Accumulation, gelation, and crystallization of prebiotic molecules in a thermal gradient and deep UV Ccrcular dichroism

Der Ort an dem das Leben entstanden ist hat die physikalischen Randbedingungen, unter denen sich die ersten replizierenden Systeme entwickelten, definiert. Dabei waren Nichtgleichgewichtssysteme notwendig, welche die Energie lieferten um diese anzutreiben. Eine solche Form von Nichtgleichgewicht stellen beispielsweise Temperaturgradienten dar, wie sie in porosem Gestein in hydrothermalen Quellen am Meeresboden moglich sind. Diese Arbeit behandelt die Auswirkungen von solchen Temperaturgradienten auf Molekule in Losung und die Frage wie man diese analysieren kann. Im ersten Teil wird dabei die Akkumulation von selbstkomplementaren Oligonukleotiden in einer thermischen Falle demonstriert. Die dabei stattfindende langenselektive Akkumulation fuhrt zur Entstehung von Hydrogelen aus DNA in Losung, ohne dabei Kondensationsmittel oder multivalente Ionen zu benotigen. Dieser Gelierungsprozess wird fur DNA mit zwei oder drei selbstkomplementaren Bindungsstellen und einer Lange von lediglich 24 Basen gezeigt. Kontrollversuche zeigen dabei, dass nicht-komplementare DNA in Losung bleibt und dass der Prozess nicht von der Interaktion der DNA mit Fluoreszenzfarbstoffen dominiert wird. Zwei selbstkomplementare Strange mit zueinander orthogonalen Sequenzen, also einer minimalen Komplementaritat, bilden im Experiment sequenzreine Hydrogele Im zweiten Teil wird die Akkumulation von Molekulen an Gas-Wasser-Grenzflachen in einem Temperaturgradienten gezeigt. In diesem System fuhrt die lokale Verdunstung von Wasser an der warmen Seite der Grenzflache zu einer Kapillarstromung hin zum Meniskus. Dies fuhrt zu einer Akkumulation von Molekulen, welche eine mehr als 1000-fache Konzentration erreichen. Dieser Mechanismus akkumuliert grosere Molekule und daher auch langere Polymere besser. An dieser Grenzflache kommt es zu einer stark erhohten Aktivitat des Hammerhead Ribozyms, da sowohl Oligonukleotide als auch das fur die Aktivitat wichtige Magnesium akkumuliert werden. Auserdem kommt es auch hier zur Gelierung selbstkomplementarer RNA sowie zum Einschluss von Molekulen in Vesikelclustern, zur Kristallisation von Ribose Aminooxazolin und zu einer gesteigerten Phosphorylierung von Nukleotiden. Eine vollstandige Simulation des Akkumulationsmechanismus bestatigt die Ergebnisse. Der dritte Teil beschreibt den Aufbau eines Circulardichroismus-Mikroskops (CDIM) im UV-Bereich. Ziel war es, den Circulardichroismus (CD) von prabiotischen Molekulen, wie etwa dem Vorprodukt von RNA Nukleotiden---Ribose Aminooxazolin---zu untersuchen und gleichzeitig dessen Akkumulation und eventuelle Kristallisation zu beobachten. In diesem Kapitel wird dabei die experimentelle Realisierung des CDIM gezeigt. Ein Schwerpunkt liegt dabei auf der Erzeugung von zirkular polarisiertem Licht mittels einem gepulsten UV-Laser und einem photoelastischen Modulator. Messungen von Proben mit einem bekannten CD wurden zur Kalibrierung des Systems verwendet. Die Ergebnisse zeigen, dass das CDIM eingeschrankt verwendet werden kann, um das Vorzeichen des CD einer Probe in Wasser zu bestimmen. Weitere Experimente sind jedoch notwendig um Artefakte auszuschliesen und zu zeigen, ob man das System mit thermischen Fallen kombinieren kann.