Reaktivität und Bindungseigenschaften von Nukleinsäuren

In der vorliegenden Arbeit wurden zwei Projekte bearbeitet. Im Rahmen des ersten Projektes wurden templatgesteuerte, enzymfreie Verlängerungsreaktionen von Oligoribonukleotid-Primern untersucht. Diese Reaktionen der spontanen, chemischen Replikation sind ein enzymfreies Äquivalent zu Polymerase- katalysierten Prozessen in Zellen. Ziel dieser Arbeit war die rasche und möglichst vollständige Primer-Verlängerung auch bei einer schwachen Basenpaarung des einzubauenden Nukleotids mit dem Templat. Dabei sollten durch die Verwendung eines neuen Aktivesters der Nukleotide und den Einsatz von RNA-Hilfssträngen Umsetzungen erreicht werden, die sich in literaturbekannten Arbeiten zur präbiotischen Chemie als schwierig erwiesen hatten. Durch den Einsatz eines Ribothymidin-Derivats war es möglich, Konkurrenzreaktionen mit den verschiedenen, aktivierten Monomeren zu verfolgen und die vier möglichen Produkte des um ein Nukleotid verlängerten Primers nachzuweisen. Initiale Versuche mit 5'-acylierten Templaten zeigten dabei nicht die erwünschte Beschleunigung der chemischen Replikationsschritte. Enzymfreie Primer-Verlängerungsreaktionen an nicht- terminalen Positionen eines Templats wurden mit den bereits erwähnten Hilfssträngen untersucht. Letztere hybridisierten strangabwärts des Reaktionszentrums an das Templat. Die Verwendung von Phosphorsäureestern des Oxyazabenzotriazols bei basischem pH beschleunigte die Verlängerung eines RNA-Primers um ein Ribothymidinmonophosphat oder ein Cytidinmonophosphat um mehr als eine Größenordnung gegenüber den literaturbekannten Reaktionen mit Methylimidazoliden. Die Umsätze konnten dabei auf über 50 % bzw. über 90 % erhöht werden. Die Reaktionen erfolgten sequenzspezifisch. Schließlich konnte eine mehrfache, enzymfreie Verlängerung eines RNA-Primers über die Templatsequenz AAA nachgewiesen werden. Eine solche Kernbasenabfolge im Templat galt bislang als unüberwindbare Barriere für spontane Replikationsschritte. Das zweite Projekt befasste sich mit der Herstellung von stabilen Suspensionen einwandiger Kohlenstoffnanoröhren (SWNT) mit Hilfe von Oligodesoxynukleotiden, sowie der thermischen Stabilität solcher DNA-SWNT-Komplexe. Hierfür wurden DNA-Oligomere mit den Sequenzen d(GT)n und d(AC)n (n = 2, 3, 5, 10, 20 und 40) sowie deren Mischungen in wässrigem Puffer mit Ultraschall behandelt. Es zeigte sich, dass die äquimolare Mischung der kurzen DNA-Sequenzen d(GT)3 und d(AC)3 am effizientesten zum Suspendieren von einwandigen Kohlenstoffnanoröhren ist. Damit wurde gegenüber den Literaturangaben ein neues Optimum im DNA-Strukturraum gefunden. Es wurden weiterhin Geschwindigkeitskonstanten für die Ausfällung von Nanoröhren aus den Suspensionen erhalten. Die kinetische Stabilität der DNA-SWNT-Komplexe bei 90 °C nahm demnach mit steigender Sequenzlänge zu. In Vorversuchen ließen sich Kohlenstoffnanoröhren aus DNA-SWNT-Suspensionen ortsspezifisch abscheiden.