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Um zelluläre Abläufe in Organismen zu verstehen, spielt die Aufklärung der Sekundärstruktur von Biomolekülen und ihren Interaktionen neben dem Verständnis von Enzymmechanismen eine zentrale Rolle in der Biochemie. In der vorliegenden Arbeit werden in fünf Kapiteln verschiedene synthetische Ansätze zur Stabilisierung beziehungsweise Induktion von DNA-Konformationen, sowie zur Untersuchung von DNA-Sekundärstrukturen und Protein-DNA-Interaktionen auf dem vielseitigen Gebiet der Nukleinsäurechemie beschrieben. Neben der Synthese eines Spironukleosids zur Induktion der linksgängigen Z-DNA und der Synthese eines Adenosin-Derivats mit einer photoschaltbaren Azobenzol-Einheit wird die erstmalige Darstellung und Anwendung einer neuartigen Fluoreszenzsonde auf Guanin-Basis zur Untersuchung von DNA-Hybridisierung und DNA-Topologie, sowie erste enzymatische Einbaustudien dieser Reportergruppe vorgestellt. In zwei Kooperationsprojekten wurden zusätzlich modifizierte Nukleotide zur Aufklärung von Enzymmechanismen synthetisiert. 8-Oxo-ATP wurde dabei zur Untersuchung der thermophilen Helikase Hera eingesetzt, wohingegen der Mechanismus des Enzyms Orotidin-5¿-monophosphat Decarboxylase (OMPD) durch modifizierte Uridin-5¿-monophosphat-Derivate weiter aufgeklärt wurde.