@PhdThesis{duepublico_mods_00023928,
  author = 	{Bergmann, Dirk},
  title = 	{Untersuchung der Bindung zwischen bakteriellen Polysacchariden und Schwermetallionen},
  year = 	{2011},
  month = 	{Feb},
  day = 	{01},
  keywords = 	{bakterielle Polysaccharide; Schwermetallionen; Dextran; Hyalurons{\"a}ure; Xanthan},
  abstract = 	{Da die Struktur eines Biofilms ma{\ss}geblich von Wasser und extrazellul{\"a}ren polymeren Substanzen (EPS) bestimmt wird und sich die EPS haupts{\"a}chlich aus Polysacchariden zusammensetzen, werden im Rahmen dieser Arbeit Untersuchungen an drei ausgew{\"a}hlten Modellpolysacchariden (Dextran, Hyalurons{\"a}ure und Xanthan) durchgef{\"u}hrt. Bei diesen Untersuchungen handelt es sich um physikalische Methoden, welche in Anwesenheit von mehrwertigen Metallkationen (Ba2+, Cr3+, Co2+, Cu2+, Fe2+ und Ni2+) vollzogen werden. Mit der Verwendung dieser Polysaccharide soll das Verhalten eines Biofilms simuliert werden, um m{\"o}gliche Wechselwirkungen zwischen den EPS eines Biofilms und den verwendeten Metallen zu charakterisieren. Das ungeladene Dextran wird als Vergleichssubstanz f{\"u}r die geladenen Polysaccharide Hyalurons{\"a}ure und Xanthan eingesetzt. Um den Einfluss von Seitenketten bei geladenen Polysaccharidmolek{\"u}len zu untersuchen, wird das verzweigte Xanthan mit der linearen Hyalurons{\"a}ure verglichen. Mit Hilfe der konduktometrischen und der rotationsviskosimetrischen Titration wird ein Verh{\"a}ltnis von Kation zu Monomereinheiten f{\"u}r die Hyalurons{\"a}ure bei zweiwertigen Kationen von ca. eins zu f{\"u}nf und f{\"u}r dreiwertige Kationen von ca. eins zu sechs am {\"A}quivalenzpunkt bestimmt. F{\"u}r das Xanthan wird so ein Verh{\"a}ltnis von ca. eins zu zwei f{\"u}r zweiwertige und von ca. eins zu drei f{\"u}r dreiwertige Kationen am {\"A}quivalenzpunkt nachgewiesen. F{\"u}r Dextran k{\"o}nnen keine spezifischen Wechselwirkungen mit den untersuchten Kationen nachgewiesen werden. Es wird vermutet, dass die bei Xanthan und Halurons{\"a}ure in Gegenwart von Kationen auftretenden starken Wechselwirkungen intramolekularer Natur sind und zu einer Dichtezunahme des Molek{\"u}ls und damit zu einer Abnahme der Viskosit{\"a}t der L{\"o}sungen f{\"u}hren. Die rotationsviskosimetrischen Untersuchungen best{\"a}tigen diese Annahme, denn hierbei kann eine Abnahme der Viskosit{\"a}t der L{\"o}sungen bei gleichzeitiger Erh{\"o}hung der Kationenkonzentration beobachtet werden. Strukturspezifische Wechselwirkungen werden f{\"u}r das Hyaluronat sowie f{\"u}r das Xanthan mittels AFM-Spektroskopie und 1H- bzw. 13C-NMR-spektroskopischen Untersuchungen nachgewiesen. Hierbei werden f{\"u}r das Hyaluronat regiospezifische Wechselwirkungen der untersuchten Kationen mit den Amidgruppen sowie mit den Carboxylatgruppen beobachtet. Beim Xanthan weisen die durchgef{\"u}hrten Untersuchungen eine spezifische Wechselwirkung der mehrwertigen Metallionen ausschlie{\ss}lich mit den Carboxylatgruppen der Pyruvatgruppen nach. <br>
Unter Ber{\"u}cksichtigung aller in dieser Arbeit gesammelten Ergebnisse kann eine Affinit{\"a}t der hier untersuchten Metallkationen zu den geladenen Vertretern der EPS nachgewiesen werden. F{\"u}r das Hyaluronat bedeutet dies, dass in Gegenwart von mehrwertigen Kationen ein intermolekularer, okaedrischer Chelatkomplex gebildet wird, dessen Stabilit{\"a}t mit dem Kationenradius zunimmt. Dieser postulierte Komplex ist in Abbildung 7.1 dargestellt.
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Abbildung 7.1:	An Hand der Ergebnisse dieser Arbeit postulierter oktaedrischer Metall-Hyaluronatkomplex bestehend aus zwei Tetrasaccharideinheiten.
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Das Xanthan bildet ebenfalls in Gegenwart von mehrwertigen Kationen einen intramolekularen Chelatkomplex, bei dem aber eine tetraedrische Koordination der Kationen angenommen wird. Die Stabilit{\"a}t dieses Komplexes nimmt, wie beim Hyaluronat, ebenfalls mit dem Kationenradius zu. Die in der Literatur formulierte Annahme, dass Xanthan mit den mehrwertigen Kationen sowohl {\"u}ber die Pyruvatgruppen als auch {\"u}ber die Glucuronate wechselwirkt, kann nicht best{\"a}tigt werden [1]. Die erhaltenen Ergebnisse deuten vielmehr auf einen zweiten, in der Literatur beschrieben Komplex hin [2], bei dem sich die koordinativen Bindungen auf die Pyruvatgruppe beschr{\"a}nken (siehe Abbildung 7.2).
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Abbildung 7.2:	Struktur des sich durch die Wechselwirkungen zwischen Xanthan und den mehrwertigen Kationen bildenden Komplexes.},
  note = 	{[1]	M. Tako, S. Nakamura, Agric. Biol. Chem. 1987, 51, 2919.<br />
[2]	D. Bergmann, G. Furth, C. Mayer, Int. J. Biol. Macromol. 2008, 43, 245.},
  note = 	{Die vorliegende Arbeit wurde in der Zeit von September 2006 bis Juli 2010 im Fachgebiet der Physikalischen Chemie an der Universit{\"a}t Duisburg-Essen unter Anleitung von Herrn Prof. Dr. C. Mayer angefertigt.},
  url = 	{https://duepublico2.uni-due.de/receive/duepublico_mods_00023928},
  file = 	{:https://duepublico2.uni-due.de/servlets/MCRFileNodeServlet/duepublico_derivate_00025898/Diss_Bergmann.pdf:PDF},
  language = 	{de}
}