP2 deficient in 14-3-3 binding inhibit Rap1-mediated cell adhesion significantly stronger than a Rap1GAP2 mutant that binds 14-3-3 constitutively. Our findings define a novel regulatory mechanism that might contribute to both platelet activation and endothelial inhibition of platelet adhesion and aggregation.
Oxidative stress attenuates the NO-cGMP pathway, e.g. in the vascular system, through scavenging of free NO radicals by superoxide O2•-, by inactivation of soluble guanylyl cyclase (sGC) via oxidation of its central Fe2+ ion, and by down-regulation of sGC protein levels. While the former pathways are well established, the molecular mechanisms underlying the latter are still obscure. Using oxidative sGC inhibitor ODQ we demonstrate rapid down-regulation of sGC protein in mammalian cells. Co-incubation with proteasomal inhibitor MG132 results in accumulation of ubiquitinated sGC whereas sGC activator BAY 58–2667 prevents ubiquitination. ODQ-induced down-regulation of sGC is mediated through selective ubiquitination of its b subunit, and BAY 58–2667 abrogates this effect. Ubiquitination of sGC-b is dramatically enhanced by E3 ligase CHIP. Our data indicate that oxidative stress promotes ubiquitination of sGC b subunit through E3 ligase CHIP, and that sGC activator 58–2667 reverts this effect, most likely through stabilization of the heme-free b subunit. Thus the deleterious effects of oxidative stress can be counter-balanced by an activator of a key enzyme of vascular homeostasis.
Bypassing of DNA lesions by damage-tolerant DNA polymerases depends on the interaction of these enzymes with the monoubiquitylated form of the replicative clamp protein, PCNA. We have analyzed the contributions of ubiquitin and PCNA binding to damage bypass and damage-induced mutagenesis in Polymerase {eta} (encoded by RAD30) from the budding yeast Saccharomyces cerevisiae. We report here that a ubiquitin-binding domain provides enhanced affinity for the ubiquitylated form of PCNA and is essential for in vivo function of the polymerase, but only in conjunction with a basal affinity for the unmodified clamp, mediated by a conserved PCNA interaction motif. We show that enhancement of the interaction and function in damage tolerance does not depend on the ubiquitin attachment site within PCNA. Like its mammalian homolog, budding yeast Polymerase {eta} itself is ubiquitylated in a manner dependent on its ubiquitin-binding domain.
To facilitate the measurement of intramolecular distances in solvated RNA systems, a combination of spin-labeling, electron paramagnetic resonance (EPR), and molecular dynamics (MD) simulation is presented. The fairly rigid spin label 2,2,5,5-tetramethyl-pyrrolin-1-yloxyl-3-acetylene (TPA) was base and site specifically introduced into RNA through a Sonogashira palladium catalyzed crosscoupling on column. For this purpose 5-iodouridine, 5-iodo-cytidine and 2-iodo-adenosine phosphoramidites were synthesized and incorporated into RNA-sequences. Application of the recently developed ACE (R) chemistry presented the main advantage to limit the reduction of the nitroxide to an amine during the oligonucleotide automated synthesis and thus to increase substantially the reliability of the synthesis and the yield of labeled oligonucleotides. 4-Pulse Electron Double Resonance (PELDOR) was then successfully used to measure the intramolecular spin–spin distances in six doubly labeled RNA-duplexes. Comparison of these results with our previous work on DNA showed that A- and B-Form can be differentiated. Using an all-atom force field with explicit solvent, MD simulations gave results in good agreement with the measured distances and indicated that the RNA A-Form was conserved despite a local destabilization effect of the nitroxide label. The applicability of the method to more complex biological systems is discussed.