DNA-Polymer-Hybride als molekulare Bausteine

Die DNA hat sich durch die herausstechende Eigenschaft zur Selbstorganisation in den Naturwissenschaften zu einem beliebten Werkzeug entwickelt. In dieser Arbeit wurde die Oligonukleotidselbsterkennung zum Aufbau komplexer Multiblockcopolymere genutzt. Dabei dienten komplementäre einzelsträngige Oligonukleotidsequenzen (ssDNA) als adressierbare Verbindungsstücke zwischen synthetischen Blöcken. Als Bausteine wurden asymmetrische Dreiblockcopolymere der Form DNA1-Polymer-DNA2 aus einer flexiblen Polymereinheit (PEO bzw. PPO) die an beiden Enden mit unterschiedlichen Oligonukleotidsequenzen „funktionalisiert“ ist, verwendet. Diese Bausteine konnten durch die Kombination von Festphasensynthese der Oligonukleotide und Blockkopplung dargestellt werden. Die Oligonukleotidsequenzen wurden so gewählt, dass deren Hybridisierung zu einer bei Raumtemperatur stabilen Verbindung führt. Durch die Verwendung dieser Bausteine erhält man ein modulares System, dass sich durch seine hohe Flexibilität auszeichnet. Aus den dargestellten Dreiblockcopolymeren konnten verschiedene alternierende Multiblockcopolymere aufgebaut werden, wobei die Anzahl der Blöcke (von 11 bis 15) und das PEO / PPO- Verhältnis variiert wurden. Derartige Strukturen sind auf der Grundlage chemischer Synthesen unerreichbar. Die Flexibilität dieses modularen Systems konnte gezeigt werden, indem einzelne Blockbausteine zur Strukturaufklärung einfach ausgetauscht oder weggelassen werden konnten. Durch geeignete Wahl der DNA-Sequenzen konnte zusätzlich das Polymerisationsverhalten dieser Bauelemente untersucht werden. Die Integration längerer kettensteifer DNA-Abschnitte in die Multiblockstrukturen erfolgte durch die Verwendung teilkomplementärer Oligonukleotide. Diese bieten den Vorteil, dass bis zu einer Größe von etwa 150 bp sowohl die Länge als auch die Sequenz der Doppelstrangabschnitte und sticky-ends frei variiert werden können. Die biosynthetischen Dreiblockcopolymere dienten hier als Linkermoleküle zwischen den einzelnen dsDNA-Blöcken. Nach diesem Konzept wurde ein Nonamer als Modellsystem eines mehrfach gebrochenen Stäbchens synthetisiert. Außerdem wurden mit Hilfe der Polymerase Kettenreaktion (PCR) semiflexible DNA Abschnitte erzeugt. Durch die Wahl des Synthesewegs konnte sowohl die Länge der semiflexiblen Einheit als auch die Länge und die Sequenz des sticky-ends variiert werden. Anhand dieser Modellverbindungen wurde dann das Hybridisierungsverhalten in Abhängigkeit der Linker- und Segmentlängen untersucht.DNA has become an important instrument in science because of its unique property of self-recognition. In this thesis the oligonucleotide self-assembly was used for the construction of complex multiblock copolymer structures. The complementary single-stranded oligonucleotides served here as an addressable linker between the synthetic blocks. Asymmetrical triblock copolymers consisting of a flexible polymer unit (PEO or PPO) functionalized with different oligonucleotides at the end, respectively (DNA1-polymer DNA2) were used as building blocks. They were prepared by the combination of solid support synthesis of the oligonucletides and block coupling of the polymer part. The chosen lengths of the DNA-sequences should result in a stable hybridization product at room temperature. By using these building blocks, we obtain a modular system that is characterized by its high flexibility. With these synthesized triblock copolymers it was possible to build up several alternating multiblock coplolymers, where the numbers of blocks (11-15) and the PEO / PPO ratio were varied. Such structures are unattainable on the basis of standard polymer syntheses. The flexibility of this modular system was demonstrated by simply replacing or leaving out of building blocks for structural analysis. In addition, the “polymerization” of these components could be examined by a suitable choice of DNA sequences. The integration of longer rodlike DNA segments in the multiblock structures was carried out by the use of partly complementary oligonucleotides. These oligonucleotides can be built up to a size of approximately 150 bp by using the solid-phase synthesis. This system offers the advantage that both the length and the sequence of the double-stranded sections (dsDNA) and the sticky-ends, respectively, can freely be varied. The biosynthetic triblock copolymers were used here as a linker between the dsDNA-blocks. Under this concept a nonameric structure as a model system of a multi broken rod was synthesized. Moreover, using the polymerase chain reaction (PCR), semiflexible DNA sections were produced. By the choice of the synthetic route it was possible to vary both the length of the semi-flexible unit and the length of the sticky-ends. Based on this model structure, the hybridization efficiency depending on the linker and segment length was investigated