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We report on a study in which plasmid DNA in water was irradiated with 30 keV electrons generated by a scanning electron microscope and passed through a 100 nm thick Si3N4 membrane. The corresponding Monte Carlo simulations suggest that the kinetic energy spectrum of the electrons throughout the water is dominated by low energy electrons (<100 eV). The DNA radiation damage, single-strand breaks (SSBs) and double-strand breaks (DSBs), was determined by gel electrophoresis. The median lethal dose of D-1/2 = 1.7 +/- 0.3 Gy was found to be much smaller as compared to partially or fully hydrated DNA irradiated under vacuum conditions. The ratio of the DSBs to SSBs was found to be 1 : 12 as compared to 1 : 88 found for hydrated DNA. Our method enables quantitative measurements of radiation damage to biomolecules (DNA, proteins) in solutions under varying conditions (pH, salinity, co-solutes) for an electron energy range which is difficult to probe by standard methods.
Die Kombination von Polymeren mit Peptiden vereint die Eigenschaften beider Stoffklassen miteinander. Dabei können die strukturbildenden Eigenschaften der Peptide genutzt werden, um Polymere zu organisieren. In der vorliegenden Arbeit wurde ein Polymer-Peptid-Konjugat verwendet, das sich in Wasser zu Bändern anordnet. Die treibende Kraft für diesen Prozess ist die Anordnung des Peptidteils zu β-Faltblattstrukturen. Das Polymer-Peptid-Aggregat besitzt einen Peptidkern mit funktionalen Oberflächen, der lateral von einer Polyethylenoxidschale umgeben ist. Durch Änderung der Peptidsequenz war es bisher möglich, die Eigenschaften dieser Fasern zu variieren. In der Arbeit wird ein modularer Ansatz zur vielfältigen Modifizierung einer Polymer-Peptid-Faser entwickelt. So ist es möglich, die Eigenschaften der Fasern einzustellen, ohne die strukturbildende β-Faltblattsequenz verändern zu müssen. Um weitere Funktionen an den Fasern anzubringen, wurde die 1,3-dipolaren Addition verwendet. Diese Reaktion beschreibt die konzertierte Umlagerung eines Azides mit einem Alkin. Sie ist in den meisten Lösungsmitteln unter hohen Ausbeuten durchführbar. Im Rahmen der Arbeit wird die Erzeugung von Aziden untersucht und auf die Polymer-Peptid-Fasern übertragen. Der Diazotransfer stellte dabei die Methode der Wahl dar, so können Azidgruppen aus Aminen gewonnen werden. Unter Verwendung der 1,3-dipolaren Addition konnten verschiedene alkinfunktionale Moleküle kovalent an die azidfunktionalisierten Polymer-Peptid-Fasern gebunden werden. So wurde ein Fluoreszenzfarbstoff an die Fasern gebunden, der eine Abbildung der Fasern mittels konfokaler Mikroskopie erlaubte. Weiterhin wurden die Eigenschaften der Fasern durch Addition dreier carboxylfunktionaler Moleküle modifiziert. Diese Fasern konnten weiter genutzt werden, um Kalzium zu binden. Dabei variierte die Anzahl der gebundenen Kalziumionen in Abhängigkeit der jeweiligen Fasermodifikation erheblich. Weitere Untersuchungen, die Morphologie von Kalziumcarbonatkristallen betreffend, werden aktuell durchgeführt. Die kovalente Anbringung eines reduzierenden Zuckers an die Polymer-Peptid-Fasern erlaubt die Abscheidung von Silber aus Tollens Reagenz. Durch eine Entwicklung analog zur Schwarz-Weiss-Photographie können in nachfolgenden Arbeiten so Silberdrähte in Nanogröße erzeugt werden. An die azidfunktionalen Fasern können weitere funktionale Moleküle angebracht werden, um die Eigenschaften und das Anwendungsspektrum der Polymer-Peptid-Fasern zu erweitern.
Microorganisms accumulate molar concentrations of compatible solutes like ectoine to prevent proteins from denaturation. Direct structural or spectroscopic information on the mechanism and about the hydration shell around ectoine are scarce. We combined surface plasmon resonance (SPR), confocal Raman spectroscopy, molecular dynamics simulations, and density functional theory (DFT) calculations to study the local hydration shell around ectoine and its influence on the binding of a gene-S-protein (G5P) to a single-stranded DNA (dT(25)). Due to the very high hygroscopicity of ectoine, it was possible to analyze the highly stable hydration shell by confocal Raman spectroscopy. Corresponding molecular dynamics simulation results revealed a significant change of the water dielectric constant in the presence of a high molar ectoine concentration as compared to pure water. The SPR data showed that the amount of protein bound to DNA decreases in the presence of ectoine, and hence, the protein-DNA dissociation constant increases in a concentration-dependent manner. Concomitantly, the Raman spectra in terms of the amide I region revealed large changes in the protein secondary structure. Our results indicate that ectoine strongly affects the molecular recognition between the protein and the oligonudeotide, which has important consequences for osmotic regulation mechanisms.
The ability to catalyze diverse reactions with relevance for chemical and pharmaceutical research and industry has led to an increasing interest in fungal enzymes.
There is still an enormous potential considering the sheer amount of new enzymes from the huge diversity of fungi.
Most of these fungal enzymes have not been characterized yet due to the lack of high throughput synthesis and analysis methods.
This bottleneck could be overcome by means of cell-free protein synthesis. In this study, cell-free protein synthesis based on eukaryotic cell lysates was utilized to produce a functional glycoside hydrolase (GH78) from the soft-rot fungus Xylaria polymorpha (Ascomycota).
The enzyme was successfully synthesized under different reaction conditions.
We characterized its enzymatic activities and immobilized the protein via FLAG-Tag interaction. Alteration of several conditions including reaction temperature, template design and lysate supplementation had an influence on the activity of cell-free synthesized GH78.
Consequently this led to a production of purified GH78 with a specific activity of 15.4 U mg? 1.
The results of this study may be foundational for future high throughput fungal enzyme screenings, including substrate spectra analysis and mutant screenings.