Mechanisch heterogene DNA-Catenane

In den letzten Jahren wurde den Eigenschaften topologisch miteinander verknüpfter (katenierter) Ringpolymere zunehmend Aufmerksamkeit geschenkt, darunter sowohl natürlich vorkommende biologische katenierte Polymere als auch synthetisch hergestellte DNA-Katenane. Trotz experimenteller Fortschritte hinkt unser grundlegendes Wissen über die theoretische Physik katenierter Ringpolymere weiterhin erheblich dem anderer verschränkter Systeme (z. B. Rotaxane) hinterher. Der Fokus liegt hier auf dem Verständnis der Auswirkungen intrinsischer mechanischer Heterogenität und umweltbedingter Auslöser wie pH-Wert und Ionenstärke auf die Materialeigenschaften von DNA-Katenanketten unter Gleichgewichtsbedingungen oder in Strömung. Diese Arbeit ist computergestützt und schlägt eine zweistufige Grobkörnungsstrategie für die DNA-Minikreise vor, die die Bausteine der DNA-Katenane darstellen. Die erste Stufe umfasst die Vereinfachung von einer All-Atom-Darstellung zu einer Nukleotid- Ebene (effektives Monomer). In der zweiten Stufe der Vereinfachung werden DNA- Minikreise als durchdringbare Ringe betrachtet, und alle effektiven physikalischen Wechselwirkungen werden weiter auf eine Punktbeschreibung auf der Ebene des Schwerpunkts reduziert. Ergänzend zum computergestützten Ansatz wurde eine Zusammenarbeit mit der experimentellen Gruppe von Dr. Emmanuel Stiakakis (Forschungszentrum Jülich) etabliert, um eine Validierung dieser Modelle zu ermöglichen. Diese Arbeit trägt zum grundlegenden Verständnis der Physik und zur eigenschaftsgeleiteten Entwicklung neuartiger, mechanisch heterogener DNA- Katenane bei.