Search

Ziel dieser Arbeit war die Gewinnung neuer Einblicke zu aktiven Zentren und Reaktionsmechanismen von Fe-ZSM-5- Katalysatoren in der NH3-SCR. Dazu wurden unterschiedlichste Fe-ZSM-5-Proben hergestellt und durch Kombination von katalytischen Testmessungen und Charakterisierungsmethoden Struktur-Wirkungs-Beziehungen abgeleitet. Die deutlich unterschiedlichen Umsatzverläufe der Standard- und schnellen SCR gehen wahrscheinlich auf das unterschiedliche Reduktionsverhalten einer sehr stabilen Fe2+-Spezies (isolierte Zentren in β-Position) in Abhängigkeit von den Reaktionsbedingungen zurück. Katalytische Messungen der NO-Oxidation weisen eine starke Abhängigkeit von der Vorgeschichte der Probe auf. Für die Untersuchung mechanistischer Aspekte sind somit Messungen mittels Wechselexperimenten notwendig. Bezüglich der Standard-SCR kann die NO2-Bildung, häufig als geschwindigkeitslimitierender Schritt diskutiert, ausgeschlossen werden. Ein Mechanismus über Nitrit-Spezies scheint wahrscheinlicher.

Die Synthese und Oxidation von Methanol wurden mittels einer Kombination aus transienten kinetischen Experimenten und der Infrarot (IR)-Spektroskopie sowie der mikrokinetischen Modellierung untersucht. Die Ergebnisse dieser Arbeit unterstützen ein Modell der Methanolsynthese ausgehend von CO und \(H_{2}\) über Formiat- und Methoxyspezies auf ZnO mit Sauerstofffehlstellen als aktive Zentren. Der positive Einfluss von Au für die Aktivität von ZnO in der Methanolsynthese kann auf eine erhöhte Anzahl dieser Fehlstellen zurückgeführt werden. Zusätzlich wurde die Methanoloxidation über Au/ZnO und \(Au/TiO_{2}\) untersucht. Es wurde sowohl ein Einfluss des Goldes als auch ein Einfluss des Trägermaterials beobachtet. Kleinere Au Partikel und höhere Au Beladungen führen zu einer höheren Aktivität. Die Aktivität und auch die Produktverteilung ist abhängig von dem gewählten Trägermaterial erklärbar durch unterschiedliche Lewis-Aziditäten. Der Einfluss des Goldes wird über die Sauerstoffaktivierung erklärt.

Wir konnten zeigen, dass bestimmte photochemisch erzeugte Borylnitrene R2BN eine hohe Tendenz zeigen in die starken C-H- Bindungen von Alkanen R´H - inklusive Methan - zu insertieren. Die gebildeten Aminoborane des Typs R2BNHR` lassen sich dann im Anschluss bequem unter Spaltung der BN-Einheit in nützliche organische Verbindungen wie Amine und Amide abbauen.

Das humane Guanylat-bindende Protein 1 (hGBP1) bildet im Laufe der Nukleotidhydrolyse homooligomere Komplexe aus. Die Dimerisierung führt zu einer starken Beschleunigung der Hydrolyse. Des Weiteren konnte für hGBP1 auch eine Tetramerisierung beobachtet werden. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, strukturelle Änderungen während der Hydrolyse nachzuweisen. Dazu wurden DTNB- Tests durchgeführt, um die Zugänglichkeit von Cysteinen nukleotidabhängig zu überprüfen. Dabei wurde ein Cystein identifiziert, welches seine Zugänglichkeit verändert. Des Weiteren wurde gezeigt, dass die helikale Domäne während der Hydrolyse strukturelle Änderungen vollführt. Verbindet man die LG-Domäne kovalent mit der helikalen Domäne werden diese strukturellen Änderungen unterdrückt, was einen Einfluss auf die Tetramerisierung und die Hydrolyse hat. Diese strukturellen Änderungen wurden mittels Elektronen-Spin-Resonanz Spektroskopie untersucht, um so ein verfeinertes Modell der Dimerisierung erstellen zu können.

Ras gehört zur Familie der kleinen GTPasen. Es handelt sich um ein protoonkogenes Protein mit einer Größe von 21 kDa, und gilt als Prototyp der Ras Superfamilie. Durch seinen charakteristischen \(\it {Switch}\)-Mechanismus dient es der Kontrolle zahlreicher Prozesse in der Zelle. Beim Schaltmechanismus wechselt das Ras von seinem inaktiven GDP-Zustand in den aktivierten GTP-Zustand. Die Aktivierung erfolgt mit Hilfe von \(\textit {GEFs (Guaninnucleotid Exchange Factor)}\) durch den Austausch von GDP nach GTP. Die Inaktivierung geschieht durch eine Hydrolyse und wird durch GAPs \(\textit {(GTPase Activating Proteins)}\) katalysiert. Ziel dieser Arbeit ist die Zuordnung spezifischer Aminosäure-Schwingungen der Bindetasche der kleinen GTPase Ras im FTIR-Spektrum. Die Bindetasche umfasst den \(\textit {Switch I}\), \(\textit {Switch II}\) und den \(\it {p-Loop}\). Des Weiteren soll über die Bandenzuordnung der Einfluss auf den Reaktionsverlauf des Ras bestimmt werden.

Das humane Guanylat-bindende Protein 1 (hGBP1) ist zur Selbstaktivierung durch Bildung von Homodimeren über die LG-Domänen fähig. Darüber hinaus ist die Assemblierung zu Homotetrameren möglich. Dieser Schritt erfolgt über die helikale Subdomäne \(\alpha\)12/13 nach Konformationsänderungen innerhalb der LG-Domäne, welche während der Hydrolyse von GTP zu GDP auftreten. Ziel dieser Arbeit war es, unter biophysikalischen und biochemischen Gesichtspunkten, die Selbstassemblierung von hGBP1 zu untersuchen und die Rolle der helikalen Subdomäne \(\alpha\)12/13 innerhalb dieses Vorgangs zu klären. Durch gezielten Entwurf von Punktmutanten konnte der strukturelle Mechanismus der Hydrolyse-abhängigen Tetramerisierung untersucht werden. Des Weiteren wurde in dieser Arbeit der Einfluss der Tetramerisierung auf die GTPase-Aktivität untersucht. Diese Arbeit beschäftigte sich ebenfalls mit der biochemischen Charakterisierung von hGBP2 und gibt die ersten Hinweise auf eine Interaktion zwischen hGBP1 und hGBP2.

Die beiden neuen \(C_{3}\)-symmetrischen Liganden Tris-(3,5-dibrom-2-hydroxybenzyl)triaminoguanidiniumchlorid und Tris-(3,5-dibrom-2-hydroxy-4-methoxybenzyl)triaminoguanidiniumchlorid werden durch eine Schiff'sche-Base-Reaktion synthetisiert, charakterisiert und auf ihre Konformationen hin untersucht. Anschließend werden diese Liganden sowie die bereits in der Literatur beschriebenen Liganden Tris-(5-brom-2-hydroxybenzyl)triaminoguanidiniumchlorid und Tris-(5-brom-2-hydroxy-3-methoxybenzyl)triaminoguanidiniumchlorid mit verschiedenen Metallsalzen umgesetzt. Im dritten Teil dieser Arbeit werden mit Hilfe von NMR-Spektroskopie der Reaktionsmechanismus bzw. die Zwischenstufen aufgeklärt, die sich bei der Reaktion zum ringförmigen Koordinationsoligomer \((Et_{3}\)\(NH)_{18}\)[\(Zn_{30}\)\((C_{25}\)\(H_{18}\)\(N_{6}\)\(O_{6}\)\(Br_{3}\))\(_{12}\)\(Cl_{18}\)\((H_{2}\)\(O)_{6}\)]·x\(CH_{3}\)\(\it CN\)·y\(H_{2}O\) bilden. Im letzten Teil lässt sich aus diesen Ergebnissen eine neue Designstrategie entwickeln, mit deren Hilfe gezielt ein doppelwandiges Tetraeder mit \(Zn^{2+}\) synthetisiert werden kann.

In der vorliegenden Arbeit wurde der intrinsische und der GAP-katalysierte Reaktionsmechanismus der GTPase von humanem H-Ras mittels zeitaufgelöster FTIR-Spektroskopie auf molekularer Ebene untersucht. Die verbrückenden Schwingungen zwischen \(\beta\)- und \(\gamma\)-Phosphat in GTP wurden zugeordnet. Im Vergleich zu freiem GTP verschiebt die Ras-Anbindung die Schwingungen der Verbrückung deutlich zu tieferen Wellenzahlen. Dies ist indikativ für eine Schwächung der nachfolgend gespaltenen Bindung. Es wird eine Korrelation eines Downshifts der nu\(_{as}\) \(\beta\)(PO\(_{2}\)\(^{-}\)) mit k\(_{cat}\) als katalytisch wichtiger Faktor der dissoziativ vorgeprägten, intrinsischen GTPase identifiziert. Der Einfluss einzelner H-Brücken zum \(\gamma\)-Phosphat wird erkannt, Lysin- und Threoninbanden erstmals mittels isotopenmarkierter Aminosäuren in Ras sicher zugeordnet. Nach Einführung der ATR-Technik wird der Bindungsbruch in Ras·GTP·NF1-333 zeitaufgelöst verfolgt. Ein Intermediat der GAP-katalysierten GTPase wird im Rahmen dieser Arbeit erklärt.

Das bakterielle Reaktionszentrum von R. sphaeroides stellt ein Modellsystem zum Studium der Photosynthese dar und führt bei Lichtanregung eine Ladungstrennung durch, die von einem Bakteriochlorophyll-Dimer zu zwei Ubichinon-Molekülen, Q A und Q B, reicht. Der zentrale finale Elektronentransferschritt Q A - - Q B → Q A Q B - wurde mit zeitauflösender Stepscan-FTIR-Differenzspektroskopie und ortsspezifischer Mutagenese untersucht. Der Q A - - Q B → Q A Q B - - Übergang verläuft als Drei-Schritt-Prozess mit τ 1 = 12 μs, τ 2 = 150 μs und τ 3 = 1,1 ms. "Conformational gating" bestimmt die ersten beiden Schritte, in denen unterschiedliche Populationen von Q B von einem intermediären Elektronendonor X reduziert werden. Die Oxidation von Q A - - ist davon entkoppelt und läuft mit einer langsameren dritten Rate ab. Mit allen Raten finden Protonentransferreaktionen statt. Das Ergebnis, dass die Reduktion von Q B der Oxidation von Q A - - vorausgeht, führt zu einem völlig neuen Mechanismusvorschlag für den Q A - - Q B → Q A Q B - -Übergang.

Ziel der Arbeit war die Aufklärung des Mechanismus der Hydrolyse von GTP durch das humane Guanylat-bindende Protein 1 (hGBP1). Die Hydrolyse von GTP zu GMP erfolgt unter sequentieller Abspaltung der zwei Phosphatgruppen. Die spezifische Aktivität des Proteins nimmt aufgrund nukleotidabhängiger Oligomerisierung als Funktion der Konzentration zu. Die Dissoziationskonstanten der GuaninnukIeotide liegen im Bereich von 1 - 15 μM. Die Struktur von nukleotidfreiem hGBP1 und im Komplex mit einem GTP-Analogon wurde aufgeklärt und diente zum gezielten Entwurf von Punkt- und Deletionsmutanten, deren Nukleotidbindung und -hydrolyse untersucht wurde. Anhand der biochemischen und strukturellen Daten wird ein Modell des GTPase-Zyklus aufgestellt und hGBP1 in die Familie der Dynamin-verwandten GTP-bindenden Proteine eingeordnet. Die Identifizierung von dauerhaft aktiven und inaktiven Mutanten bildet den Ausgangspunkt für die Untersuchung der biologischen Funktion von hGBP1.