Bereich A - Neue Architekturen

Der Projektbereich A fasst alle Projekte zusammen, die mittels chemischer Synthese multivalente Wirt-Gast-Systeme erzeugen und Multivalenz einsetzen, um in ihrer Molekulararchitektur neuartige Strukturen zu realisieren. Wesentlich zu klärende Fragestellungen im Bereich Multivalenz sind:

a) Welche multivalenten Systeme sind positiv kooperativ, welche sind negativ kooperativ, obwohl sie trotzdem insgesamt zu einer Bindungsverstärkung führen? Gibt es Designkriterien die man aus Bindungsstudien ableiten kann, die dabei helfen nicht nur eine Bindungsverstärkung an sich zu erreichen, sondern eine positive Kooperativität der Bindungsstellen zu erhalten?

b) Da bei molekularer Erkennung generell die räumliche Organisation eine Rolle spielt: Welche Entropiebeiträge lassen sich als wesentlich für eine kooperative Bindungsverstärkung ermitteln?

c) Welchen Einfluss hat die Spacerstruktur, die die verschiedenen Bindungsstellen miteinander zu einem multivalenten Bindungspartner verknüpft? Welcher Grad an konformationeller Fixierung ist notwendig? Ab welcher Starrheit fehlt schließlich die Anpassungsfähigkeit an den Wirt? Kann man die verbrückenden Einheiten immer als unbeteiligte Zuschauer auffassen oder tragen die Spacer möglicherweise selbst zur Bindung bei?

d) Welche Rolle spielt die Solvatation bei der multivalenten Bindung?

Zur Beantwortung dieser zentralen Fragen ist die Bereitstellung einer Reihe von unterschiedlich starren,synthetischen und damit präzise einstellbaren Gerüststrukturen ein gemeinsames Merkmal aller Teilprojekte im A-Bereich. Die Gerüste finden auch in Projekten aus den anderen Bereichen des SFB Anwendung. Innerhalb des Projektbereichs A als auch in Vernetzungen mit Projekten in den anderen Projektbereichen entstehen so Synergien, die für eine detaillierte Untersuchung von Multivalenz unabdingbar sind.

Das Teilprojekt A1 strebt durch die Nutzung von Selbstorganisationsprozessen, Templateffekten und Multivalenz eine deutliche Vereinfachung und Effizienzsteigerung mehrfach durchgefädelter Oligocatenane oder Oligorotaxane an. Die synthetisch zugänglichen multivalenten Wirtkomplexe und Gastmoleküle erlauben eine systematische Evaluierung der thermodynamischen und kinetischen Eigenschaften und geben so einen präzisen Einblick in grundlegende Prinzipien multivalenter Bindung, die auf biologische Systeme angewandt werden können.

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Im Teilprojekt A3 wird unter Ausnutzung von multivalenten und kooperativen Effekten in Kombination mit photoschaltbaren nicht-kovalenten Wechselwirkungen funktionale Wirt-Gast-Systeme entwickelt. So sollen durch Licht zum einen die supramolekulare Polymerisation von multivalenten Porphyrin- und Phthalocyanin-Bausteinen extern gesteuert werden und zum anderen multivalente Konstrukte aktiv über Oberflächen bewegt werden. Durch Vervielfachung von schaltbaren supramolekularen Verknüpfungseinheiten in multivalenten Architekturen sollen dynamische Assoziations- und Dissoziationsprozesse bis auf die mesoskopische Längenskala des verwendeten Lichtstimulus verstärkt werden.

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Die bisher erarbeiteten Konzepte sollen auf biologisch relevante Fragestellungen angewendet werden. Unterprojekt 1 wird der Entwicklung kurzer peptidischer Gerüststrukturen widmen, die aromatische und nicht-natürliche Aminosäuren zur Selbstorganisation nutzen, und unter anderem Virus-bindenden Liganden multivalent präsentieren. Im Unterprojekt 2 werden verschiedene coiled coil-basierte Glykopeptide entwickelt, die bisher in ihrer Struktur unbekannte CTL-Rezeptoren von immunologischer Relevanz und vor allem deren cross-talk adressieren. Erkenntnisse aus beiden Unterprojekten sollen für die Entwicklung von diagnostischen Essays eingesetzt werden.

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Das Teilprojekt trägt durch die Untersuchung von flächigen Wechselwirkungen an multivalenten Gerüstarchitekturen zum tieferen Verständnis von Multivalenz in biologischen Systemen bei und ermöglicht so den Erkenntnistransfer auf biophysikalische und theoretische Projekte im SFB 765. In der dritten Förderperiode sollen vor allem multivalente Wechselwirkungen großflächiger 2D-Polymerstrukturen mit Pathogenen (Bakterien und Viren) sowie schaltbare supramolekulare Gerüstarchitekturen genauer untersucht werden. Zum einen soll die Funktionalisierung von flexiblen Nanogelen um verschiedene, biologisch aktive Liganden erweitert werden. Zum anderen ist die Synthese von 2D-Polymeren auf Basis von funktionalisierten Graphenderivaten geplant, um die Inhibition von Pathogenoberflächen weiter zu steigern.

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