Ausgezeichnete Dissertationen - Johannes Gutenberg-Universität ...

In der ersten Hälfte (Kapitel 2) der Arbeit wird die Einzelmolekül-
Zustandsgleichung (Kraftdehnungsrelation) der DNS mit Selbstkontakt mit
Pfadintegralmethoden hergeleitet. Wir zeigen in diesem Zusammenhang,
dass elastische Teilstrukturen wie Schleifen sowie Winkelrandbedingungen
bei der Molekülverankerung (wie bei AFM Experimenten) eine starke
Reduktion der scheinbaren Persistenzlänge induzieren und erklären damit
rätselhafte Funde in Einzelmolekülexperimenten.
Im Kapitel 3 wird das thermisch induzierte Wandern des Nukleosoms
(der grundlegendsten Verpackungsstruktur unseres Genoms) entlag der
DNS untersucht. Nach eingehender Betrachtung der Experimente und
theoretischer Modellierung der möglichen Mechanismen schließen wir,
dass der "Korkenziehermechanismus" die wahrscheinlichste Ursache für
diesen biologisch wichtigen Prozess sein muss.
Das Kapitel 4 zeigt, dass "DNS-Rollen" - Strukturen, die aus zylindrisch
oder toroidal gewundener DNA bestehen - eine bemerkenswerte
kinetische Trägheit gegenüber kraftinduzierter Zerstörung aufweisen. Wir
schlagen damit eine Verbindung zwischen verschiedenen Streckungsexperimenten
an Nukleosomen und DNS-Toroiden sowie verschieden
Simulationen und zeigen, dass die auftretenden "Kraftpeaks" in
Kraftdehnungsexperimenten vom gleichen Ursprung sind.
Im Kapitel 5 schließlich zeigen wir, dass eine toroidal gewundene DNS
(wie z. B. in Viren, DNS-Kondensaten oder in Spermiengenom) einen
bemerkenswerten Verdrillungsübergang durchmacht, sobald der zugrundeliegende
Torus ein kritisches Verhältnis zwischen Querschnitt und
(äußerem) Radius überschreitet. Der vorgestellte Mechanismus rationalisiert
und verbindet verschiedene experimentelle Funde aus den letzten
25 Jahren und eröffnet die Möglichkeit einer "topologischen Einkapselung"
der DNS mit potenziellen Anwendungen in der Gentechnologie.
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