Die Chemie der DNA. Desoxyribonukleinsäure. Laborchemie. Zellchemie. Armin Geyer Fachbereich Chemie Philipps-Universität. Jun08

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1 Die Chemie der DA Desoxyribonukleinsäure Armin Geyer Fachbereich Chemie hilipps-universität Jun08 Laborchemie Zellchemie Sequentielle Änderung der chemischen Umgebung Selektivität durch getrennte Reaktionskolben batch-weise Zugabe der Reagentien Variation Lösemittel, p, Temperatur, Druck arallele Reaktionen, etzwerke, Fließgleichgewicht Selektivität durch molekulare Erkennung ermeable Membranen wässrig, neutral, 1 bar, RT mra, trra, Ribosomen, roteine D. S. Goodsell Sci. Am. 2000, 230

2 Transkription DA wird abgelesen 10 6 fache Vergrößerung Translation mra wird in roteine übersetzt 10 6 fache Vergrößerung

3 Ribosom Digitalisierung von Information Speicherung enormer Datenmengen mit einfachen Zeichen Computer: 0, 1 4-Bit Binärcode DA:A, T, C, G Der genetische Code: Drei Basenpaare codieren eine Aminosäure: 64 Zeichen

4 Das zentrale Dogma der Molekularbiologie DA ist der Bauplan, roteine führen die zellulären Funktionen aus. Synthetische Liganden (Medikamente) können auf jeder Stufe eingreifen 1953 DA: desoxyribonucleic acid 2007

5 -eterocyclen Die ucleobasen 2 teridin, yrimidin, yrazin A 2 G 2 C 3 C T (nur DA) U (nur RA) urin, yrimidin, Imidazol 2 Vgl. istidin Aminosäure C 2 Die Basuteine ucleobasen und D-Ribose als hosphodiester verknüpft

6 Der Doppelstrang wird durch Wasserstoffbrücken zusammengehalten DA-Synthese mit der hosphoramiditmethode Der geschützte Baustein für die Synthese Schutzgruppen auf den ucleobasen C 3 C 3 C DMT (= 4,4'-Dimethoxytrityl) Bs (gesch.) (ir) 2 hosphoramidit (= hosphorigsäuremonoamid) drib drib BzA IbG drib BzC

7 Aktivierung des hosphoramidits durch Tetrazol DMT Bs (g.) DMT C (ir) 2 C DMT C DMT Cl hosphit Cl Entschützung des an CG (graue Kugel) gebundenes ucleosids Festphasensynthese auf CG: controlled pore glass xidation zum hosphotriester und nächster Kupplungsschritt C DMT hosphit via "Capping" 1) Ac 2, DMA, 2,6-Lutidin 2) I 2, 2 I C DMT hosphat Cl Cl I M.. Carruthers Acc. Chem. Res. 1991, 278

8 Finale Entschützung DMT DMT Bs C konz. 4 - C Bs h + 2 Synthese des Kupplungsbausteins Bz Bz Bz 2 a 2 /Me/TF selektiv für Bz Bz selektiv primäre DMTCI Bu 4 Cl 4 Bz py DMT Cl ünig-base, TF, DIEA C DMT Bz C

9 Synthese des Kupplungsbausteins Bei Ribose hilft der achbargruppeneffekt Bz Ac Lewis- Säure Bz + Base -Selektivität Bz Bz Bei Desoxyribose gibt es Gemische Bz Bz Ac SiMe 3 3 C SiMe 3 BSA SnCl 4, C 3 C (auch TMSTf) Bz,-bis(trimethylsilyl)acetamid Bz h Bz Bz Bz Bz Bz Bz Bz Bz Bz Bz Me 3 Si Bz bessere Löslichkeit bevorzugt 9-ucleophilie Bz Bz Selektivität: -9 > -7 >> -9 > -7 Anknüpfung an den Träger CG DMT Base DMT Base 2 DMA, py DCC, py DMT Base DMT Base 2 2 -CG Et 3 CG wird leicht durch 3 gespalten

10 Das AT-aar wird durch zwei - Brücken gehalten, das GC-aar durch drei -Brücken. Basenpaarung Wie verhalten sich synthetische ligonucleotide mit anderen ucleobasen? Uni: Erweiterung des genetischen Codes AEGIS (Artificially Expanded Genetic Information System) Steve A. Benner Acc. Chem. Res Klinik: ochempfindliche IV- Diagnostik Ribose und Deoxyribose bilden das Rückgrat der DA. Wie verhalten sich synthetische ligonucleotide mit anderen Rückgratstrukturen? Uni: Molekulare Erkennung der DA. DA ist die einzige System mit einfachen Regeln der molekularen Erkennung. Weder für Aminosäuren, Zucker oder andere Bausteine besteht eine vergleichbare Komplementarität Klinik: Antisense-Therapie

11 B-DA unter physiologischen Bedingungen Basenabstand: 3.4 A Durchmesser: 20 A